一种具有自修复能力的长寿命钻头的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有自修复能力的长寿命钻头，属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备技术领域，包括钻头体和至少一个刀翼，刀翼上设置有若干第一组切削齿，刀翼布齿面和/或刀翼保径面设置凹窝用以固定第一组切削齿，至少一个刀翼上设置有至少一个空槽和至少一个第二组切削齿，空槽内设置凹窝用以固定第二组切削齿，且第二组切削齿至少部分切削刃出露于空槽内表面。本实用新型能够在钻头某区域的切削齿完全磨损后，新的切削齿自然出露，实现钻头的自修复，使“自修复”后的钻头能够持续高效钻进。
【专利说明】
一种具有自修复能力的长寿命钻头
技术领域
[0001]本实用新型属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备技术领域，具体的讲涉及一种长寿命钻头。
【背景技术】
[0002]PDC钻头是钻井工程中最常用的钻头工具之一，特别是在当今石油、天然气钻井工程中，PDC钻头所取得的进尺数已经占到了油气钻井总进尺的80%以上，占有绝对重要的地位。
[0003]PDC钻头主要由钻头本体、连接螺纹和刀翼以及布置在刀翼上的聚晶金刚石复合片(S卩PDC齿，以下也简称为切削齿或复合片)组成。PDC钻头的刀翼包括主刀翼和副刀翼，它们的主要区别是在钻头的径向视图上看，延伸到钻头心部(或接近钻头心部)的刀翼称之为主刀翼，其他刀翼称之为副刀翼。
[0004]在对PDC钻头做径向布齿设计时，其中一条很重要的设计曲线叫做PDC钻头的“切削轮廓线”，即在PDC钻头布齿覆盖图中与钻头各切削齿齿刃轮廓线相切的曲线，也可视为钻头上各切削齿齿刃轮廓线的包络曲线。钻头的切削轮廓线代表了钻头所钻出井底的基本轮廓形状特征。此外，“刀翼轮廓线”也是PDC钻头的一条重要特征曲线，切削齿固结在刀翼上，其超出刀翼轮廓线的部分为齿的出露部分，切削齿的出露高度是决定钻头侵入岩石能力的重要因素。一般情况下，刀翼轮廓线的大部分区域与钻头的切削轮廓线平行或接近平行。根据设计习惯，通常将钻头的切削轮廓线和刀翼轮廓线分为四个区域(曲线段)，即内锥区域、冠顶区域、肩部区域和保径区域。
[0005]衡量PDC钻头工作性能的指标主要有两个，一个是钻速，另一个工作寿命，而影响PDC钻头工作性能的因素主要包括roc齿的性能参数(以耐磨性和抗冲击性为主)、roc齿的结构参数(齿的直径、齿形等)、布齿密度和布齿方式。而在F1DC钻头设计时，需要综合考虑具体的钻井条件(尤其是地层条件)，并据此选择合适的切削齿规格型号、布齿密度和布齿方式。在PDC钻头钻岩过程中，随着钻头切削齿的磨损，钻速逐渐下降。通常用钻头上各区域PDC齿直径的磨损量作为其磨损评价与分级的基本依据。roc钻头属于固定切削齿钻头，如果钻头某局部区域上的PDC齿磨损殆尽，钻头的切削能力即丧失。当PDC钻头钻遇复杂地层(如软硬交替地层、硬研磨性地层、含砾石夹层等)时，PDC钻头上切削齿的磨损或损坏速度显著加快，从而导致钻头寿命较短，进尺偏少。
[0006]当钻头上的切削齿发生明显磨损后，钻头的破岩效率随即下降。一个能使钻头破岩效率得以恢复的方法是对钻头进行修复。修复的方法是将已磨损的切削齿换成新齿重新焊接在刀翼体上的齿窝中，或将旧齿的未磨损面调整为工作面(已磨损部分位于齿窝中，新刃口转至外部)重新焊接。这样，已磨损的钻头就被修复成一只“新钻头”。实施钻头修复通常有两个条件:其一，钻头的刀翼本体未发生显著磨损;其二，必须将钻头起出后方可进行修复。
[0007]与用于极硬地层的孕镶金刚石钻头不同，PDC钻头属于表镶式钻头，即钻头的切削齿镶嵌(主要是焊接)在钻头的冠部表面，正常工作时钻头表面的切削齿与岩石接触并实施切削功能，而刀翼本体一般不接触岩石，除非切削齿已经发生比较大的磨损。
[0008]中国专利200620033337.3公开了一种“具有二级齿结构的聚晶金刚石复合片钻头”，该专利所述方案在钻头前排的切削齿设计为两组聚晶金刚石复合片纵向布置，其中一组为一级齿，另一组为二级齿，一个一级齿和一个二级齿组合在一起形成连续切削结构。该方案通过在刀翼上布置二级齿的方式增加了钻头总的复合片数量，并且在二级齿不影响钻头初始吃入能力的情况下，提高了钻头关键区域复合片的磨损高度，起到了延长钻头使用寿命、增加进尺的目的。
[0009]中国专利200720082270.7公开了一种“具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚石复合片钻头”，该专利所述方案在钻头主切削齿结构的上方纵向设置了包含若干后备切削齿的后备切削结构，后备切削齿直接固定于刀翼体，但与同刀翼的主切削齿之间互相不接触，或者仅存在点、线接触。该方案中后备切削齿的设置不仅大大增加了刀翼体上金刚石层的有效磨损长度，还拓宽了后备切削结构的设计选择范围，从而提高了钻头在复杂难钻地层中的使用寿命。
[0010]中国专利CN200980146022.6公开了一种“具有持续锋利边缘切削原件的钻头”，该专利所述方案主要针对roc钻头不同区域的磨损优化，分别以聚晶金刚石总体积分布、复合片相互间距、钻头锥部切削原件数量分布以及刀翼数量为准则，将作为切削元件的聚晶金刚石复合片以特定方式分布于钻头的内锥、鼻部、肩部和保径等区域，从而使钻头刀翼在磨损深度超过第一排切削元件时，固定于刀翼体内的第二排切削元件得以接触并破碎地层岩石。通过这种在刀翼上增加纵向后备切削原件元件的设计，该专利可有效延长钻头的使用寿命O
