CN201661243U - 具有全尺寸高耐磨保径环的pdc钻头 - Google Patents

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Abstract

本实用新型的具有全尺寸高耐磨保径环的PDC钻头属于钻井用设备，是由钻头体、翼刀和切削齿柱构成，所述的钻头体为管状，在管状体上沿及外周均匀嵌有一个以上的倒L型翼刀，在翼刀的顶部至外弧面上横向嵌有若干个切削齿柱，在倒L型翼刀的直面段的外壁上设有高耐磨环。所述的高耐磨环是由金刚石段和WC硬质合金段交替组合构成。本实用新型的具有全尺寸高耐磨保径环的PDC钻头，结构设计合理，最大程度地减少了钻头外径的磨损程度，它既克服了PDC复合片热敏效应、抗冲击性差的不足，又使井眼规整光滑，延长钻头的使用寿命，满足了涡轮钻具的使用效果，保证了钻头高效、快速钻井，充分地发挥PDC复合片优势，扬长避短，既满足了涡轮钻具的使用效果，又延长PDC钻头的使用寿命。

Description

具有全尺寸高耐磨保径环的PDC钻头
技术领域
本实用新型属于钻井用设备，特别是涉及到一种具有全尺寸高耐磨保径环的PDC钻头。
背景技术
PDC钻头（Polycrystalline Diamond Compact Bit），即聚晶金刚石复合片钻头，是随着PDC复合材料的发展而发展起来的一种新型钻头。人造金刚石聚晶是1959年9月8日由南非德比（Debeers）公司首先研制成功，以后不断发展完善。1971年美国通用公司电气公司生产出PDC切削齿。1973年美国克里斯坦森公司生产出用于石油钻井的PDC钻头，1975年开始工业性研制PDC钻头，于20世纪70年代末获得成功并在现场应用中见到了巨大的经济效益。20世纪80年中大面积推广应用PDC钻头。PDC钻头是石油钻井工业界的一项重要技术成就，在石油钻井钻头方面是继牙轮钻头之后的一次技术突破。
20世纪80年代中期我国开始少量引进、自主研发。PDC钻头很快在全国各油田推广应用，到本世纪初PDC钻头已70%～80%取代了牙轮钻头，成为我国石油钻井的主力钻头。PDC钻头在转盘钻井和螺杆钻井的条件下破岩基本取代了牙轮钻头（螺杆最高转速在350r/nin左右）， 占绝对优势。但其也有缺陷和不足，由于PDC复合片是由多种物质组成的，其具有高硬度和耐磨性、自锐性好、整体强度好、热稳定性差等特点，当温度达到或超过700℃时，由于复合片中不同物质的热膨胀系数不同引起内应力，导致复合片内产生裂纹而破碎。当温度在350℃～700℃之间，随着温度的升高复合片的磨损速度上升很快，在井底，钻头在钻压和扭矩的复合作用下沿层表面滑移，产生大量的摩擦热，PDC复合片在冷却不好的情况下，温度迅速升高，有可能导致复合片加速磨损。又由于PDC复合片抗冲击性差，由于锐利的切削齿刃口（聚晶金刚石层）承担了切削齿大部分钻压，且聚晶金刚石层较脆，因而切削齿出刃部分遇到冲击载荷时易折断，故抗冲击性差。综上所述，引起PDC复合片磨损的最主要的原因有四个：残余应力、机械载荷、热物理和热化学原因。特别是随着涡轮动力钻具的引进应用，PDC钻头已不适应高转速井下动力钻具，特别是在高转速涡轮动力钻具（最高转速720r/nin）工作状态下，由PDC钻头涡动所引起的复合片早期损坏及缩径问题，即其外径磨损变小，给后续钻井工作带来诸多不利因素，如泵压升高、携岩不畅、扭矩增大、严重损坏涡轮动力钻具的定子，造成钻井失效，后续钻头下井不畅甚至于卡钻、断钻具等。
发明内容
本实用新型旨在于克服现在技术的不足，提供了一种具有全尺寸高耐磨保径环的PDC钻头。
本实用新型的具有全尺寸高耐磨保径环的PDC钻头，是由钻头体、翼刀和切削齿柱构成，所述的钻头体为管状，在管状体上沿及外周均匀嵌有一个以上的倒L型翼刀，在翼刀的顶部至外弧面上横向嵌有若干个切削齿柱，在倒L型翼刀的直面段的外壁上设有高耐磨环。
作为本实用新型的进一步改进，在倒L型翼刀的直面段的外壁上等间距地设有一个以上的高耐磨环。
作为本实用新型的进一步改进，所述的高耐磨环是由金刚石段和WC硬质合金段交替组合构成。
本实用新型的具有全尺寸高耐磨保径环的PDC钻头，结构设计合理，最大程度地减少了钻头外径的磨损程度，它既克服了PDC复合片热敏效应、抗冲击性差的不足，又使井眼规整光滑，延长钻头的使用寿命，满足了涡轮钻具的使用效果，保证了钻头高效、快速钻井，充分地发挥PDC复合片优势，扬长避短，既满足了涡轮钻具的使用效果，又延长PDC钻头的使用寿命。
附图说明
说明书附图是本实用新型的具有全尺寸高耐磨保径环的PDC钻头的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的具有全尺寸高耐磨保径环的PDC钻头，是由钻头体、翼刀和切削齿柱构成，所述钻头体1为管状，在管状体上沿及外周均匀嵌有一个以上的倒L型翼刀2，在翼刀2的顶部至外弧面上横向嵌有若干个切削齿柱3，在倒L型翼刀2的直面段的外壁上设有高耐磨环4。所述的高耐磨环4是由金刚石段5和WC硬质合金段6交替组合构成。本实用新型的高耐磨环带中孕镶ф8х8柱状人造聚晶金刚石颗粒在钻头机体中，间断排列，WC机体制约离心冲击力，人造聚晶金刚石颗粒高耐磨。因此，解决了PDC复合片抗冲击性差的缺陷。
在倒L型翼刀的直面段的外壁上等间距地设有一个以上的高耐磨环。在翼刀上等间距排布全尺寸高耐磨环，既可使翼刀与井壁成点、线接触，又可周向切削井壁，减少钻头横向位移、（涡动）降低钻头的角速度，这也是避免钻头外径缩小的一项重要措施。

Claims (3)

1.具有全尺寸高耐磨保径环的PDC钻头，是由钻头体、翼刀和切削齿柱构成，其特征在于其钻头体（1）为管状，在管状体上沿及外周均匀嵌有一个以上的倒L型翼刀（2），在翼刀（2）的顶部至外弧面上横向嵌有若干个切削齿柱（3），在倒L型翼刀（2）的直面段的外壁上设有一个以上的高耐磨环（4）。
2.如权利要求1所述的具有全尺寸高耐磨保径环的PDC钻头，其特征是在倒L型翼刀（2）的直面段的外壁上等间距地设有一个以上的高耐磨环（4）。
3.如权利要求1或2所述的具有全尺寸高耐磨保径环的PDC钻头，其特征在于高耐磨环（4）是由金刚石段（5）和WC硬质合金段（6）交替组合构成。
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