[0011]上述专利都针对延长钻头寿命提出了不同的改进方案，然而衡量钻头优劣的关键因素除了使用寿命，其机械钻速同样重要，而决定钻头机械钻速的关键在于钻头上的切削齿对岩石的侵入或吃入能力，它直接影响着钻头的钻进效率。决定切削齿的吃入能力的重要因素之一就是与钻头齿与岩石间的比压，即在钻压作用下，齿与岩石之间的接触压强。比压值越大钻头的吃入能力越强，钻进效率也就越高。在同样钻压条件下，钻头与岩石间的接触面积越小，则比压也就越大。在上述专利方案中，二级齿(或后备切削齿)直接嵌入固定在刀翼体上，在二级齿发挥切削作用时，二级齿周围的刀翼体也直接参与接触井底岩石并发生磨损，因此分担了大量的钻压，使直接作用到切削齿上的比压值大大减小，导致二级齿的吃入能力显著低于钻头的表镶切削齿，因而尽管钻头仍能工作，但其破岩效率显著低于未磨损的新钻头。
【实用新型内容】
[0012]本实用新型的目的在于:提出一种具有自修复能力的长寿命钻头，该方案能够在钻头某区域的切削齿完全磨损后，新的切削齿自然出露，实现钻头的自修复，使“自修复”后的钻头能够持续高效钻进。
[0013]本实用新型目的通过下述技术方案来实现:
[0014]—种具有自修复能力的长寿命钻头，包括钻头体和至少一个刀翼，刀翼上设置有若干第一组切削齿，刀翼布齿面和/或刀翼保径面设置凹窝用以固定第一组切削齿，至少一个刀翼上设置有至少一个空槽和至少一个第二组切削齿，空槽内设置凹窝用以固定第二组切削齿，且第二组切削齿至少部分切削刃出露于空槽内表面(包括切削刃部分出露和全部出露，其中:切削刃出露高度大于零且小于切削刃总高，称为部分出露;切削刃出露高度大于或等于切削刃总高，称为全部出露)。
[0015]本专利的关键点在于:当钻头某区域的第一组切削齿完全磨损后，相应位置的第二组切削齿自然出露，实现钻头的自修复，使“自修复”后的钻头能够持续高效钻进。
[0016]本专利钻头包括有钻头体和若干个刀翼。其中:在刀翼布齿面和/或刀翼保径面上设置有凹窝(刀翼布齿面由刀翼内锥区域、冠顶区域、肩部区域组成)，凹窝内固定有第一组切削齿(凹窝用以固定切削齿，例如第一组切削齿，其深度和开口面积与切削齿埋入刀翼内的部分匹配)，亦即作为钻头初始表镶切削结构的第一组切削齿(“表镶”即布置于钻头外表面，钻头工作时，表镶的切削原件或结构直接与井底接触并破岩)；在刀翼体上设置有若干个空槽，第二组切削齿以至少部分切削刃出露的形式固定在所述空槽内(相对现有技术中完全嵌入在刀翼体内后备齿/ 二级齿等，空槽的设计使得施加于第二组切削齿的钻压不被其周围的刀翼体吸收，亦即第二组切削齿的比压不因附近刀翼体的存在而相对第一组切削齿明显降低)。作为钻头初始表镶结构的后继表镶切削结构(“后继”即当初始表镶切削结构失效后，代替已失效的初始表镶结构以高比压状态破碎岩石)。当钻头刀翼磨损超过第一组切削齿时，相应位置的第二组切削齿快速暴露出来，以锐利的高比压状态切削岩石。由第一组切削齿形成的初始表镶切削结构和由第二组切削齿形成的后继表镶切削结构共同构成了钻头的串行切削结构。
[0017]采用本专利方案，PDC钻头在持续钻进过程中，第一组切削齿作为初始表镶齿将首先发生磨损，当磨损高度达到第一组切削齿的初始出露高度时，钻头的刀翼本体便与主切削齿一同发生磨损，直至将所述空槽结构完全暴露于刀翼体外部，使得空槽表面取代初始刀翼侧面，同时空槽内设置的第二组切削齿作为后继表镶切削齿，形成新的刀翼切削结构，亦即后继表镶切削结构。第一组切削齿构成的初始表镶切削结构与第二组切削齿构成的后继切削结构先后作用于井底岩石，形成了钻头的串行切削结构。参考图8所示，随着刀翼体的持续磨损，后继切削结构便开始接触井底岩石并持续钻进。由于空槽内的第二组切削齿相对于空槽表面具有一定的出露高度，所以当其开始切削破岩时，仅有一部分刀翼本体与井底岩石接触，从而大部分钻头钻压被分配到第二组切削齿上。与现有的内镶式二级齿或后备切削齿技术相比，本实用新型所提出的后继表镶切削结构在钻头某区域的主切削齿完全磨损后，自然出露第二组切削齿，并以与第一组切削齿相同或接近的高比压状态切削岩石，从而实现钻头的自修复过程。
[0018]作为优选方案I，至少一个刀翼上设置有一个空槽，所述空槽为贯通刀翼前后侧面的贯通式结构的通槽;或者所述空槽为不贯通结构的凹槽;每一个空槽内固定至少有一个第二组切削齿。该方案中，第二组切削齿出露于空槽表面(参见图6、8)，而非完全嵌入在刀翼体内(参见图7)，空槽的设计使得施加于第二组切削齿的钻压不被其周围的刀翼体吸收，亦即第二组切削齿的比压不因附近刀翼体的存在而明显降低，使得第二组切削齿的工作条件与主切削齿一致或接近，亦即空槽内切削齿附近的刀翼体不参与接触岩石，第二组切削齿工作时以表镶形式切削岩石，从而使第二组切削齿钻进比压相对第一组切削齿而言没有明显降低，在保证切削齿吃入能力的同时，提高钻头的使用寿命。
[0019]作为优选方案2，至少一个刀翼上设置有两个或两个以上的空槽，至少有两个空槽设置在不同的钻头径向区域，每一个空槽内固定至少一个第二组切削齿。该方案中，刀翼体上设置有两个或两个以上相互不连续的空槽结构，可以避免因刀翼上开设的空槽过大或过长导致的刀翼结构强度过度降低而造成刀翼崩断的危险。
[0020]作为优选方案3，至少一个刀翼上设置有至少一个空槽，所述空槽及其第二组切削齿布置在钻头三分之一半径以外的径向区域，每个空槽内固定至少一个第二组切削齿。由于PDC钻头在冠顶区域布齿时有其特殊性，即位于钻头冠顶区域的切削齿处于钻头整体切削结构的应力集中区域，承受着较高的切削载荷;且该区域的切削齿位于钻头的最低端，对地层岩性的变化(如软硬交替地层、含砾石地层等)较为敏感，切削齿容易发生崩损等异常失效现象。该方案中，将第二组切削齿布置在钻头径向三分之一以外的区域，当PDC钻头外部某区域的主切削齿和本体发生磨损并露出空槽时，该区域的第二组切削齿便作为后继表镶切削齿，代替该区域的主切削齿以高比压状态继续工作，从而实现了钻头在冠顶及以外区域的自主修复，在保证了钻头吃入地层能力的同时，延长了钻头寿命。
[0021]作为优选方案4，至少一个刀翼上设置有至少一个空槽，所述空槽及其第二组切削齿布置在钻头三分之二半径以内的径向区域，每个空槽内固定至少一个第二组切削齿。在某些特殊工况下，如复合钻井过程中，由于roc钻头的内锥和心部区域齿数较少，工作条件复杂，该区域切削齿常常会发生快速磨损。该方案中，将第二组切削齿布置在钻头径向三分之二以内的区域，作为该区域的后继切削结构，能够在第一组切削齿磨损殆尽后，继续以等同于或接近于第一组切削齿的高比压状态继续工作，实现了钻头在内锥和心部区域的自主修复，从而延长了 roc钻头在复合钻井等特殊工况下的使用寿命。
[0022]作为优选方案5，第二组切削齿布置在钻头的全部或接近全部径向区域，形成完整或基本完整的井底径向覆盖。具体而言，至少一个刀翼上设置有至少一个空槽，单个刀翼或各刀翼上的空槽布置在总和覆盖钻头的全部或接近全部的径向区域，每个空槽内固定至少一颗第二组切削齿，形成完整或基本完整的井底径向覆盖。该方案中，在全部或接近全部的钻头径向区域内均布置有第二组切削齿，使得由第二组切削齿构成的后继切削结构在主切削齿及刀翼表面磨损殆尽之后，能够全方位替代由主切削齿构成的初始表镶切削结构，以高比压状态切削岩石，使钻头在全部或接近全部径向区域实现自主修复，从而在保证钻头吃入能力的同时，大幅延长其寿命。
[0023]作为优选方案6，第一组切削齿形成第一切削轮廓，所述第二组切削齿形成第二切削轮廓乃至更多切削轮廓，各切削轮廓纵向错开布置。具体而言，至少一个刀翼上设置有两个或两个以上空槽，每个空槽内固定至少一个第二组切削齿，所述空槽及其第二组切削齿在钻头轴向按梯次布置，梯次数大于等于2，每个梯次的第二组切削齿按照同一条轮廓线布置，且各切削轮廓沿钻头轴向相互错开。该方案中，第一组切削齿在刀翼上形成第一切削轮廓;第二组切削齿按梯次布置在刀翼上，每个梯次的第二组切削齿各自形成独立的切削轮廓，均可以在前一梯次的切削齿磨损殆尽之后作为后继表镶切削结构破碎岩石，从而使钻头在不同阶段均具备自修复能力，进一步地延长了钻头的寿命。
[0024]作为优选方案7，至少一个刀翼上设置有两个或两个以上空槽，所述空槽在钻头刀翼上密集布置，且各第二组切削齿的类型多种。该方案中，第一组切削齿在刀翼上形成第一切削轮廓;第二组切削齿按密集布置的方式固定在刀翼上，大大增加了单个刀翼的布齿密度，另一方面，由于第二组切削齿在钻头轴向、径向相互错开，并不形成明确的切削轮廓，每个空槽在临近刀翼体磨损后都相继暴露出与固定于其内的第二组切削齿，使得同刀翼以及相邻刀翼上的第二组切削齿在钻头轴向、径向上相互交叠、相继出露，使钻头在以高比压状态切削岩石的同时，能够不分阶段地自主修复磨损区域，从而大幅延长了钻头寿命。
[0025]作为优选方案8，刀翼上固定有第一组切削齿的凹窝与固定有第二组切削齿的空槽相连通。该方案中，第一组切削齿的齿窝与空槽相连通减小了第一组切削齿与刀翼体的实际接触面积(焊接面面积)，因此当第一组切削齿磨损量超过其出露高度时，刀翼体与岩石将发生接触并磨损，随着磨损量的增大，切削齿焊接面的面积逐渐减小，切削齿固结强度逐渐降低，齿窝与空槽相连通将使第一组切削齿在全部磨损完之前就从刀翼体脱落，从而更快地实现空槽内第二组切削齿的出露，进而提高钻头实现“自修复”的效率。
[0026]作为优选方案9，在刀翼的内侧面和保径面上，所设置的空槽为不封闭的开口槽，在开口槽内固定有第二组切削齿。该方案中，保径面即主、副刀翼体上保径区域的部分侧面，内侧面则主要指副刀翼上靠近钻头心部区域的刀翼表面。在刀翼的内侧面和保径面布置空槽以及第二组切削齿不仅能增加该区域第二组切削齿的布齿密度，更能在第一组切削齿磨损殆尽后，与其他区域的第二组切削齿共同构成包括心部切削、保径功能在内的完整的钻头切削结构，从而使钻头在保径和心部区域具备自修复能力。
[0027]作为优选方案10，至少一个刀翼上设置有至少一个空槽，所述空槽内沿钻头周向固定两排或两排以上的第二组切削齿。其中，前排和后排切削齿沿钻进方向的工作高度可以相同，也可以不同。该方案中，与空槽对应布置的第二组切削齿为前后两排或更多，若前排第二组切削齿与后排齿等高，则前后两排切削齿将在主切削齿及刀翼表面磨损殆尽之后，同时作为后继切削齿同时刮切岩石;若后排第二组切削齿低于前排齿，则当前排的第二组齿磨损至一定程度后，后排齿将随即进入破岩过程，进一步增强第二组切削齿对钻头切削能力的修复作用。这两种切削齿布置方式均有利于延长PDC钻头的寿命，视工况而定，可选择最佳的第二组切削齿相对高度布置方式。
[0028]作为优选方案11，至少一个刀翼上设置有至少一个空槽，所述空槽内沿钻头周向固定两排或两排以上的第二组切削齿。其中，前排和后排切削齿沿钻进方向的工作高度可以相同，也可以不同。该方案中，与空槽内的第二组切削齿为前后两排或更多，若前排第二组切削齿与后排齿等高，则前后两排切削齿将在主切削齿及刀翼表面磨损殆尽之后，同时作为后继切削齿同时刮切岩石;若后排第二组切削齿低于前排齿，则当前排的第二组齿磨损至一定程度后，后排齿将随即进入破岩过程，进一步增强第二组切削齿对钻头切削能力的修复作用。这两种切削齿布置方式均有利于延长PDC钻头的寿命，视工况而定，可选择最佳的第二组切削齿相对高度布置方式。
[0029]作为优选方案12，所述钻头为包含牙轮/刀翼复合钻头、盘刀/刀翼复合钻头、冲旋钻头等在内的具有相对钻头体旋转或平移的运动切削单元的钻头。
[0030]作为优选方13，所述钻头特指为一种具有固定式随钻扩孔结构的roc钻头，在固定式随钻扩孔roc钻头领眼段切削结构的内侧设置有空槽，在该空槽内固定有第二组切削齿；或在固定式随钻扩孔roc钻头扩孔段切削结构的内侧设置有空槽，在该空槽内固定有第二组切削齿;或在领眼段和扩孔段切削结构的内侧同时设置空槽，并且同时固定有第二组切削齿。
[0031]作为前述主方案和各优选方案的进一步优选方案14，所述空槽的几何形状可以是圆形、键槽型、扇形、月牙形等形状中的一种或多种。该方案中，键槽型的空槽结构可以与钻头刀翼轮廓线的内锥区域和肩部区域相适应，便于更好的布置位于刀翼内锥区域和肩部区域的第二组切削齿;扇形空槽结构可以与钻头刀翼轮廓线的冠顶区域相适应，便于更好的布置位于刀翼冠顶区域的第二组切削齿；月牙形空槽结构可以使钻头在刀翼本体磨损过度到第二组切削齿接触井底岩石并开始破岩钻进的过程中逐渐过渡，也即第二组切削齿上的钻压(比压)逐渐施加上去的，有效避免了像键槽形空槽结构或圆弧形空槽结构那样因刀空槽下部刀翼体磨损完毕后，钻压短时间内突然施加到第二组切削齿上，造成冲击崩损、脱层等切削齿失效问题的发生。
[0032]作为前述主方案和各优选方案的进一步优选方案15，所述切削齿可以是常规圆形复合片，也可以是椭圆齿、尖圆齿等非圆形轮廓平面切削齿。
[0033]作为前述主方案和各优选方案的进一步优选方案16，所述切削齿可以是常规平面齿顶复合片，也可以是具有锥形齿顶或球形齿顶等具有三维曲面冠部的切削齿。该方案中，曲面齿顶牙齿尤其以锥形、球形金刚石复合齿为佳。当第二组切削齿为锥形金刚石复合齿时，可单独布置于空槽内，也可以在空槽内有多排第二组切削齿时布置于平面齿顶复合片的前方或后方，为后续切削齿提供岩石预破碎的效果，从而提高破岩效率；当第二组切削齿为球面复合齿时，可在空槽内有多排第二组切削齿时布置于平面齿顶复合片的后方作为缓冲齿，为周围切削齿吸收多余钻压，从而保护切削齿，延长钻头寿命。
[0034]作为前述主方案和各优选方案的进一步优选方案17，所述切削齿可以是PDC复合片、热稳定聚晶金刚石切削齿、金刚石复合齿(通常是指由聚晶金刚石层和硬质合金基体所构成的非平面冠顶齿，如尖锥形冠部复合齿、球形冠部复合齿等)、天然金刚石切削齿、孕镶金刚石切削齿、硬质合金切削齿、立方氮化硼切削齿、陶瓷切削齿，或者是包含金刚石或立方氮化硼的切削齿。
[0035]前述本实用新型主方案及其各进一步优选方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案:如本实用新型，除明显可知的对立优选方案之间(比如优选方案3和4只能择其一)，各优选方案可和其他优选方案任意组合，本领域技术人员在了解本实用新型方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。
[0036]本实用新型的有益效果:通过在钻头刀翼体上开设若干空槽，并在空槽内固定有第二组切削齿，这一结构方案主要有如下有益效果:
[0037](I)本实用新型所提出的结构方案，在不占用第一组切削齿布齿空间的前提下，弓丨入了空槽结构，并通过在空槽内设置第二组切削齿，在刀翼上形成后继表镶切削结构。空槽内的第二组切削齿不仅大幅增加了钻头的布齿密度，而且作为后继切削结构，在第一组切削齿及其附近刀翼体磨损至一定程度后，第二组切削齿可出露于空槽表面并形成新的表镶切削结构，从而使第一组切削齿已经严重磨损的钻头得以“修复”。钻头“修复”后，第二组切削齿能以等同或接近第一组切削齿的锐利高比压状态切削岩石，吃入岩石能力强，从而在延长钻头寿命的同时使钻头的综合钻进效率得到显著提升。
[0038](2)合理选择空槽形状以及布置形式，可显著提高钻头的“自修复”效率。尤其是当空槽与第一组切削齿凹窝相连通时，焊接面积的减小可使第一组切削齿在其完全磨损之前，提早从刀翼脱落，并使后继的第二组切削齿以表镶形式出露，从而使钻头更快地完成“自修复”。
[0039](3)根据具体的钻头工况布置空槽以及第二组切削齿，可有效避免特定环境下钻头的多种失效形式，同时保证其钻进效率。特别地，在钻头肩部及冠顶区域布置空槽及第二组切削齿，使钻头在易磨损的肩部和冠顶区域具备自修复能力，从而避免钻头在硬地层、高研磨性地层、软硬交替地层以及含砾石地层中失效于“环槽”现象；同样地，在内锥区域布置空槽及第二组切削齿，可避免钻头在复合钻进等过程中因“掏心”现象而失效。
[0040](4)对于具有运动切削单元的PDC钻头，由于这类钻头通常用于高硬度、高研磨性以及高不均质性等难钻地层，故作为固定切削结构的刀翼切削齿往往因持续刮切岩石而发生热磨损，且易发生冲击损伤，从而在运动切削单元(如盘刀、牙轮等)失效前过早地失效。空槽与第二组切削齿形成的后继表镶切削结构对固定刀翼的修复能力能够使固定刀翼的持续切削能力得到显著加强，有利于避免钻头因固定刀翼切削能力丧失而导致的失效，使钻头上运动切削结构的工作能力得到充分发挥，提高钻头的工作性能。
【附图说明】
[0041 ]图1是本实用新型实施例一的结构示意图。
[0042]图2是本实用新型实施例一的俯视图。
[0043]图3是本实用新型实施例一的径向切削轮廓线示意图。
[0044]图4是本实用新型实施例一的第二组切削齿布置示意图。
[0045]图5是图4的A-A向局部剖视图的第一种结构。
[0046]图6是图4的A-A向局部剖视图的第二种结构。
[0047]图7是常规“内镶二级齿PDC钻头”在内镶二级齿开始工作时与井底岩石接触过程的原理示意图。
[0048]图8是本实用新型中第二组切削齿开始工作时与井底岩石接触过程的原理示意图。
[0049]图9是本实用新型实施例二的第二组切削齿布置示意图。
[0050]图10是本实用新型实施例三的第二组切削齿布置示意图。
[0051]图11是本实用新型实施例四的一种第二组切削齿布置示意图。
[0052]图12是本实用新型实施例四的另一种第二组切削齿布置示意图。
[0053]图13是本实用新型实施例五的一种第二组切削齿布置示意图。
[0054]图14是本实用新型实施例五的另一种第二组切削齿布置示意图。
[0055]图15是本实用新型实施例六的径向布齿覆盖图。
[0056]图15(a)是本实用新型实施例六的第一刀翼上第二组切削齿布置示意图。
[0057]图15(b)是本实用新型实施例六的第二刀翼上第二组切削齿布置示意图。
[0058]图15(c)是本实用新型实施例六的第三刀翼上第二组切削齿布置示意图。
[0059]图15(d)是本实用新型实施例六的第四刀翼上第二组切削齿布置示意图。
[0060]图16是本实用新型实施例七的第二组切削齿布置示意图。
[0061 ]图17是本实用新型实施例八的第二组切削齿布置示意图。
[0062]图18是本实用新型实施例九的第二组切削齿布置示意图。
[0063]图19是本实用新型实施例十的一种第二组切削齿布置示意图。
[0064]图20是本实用新型实施例十的另一种第二组切削齿布置示意图。
[0065]图21是本实用新型实施例十一的第二组切削齿布置示意图。
[0066]图22是本实用新型实施例十二的第二组切削齿布置示意图。
[0067]图23是本实用新型实施例十三的第二组切削齿布置示意图。
[0068]图24是本实用新型实施例十四的第二组切削齿布置示意图。
[0069]图25是本实用新型实施例十五的第二组切削齿布置示意图。
[0070]图26是本实用新型实施例十六的第二组切削齿布置示意图。
[0071]图27是本实用新型实施例十七的一种第二组切削齿布置示意图。
[0072]图28是本实用新型实施例十七的另一种第二组切削齿布置示意图。
[0073]图29是本实用新型实施例十七的另一种第二组切削齿布置示意图。
[0074]图30是本实用新型实施例十八的一种盘刀/刀翼复合钻头及其第二组切削齿的结构示意图。
[0075]图31是本实用新型实施例十八的另一种盘刀/刀翼复合钻头及其第二组切削齿的结构示意图。
[0076]图32是本实用新型实施例十九的牙轮/刀翼复合钻头及其第二组切削齿的结构示意图。
[0077]图33是本实用新型实施例二十的冲旋钻头及其第二组切削齿的结构示意图。
[0078]图34是本实用新型实施例二十一的双心随钻扩孔钻头及其第二组切削齿的结构示意图。
[0079]图35是本实用新型实施例二十二的同心随钻扩孔钻头及其第二组切削齿布置示意图。
[0080]图中:1、钻头体;2、连接螺纹；3、刀翼;5、空槽;61、第一组切削齿;62、第二组切削齿;63、第二组切削齿(后排齿)；64、内镶齿；11、水眼；31、刀翼前侧面;32、刀翼后侧面;4、切削轮廓线;41、内锥区域;42、冠顶区域;43、肩部区域;44、保径区域。
【具体实施方式】
[0081]下列非限制性实施例用于说明本实用新型。
[0082]实施例一:
[0083]如图1-6、8所示，一种长寿命的PDC钻头，包括有钻头体I，联接螺纹2，设置于钻头体I上的若干个水眼11和若干个刀翼3。其中所述刀翼3可以为如图2、18、19所示的主刀翼3a，也可以为如图2、20、21、22所示的副刀翼3b。所述主刀翼3a和副刀翼3b的主要区别在于:刀翼3长度延伸至钻头心部区域即为主刀翼3a，未延伸至钻头心部区域即为副刀翼3b。
[0084]在本实施例中，如图3所示，每个刀翼均包含由刀翼内锥区域41、冠顶区域42、肩部区域43组成的刀翼布齿面以及刀翼前侧面31和刀翼后侧面32。其中，在每个刀翼3的布齿面上均设置有凹窝，凹窝内固定有第一组切削齿61;以及，在至少有一个刀翼3的前侧面31或后侧面32上设置有至少一个凹入刀翼前侧面31或贯通刀翼前侧面31和后侧面32的空槽5，空槽5内固定至少一个第二组切削齿62。
[0085]此外，如图25(也即为图3的A-A向局部剖视图)所示，在第二组切削齿62的后侧还可以进一步固定有至少一颗第二组后备切削齿63。采用该种方式可进一步提高钻头的布齿密度，并进一步提高钻头的使用寿命。
[0086]所述空槽5沿钻头旋转方向的剖面结构有两种方案，第一种是如图5所示的一种贯通式空槽结构，其中空槽为贯通刀翼体前后侧面的通槽。如图8所示，在持续钻进过程中，第一组切削齿将发生磨损，当磨损高度达到切削齿的初始出露高度时，钻头的刀翼本体3也将发生磨损，直至将所述空槽5完全暴露于刀翼体外部，最终空槽5表面完全取代初始刀翼布齿面，与空槽内固定的第二组切削齿62形成新的刀翼切削结构，亦即后继表镶切削结构。贯通式空槽结构在很大程度上降低了第二组切削齿工作时刀翼体与井底岩石的接触面积，提高了第二组切削齿的钻进比压值，可有效提高破岩效率。第二种是如图6所示的一种非贯通式结构，属于一种凹入刀翼体前侧面而未贯穿至刀翼后侧面的凹槽式结构。凹槽式空槽结构对刀翼体本身的结构强度影响较小，可有效避免因空槽的引入而导致断刀翼等结构强度失效现象的发生。
[0087]所述空槽5的端面结构也有多种方案，如图22、图23所示。图22中，空槽51的几何形状为键槽形结构，在进行具体结构布置时，该种形式空槽的直线边可以(近似)平行或垂直于钻头的切削轮廓线，也可与钻头几何中心线平行布置；图22中，空槽52几何形状为扇形，在进行具体结构布置时，该种形式空槽的大曲率半径的弧线边与钻头的切削轮廓线相平行或近似平行；图22中，空槽53的几何形状为月牙形。在进行具体结构布置时，该种形式空槽的弧线边与钻头的切削轮廓线4相平行或近似平行。
[0088]采用上述不同结构的空槽5，具有各自的优势，具体表述如下:
[0089](I)键槽型的空槽结构可以与钻头切削轮廓线的内锥区域和肩部区域相适应，便于更好的布置位于刀翼内锥区域和肩部区域的第二组切削齿。
[0090](2)扇形空槽结构可以与钻头切削线的冠顶区域相适应，便于更好的布置位于刀翼冠顶区域的第二组切削齿。
[0091](3)月牙形空槽结构可以使钻头从刀翼本体开始磨损到第二组切削齿接触井底岩石并开始破岩钻进的过程中，逐渐过渡。也即第二组切削齿上的钻压(比压)逐渐施加上去的，有效避免了像键槽形空槽结构或圆弧形空槽结构那样因刀空槽下部刀翼体磨损完毕后，钻压短时间内突然施加到第二组切削齿上，引起冲击崩损、脱层等切削齿失效问题的发生。
[0092](4)竖直的空槽结构可有效减小所占有的刀翼体上径向结构空间，为提高钻头或单个刀翼上的第二组切削齿布齿密度创造了有利条件。
[0093]通过合理设置空槽5，及合理布置第二组切削齿62，可形成如图24所示的钻头径向布齿覆盖结构。本实施例除具有常规PDC钻头所具有的由主切削齿61所组成的径向布齿覆盖结构外，还具有由第二组切削齿62所组成的径向全覆盖布齿结构。
[0094]上述方案的有益效果主要有两个方面。
[0095]第一，本实用新型所提出的结构方案，在不占用主切削齿布齿空间的前提下，能够大幅增加钻头的布齿密度，进而有效提高钻头的使用寿命。
[0096]第二，如图8所示。因本实用新型引入了空槽结构，并在空槽内固定有第二组切削齿，当第二组切削齿接触岩石并吃入地层破岩钻进时，与第二组切削齿相邻的刀翼本体不直接接触井底或只有少部分接触井底，增加了第二组切削齿的钻进比压值，使第二组切削齿能够获得与主切削齿相同或相近的地层吃入能力，以高比压状态切削岩石，从而提高了钻头的综合钻进效率，并且使钻头具备了自修复能力。
[0097]实施例二:
[0098]如图9所示，本实施例与实施例一基本相同。其区别在于:刀翼3上设置有一个空槽5，所述空槽5内固定有一个以上的第二组切削齿。当某个刀翼3上仅有单一的连续空槽5情况下，利于应用这种布齿形式。在本实施例中，通过在一个空槽内固定有多颗第二组切削齿可进一步增加第二组切削齿的布齿密度，提高roc钻头的使用寿命。
[0099]实施例三:
[0100]如图10所示，本实施例与实施例一基本相同。其区别在于:刀翼3上设置有两个或两个以上的空槽5，至少有两个空槽5设置在不同的钻头径向区域，且每个空槽5内设置有至少一个第二组切削齿62。通过在刀翼体上设置两个或两个以上相互不连续的空槽结构，可以避免因刀翼上开设的空槽过大或过长导致的刀翼结构强度过度降低，而造成刀翼崩断的危险。
[0101]实施例四:
[0?02]如图11、图12所不，本实施例与实施例一基本相同。其中，图11刀翼径向三分之一区域外设置多个不连续空槽，图12中刀翼径向三分之一区域外设置单个连续空槽。其区别在于:刀翼3上设置有一个或一个以上的空槽5，且所有空槽5均限定在钻头三分之一半径以外区域，每个空槽5内设置有至少一个第二组切削齿62。由于PDC钻头在冠顶区域布齿时有其特殊性，即位于钻头冠顶区域的切削齿处于钻头整体切削结构的应力集中区域，承受着较高的切削载荷;且该区域的切削齿位于钻头的最低端，对地层岩性的变化(如软硬交替地层、含砾石地层等)较为敏感，切削齿容易发生崩损等异常失效现象。该方案中，将第二组切削齿布置在钻头径向三分之一以外的区域，当PDC钻头外部某区域的主切削齿和本体发生磨损并露出空槽时，该区域的第二组切削齿便作为后继表镶切削齿，代替该区域的主切削齿以高比压状态继续工作，从而在保证了钻头吃入地层能力的同时，实现了钻头在冠顶及以外区域的自主修复，进而延长钻头寿命。
[0103]实施例五:
[0104]如图13、图14所示，本实施例与实施例一基本相同。其中，图13中刀翼径向三分之二区域内设置多个不连续空槽，图14中刀翼径向三分之二区域内设置单个连续空槽。其区别在于:刀翼3上设置有一个或一个以上的空槽5，且所有空槽5均限定在刀翼3的心部区域(钻头三分之二半径以内区域)，每个空槽5内设置有至少一个第二组切削齿62。在本实施例中，在不同的径向区域内设置有两个或两个以上的不连续的空槽，可以避免因刀翼上开设的空槽过大或过长，而导致的刀翼结构强度过度降低，造成刀翼崩断的危险。另一方面，在某些特殊工况下，如复合钻井过程中，由于roc钻头的内锥和心部区域齿数较少，工作条件复杂，该区域切削齿常常会发生快速磨损。该方案中，将第二组切削齿布置在钻头径向三分之二以内的区域，作为该区域的后继切削结构，能够在第一组切削齿磨损殆尽后，继续以等同于或接近于第一组切削齿的高比压状态继续工作，实现了钻头在内锥和心部区域的自修复能力，从而延长了 roc钻头在复合钻井等特殊工况下的使用寿命。
[0105]实施例六:
[0106]如图15以及图15(a)至图15(d)所示，本实施例与实施例一基本相同。其区别在于:刀翼3上设置有两个或两个以上的空槽5，空槽5布置在钻头的全部或接近全部的径向区域，每个空槽5内设置有至少一个第二组切削齿62，并形成完整或基本完整的井底覆盖。该实施例中，在全部或接近全部的钻头径向区域内均布置有第二组切削齿，使得由第二组切削齿构成的后继表镶切削结构在主切削齿及刀翼表面磨损殆尽之后，能够全方位替代由主切削齿构成的初始表镶切削结构，使得钻头在整个井底覆盖区域都具备自修复能力，从而大幅延长roc钻头的使用寿命。
[0107]实施例七:
[0108]如图16所示，本实施例与实施例一基本相同。其区别在于:刀翼3上设置有两个或两个以上的空槽5，每个空槽5内固定有至少一个第二组切削齿62，空槽5在钻头轴向按梯次布置，梯次数大于等于2，每个梯次的第二组切削齿按照同一条轮廓线布置，且各切削轮廓沿钻头轴向相互错开。该实施例中，第一组切削齿在刀翼上形成第一切削轮廓;第二组切削齿按梯次布置在刀翼上，每个梯次的第二组切削齿各自形成独立的切削轮廓，均可以在前一梯次的切削齿磨损殆尽之后作为后继表镶切削结构破碎岩石，从而使钻头在不同阶段均具备自修复能力，进一步地延长了钻头的寿命。
[0109]实施例八:
[0110]如图17所示，本实施例与实施例一基本相同。其区别在于:刀翼3上设置有两个或两个以上的空槽5，每个空槽5内固定有至少一个第二组切削齿62，空槽5在刀翼3上密集布置，各个空槽5之间的刀翼体上还布置有内镶齿64。该实施例中，第一组切削齿在刀翼上形成第一切削轮廓;第二组切削齿按密集布置的方式固定在刀翼上，大大增加了单个刀翼的布齿密度，另一方面，由于第二组切削齿在钻头轴向、径向相互错开，并不形成明确的切削轮廓，每个空槽在临近刀翼体磨损后都相继暴露出其内固定的第二组切削齿，使得同刀翼以及相邻刀翼上的第二组切削齿在钻头轴向、径向上相互交叠、相继出露，使钻头在以高比压状态切削岩石的同时，能够不分阶段地自主修复磨损区域，从而大幅延长了钻头寿命。
[0111]实施例九:
[0112]如图18所示，本实施例与实施例一基本相同。其区别在于:至少一个固定有第一组切削齿61的凹窝与所述空槽5相连通。该实施例中，第一组切削齿的齿窝与空槽相连通减小了第一组切削齿与刀翼体的实际接触面积(焊接面面积)，因此，当第一组切削齿磨损量超过其出露高度时，刀翼体与岩石将发生接触并磨损，随着磨损量的增大，切削齿焊接面的面积逐渐减小，切削齿固结强度逐渐降低，齿窝与空槽相连通将使第一组切削齿在全部磨损完之前就从刀翼体脱落，从而更快地实现空槽内第二组切削齿的出露，进而提高钻头实现“自修复”的效率。
[0113]实施例十:
[0114]如图19、图20所示，本实施例与实施例一基本相同。其中，图19中刀翼3为主刀翼，图20中刀翼3为副刀翼。其区别在于:主刀翼3a或副刀翼3b内侧面上设置有空槽5，该空槽为不封闭的开口槽，在开口槽内固定有第二组切削齿62。
[0115]实施例^^一:
[0116]如图21所示，本实施例与实施例一基本相同。其中，刀翼3为副刀翼。其区别在于:主刀翼3a或副刀翼3b保径面上设置有空槽5，该空槽为不封闭的开口槽，在开口槽内固定有第二组切削齿62。
[0117]实施例十二:
[0118]如图22所示，本实施例与实施例一基本相同。其中，刀翼3为副刀翼。其区别在于:主刀翼3a或副刀翼3b外侧面上设置有空槽5，该空槽为不封闭的斜面开口槽，在开口槽内固定有第二组切削齿62。
[0119]实施例十三:
[0120]如图23所示，本实施例与实施例一基本相同。其区别在于:刀翼3上设置有两个或两个以上的空槽5，所述空槽5可以为所述键槽形、扇形、月牙形和开口形空槽中的一种或一种以上的自由组合，每个空槽5内固定有第二组切削齿62。
[0121]实施例十四:
[0122]如图24所示，本实施例与实施例一基本相同。其区别在于:刀翼3上设置有至少一个空槽5，所述空槽5可以为圆形空槽，每个空槽5内固定有第二组切削齿62。
[0123]实施例十五:
[0124]如图25所示，本实施例与实施例一基本相同。其区别在于，布置于空槽5的第二组切削齿62为尖圆齿。
[0125]实施例十六:
[0126]如图26所示，本实施例与实施例一基本相同。其区别在于，空槽5内钻头周向固定两排或两排以上的第二组切削齿62。其中前后两排第二组切削齿可以高度相等，也可以是后排齿略低于前排齿。若前排第二组切削齿与后排齿等高，则前后两排切削齿将在主切削齿及刀翼表面磨损殆尽之后，同时作为后继表镶齿同时刮切岩石;若后排第二组切削齿低于前排齿，则后排切削齿作为前排齿的后备齿，当前排的第二组齿磨损至一定程度后，后排齿将随后进入破岩过程。这两种切削齿布置方式均有利于增强第二组切削齿对钻头切削能力的修复作用，进一步延长钻头寿命。
[0127]实施例十七:
[0128]如图27、图28以及图29示，本实施例与实施例十五基本相同。其中，图26中前排第二组切削齿为普通PDC复合齿，后排第二组切削齿为锥形冠顶复合齿，图27中前排第二组切削齿为锥形冠顶复合齿，后排第二组切削齿为普通roc复合齿，图28中前排第二组切削齿为普通roc复合齿，后排第二组切削齿为球形冠顶复合齿。其区别在于，布置于空槽5的第二组切削齿62可以是锥形齿顶或球面齿顶的金刚石复合齿，也可以是三角形或其他形状的热稳定聚晶金刚石齿。其中锥形齿作为第二组切削齿时，可布置于两排切削齿中的后排，与前排齿同时破岩，如图27所示;或布置于两排切削齿中的前排，作为预破碎齿，如图28所示，；球面齿作为第二组切削齿时，布置于两排切削齿中的后排，作为缓冲齿，如图29所示。
[0129]实施例十八:
[0130]如图30、图31所示，本实施例与实施例一基本相同。其中，盘刀及其切削齿可安装于延伸自钻头本体的牙掌上，并与牙掌形成转动连接，如图30所示;也可以直接安装于刀翼体，并与之形成转动连接，如图31所示。其区别在于:所述钻头为其上设置有盘刀的roc复合钻头。
[0131]如图所示，该复合钻头包含作为固定切削单元的刀翼和作为运动切削单元的盘刀。在钻进过程中，盘刀单元在钻头转动和岩石反力的作用下发生自转，使盘刀切削齿交替、轮流地刮切岩石，与固定切削结构共同作用，形成网状的井底模式，不仅有效避免了盘刀齿的热磨损，也大幅提升了钻头的破岩效率。另一方面，作为固定切削单元的刀翼，不仅要持续切削岩石，还要承受持续摩擦产生的热磨损效应，因此固定刀翼切削齿失效速度明显快于盘刀切削齿。该方案中，将空槽布置于固定刀翼上，并在空槽内固定一定数量的切削齿，形成刀翼的后继表镶切削结构，使得刀翼具备了自修复能力，避免了固定切削齿相比盘刀切削齿的过早失效，从而延长了复合钻头的使用寿命。
[0132]实施例十九:
[0133]如图32所示，图中，钻头为牙轮/刀翼复合钻头。本实施例与实施例十七基本相同，其区别在于:所述钻头为其上具有牙轮的roc复合钻头。
[0134]实施例二十:
[0135]如图33所示，图中，钻头为冲旋钻头。本实施例与实施例十七基本相同，其区别在于:所述钻头为冲旋钻头。
[0136]实施例二^^一:
[0137]如图34所示，本实施例与实施例一基本相同，其区别在于:所述钻头为一种双心固定式随钻扩孔roc钻头。
[0138]如图34所示，为一种双心固定式随钻扩孔TOC钻头的切削结构主要由“领眼段”和“扩孔段”所组成，由于其扩孔段刀翼结构的周向非对称性，会产生很大的横向不平衡力，进而使钻头在井底产生偏心旋转运动。这样常常导致钻头“偏磨”，使各切削齿上分担的切削载荷表现出高度不均匀性，从而较常规roc钻头更容易出现“环槽”、“掏心”等失效现象的发生。因此，本实施方案应用在双心固定式随钻扩孔PDC钻头上，可有效提高钻头的布齿密度和后继切削齿工作时的钻进比压值，让随钻扩孔roc钻头具备自修复能力，既延长了了钻头的使用寿命，又很好地提高钻头的综合钻进效率。
[0139]具体实施方案包括，在双心固定式随钻扩孔PDC钻头领眼段刀翼上固定有第一组切削齿611，且领眼段刀翼体上设置有空槽5，在该空槽内固定第二组切削齿621构成后继切削结构;或在双心固定式随钻扩孔roc钻头扩孔段刀翼上固定有第一组切削齿612，且扩孔段刀翼体上设置有空槽5，在该空槽内固定第二组切削齿622构成后继切削结构；或在领眼段和扩孔段同时设置空槽5，并且在领眼段和扩孔段空槽内同时固定第二组切削齿621和622，分别形成后继切削结构。如图所示，为领眼段和扩孔段均固定有第二组切削齿的双心固定式扩孔钻头。
[0140]实施例二十二:
[0141]如图35所示，本实施例与实施例二十基本相同，其区别在于:所述钻头为一种同心固定式随钻扩孔roc钻头。
[0142]本实施例的具体实施方案与实施例二十类似，包括:在同心固定式随钻扩孔roc钻头领眼段刀翼上固定有第一组切削齿611，且领眼段刀翼体上设置有空槽5，在该空槽内固定第二组切削齿621构成后继切削结构;或在同心固定式随钻扩孔roc钻头扩孔段刀翼上固定有第一组切削齿612，且扩孔段刀翼体上设置有空槽5，在该空槽内固定第二组切削齿622构成后继切削结构;或在领眼段和扩孔段同时设置空槽5，并且在领眼段和扩孔段空槽内同时固定第二组切削齿621和622，分别形成后继切削结构。图中所示，为领眼段和扩孔段均固定有第二组切削齿的同心固定式扩孔钻头。
[0143]前述本实用新型各实施例还可以自由组合以形成多个实施例，均为本实用新型可采用并要求保护的实施例。比如，实施例1和其他实施例的组合，实施例2、3、9、10、11之间自由组合，等等，在此不做穷举，本领域技术人员可知有众多组合。
[0144]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种具有自修复能力的长寿命钻头，包括钻头体和至少一个刀翼，刀翼上设置有若干第一组切削齿，刀翼布齿面和/或刀翼保径面设置凹窝用以固定第一组切削齿，其特征在于:至少一个刀翼上设置有至少一个空槽和至少一个第二组切削齿，空槽内设置凹窝用以固定第二组切削齿，且第二组切削齿至少部分切削刃出露于空槽内表面。2.根据权利要求1所述的具有自修复能力的长寿命钻头，其特征在于:所述空槽为贯通刀翼前后侧面的贯通式结构的通槽;或者所述空槽为不贯通结构的凹槽。3.根据权利要求1所述的具有自修复能力的长寿命钻头，其特征在于:至少一个刀翼上设置有两个或两个以上的空槽，至少有两个空槽设置在不同的钻头径向区域，每个空槽内固定至少一个第二组切削齿。4.根据权利要求1所述的具有自修复能力的长寿命钻头，其特征在于:至少一个所述空槽内沿钻头周向固定有前后两排或两排以上的第二组切削齿，且每排第二组齿的数量至少为一个。5.根据权利要求1所述的具有自修复能力的长寿命钻头，其特征在于:所述第二组切削齿布置在钻头三分之一半径以外的径向区域。6.根据权利要求1所述的具有自修复能力的长寿命钻头，其特征在于:所述第二组切削齿布置在钻头三分之二半径以内的径向区域。7.根据权利要求1所述的具有自修复能力的长寿命钻头，其特征在于:所述第二组切削齿布置在钻头的全部或接近全部径向区域，形成完整或基本完整的井底径向覆盖。8.根据权利要求1所述的具有自修复能力的长寿命钻头，其特征在于:至少一个固定第一组切削齿的凹窝与所述空槽相连通。9.根据权利要求1所述的具有自修复能力的长寿命钻头，其特征在于:在刀翼的内侧面和保径面上，所设置的空槽为不封闭的开口槽，开口槽内固定有至少一个第二组切削齿。10.根据权利要求1所述的具有自修复能力的长寿命钻头，其特征在于:所述第一组切削齿形成第一切削轮廓，所述第二组切削齿形成第二切削轮廓乃至更多切削轮廓，各切削轮廓纵向错开布置。11.根据权利要求1所述的具有自修复能力的长寿命钻头，其特征在于:所述空槽在钻头刀翼上密集布置，且各第二组切削齿的类型多种。12.根据权利要求1所述的具有自修复能力的长寿命钻头，其特征在于:所述第二组切削齿为圆形或椭圆、尖圆切削刃轮廓的PDC齿、热稳定聚晶金刚石齿，以及尖锥形冠部的金刚石复合齿。13.根据权利要求1所述的具有自修复能力的长寿命钻头，其特征在于:钻头上还包括可相对钻头体旋转或平移的运动切削单元。
【文档编号】E21B10/43GK205532310SQ201620384881
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】杨迎新, 刘清友, 戚清亮, 任海涛, 林敏 , 张春亮, 黄奎林
【申请人】西南石油大学, 成都为石油科技有限公司, 成都为一石油科技有限公司