CN203729882U - 一种切削齿自旋式钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种切削齿自旋式钻头，包括接头、保径、水眼、刀翼和切削齿，切削齿包括固定切削齿和自旋式切削齿，自旋式切削齿包括相互连接的旋转齿座和切削头，旋转齿座安装于刀翼上，每个刀翼上至少有一个自旋转切削齿，自旋式切削齿的切削头与旋转齿座之间设有使切削头能够旋转的旋转装置；自旋式切削齿的中心轴与钻头钻进时的前后方向相互垂直，旋转装置使切削头能围绕自旋式切削齿的中心轴旋转。本实用新型由于增加了旋转装置，所以钻头在切削地层时，使切削齿的切削头前端面圆周均能参与对地层的切削，提高了切削头的利用率，从而大幅提高了钻头的使用寿命，显著提高了单只钻头的进尺能力，缩短了钻井周期，节约了钻井成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种PDC钻头，尤其涉及一种切削齿的切削头能够自动旋转的切削齿自旋式钻头。
背景技术
近年来，各个油田对石油天然气的开发周期和安全性的要求越来越高，与之相配套的各种工具在性能及其使用寿命上有了很大的提高，在钻进过程中对PDC钻头（聚晶金刚石复合片钻头的简称）的机械钻速和进尺的要求也越来越高。
常规传统PDC钻头，切削齿（即PDC齿）的旋转齿座和切削头为一体成型结构，旋转齿座固定钎焊在钻头刀翼上，切削头的前端设置金刚石层实现切削功能。随着钻头工作时间的上升，切削齿磨损逐渐加大，钻进机械钻速也随之降低，直至机械钻速过慢而起钻。由于常规传统PDC钻头的切削齿固定钎焊在钻头刀翼上，在使用正常情况下，直至达到钻头使用寿命，切削齿的切削头利用率也仅50%左右，从而导致PDC钻头的使用寿命较短，单只钻头的进尺能力不足，钻头钻进速度会逐渐降低，延长了钻井周期，提高了钻井成本。
实用新型内容
本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种切削头利用率显著提高的切削齿自旋式钻头。
本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
本实用新型所述切削齿自旋式钻头包括接头、保径、水眼、刀翼和切削齿，所述切削齿包括固定切削齿和自旋式切削齿，所述自旋式切削齿包括相互连接的旋转齿座和切削头，所述旋转齿座安装于所述刀翼上，每个所述刀翼上 至少有一个自旋式切削齿，所述自旋式切削齿的切削头与旋转齿座之间设有使所述切削头能够旋转的旋转装置；所述自旋式切削齿的中心轴与所述钻头钻进时的前后方向相互垂直，所述旋转装置使所述切削头能围绕所述自旋式切削齿的中心轴旋转。
具体地，所述旋转装置的结构为：所述切削头的后段置于所述旋转齿座内，所述切削头的后段圆周表面设有一个或多个切削头盲孔或切削头通孔，所述旋转齿座的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环，一个所述切削头盲孔或切削头通孔与对应的一个所述旋转齿座凹环之间的对接处为一个旋转空间，所述旋转空间内放置有滚珠或滑块；或者，所述切削头的后段圆周表面设有一个或多个切削头凹环，所述旋转齿座的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环，所述切削头凹环和所述旋转齿座凹环内同时放置有卡簧、滑动轴承或滚珠。
进一步，所述旋转空间内放置有滚珠或滑块时，所述切削头盲孔或切削头通孔内安装有弹簧，所述弹簧的外端顶住所述滚珠或滑块，使所述滚珠或滑块的一部分置于旋转齿座凹环内，另一部分置于所述切削头盲孔或切削头通孔内。
根据应用需求，所述切削头的前端面上设有用于切削的金刚石层；所述钻头为全面钻进PDC胎体钻头或全面钻进PDC钢体钻头或其它以PDC齿为切削齿的钻头。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型由于增加了旋转装置，所以钻头在切削地层时，使切削齿的切削头前端面圆周均能参与对地层的切削，提高了切削头的利用率，从而大幅提高了钻头的使用寿命，显著提高了单只钻头的进尺能力，并保持较高的钻头进钻速度，缩短了钻井周期，节约了钻井成本，本实用新型尤其适用于PDC钻头。
附图说明
图1是本实用新型所述切削齿自旋式钻头的轴向剖视图，图中只取了整个剖视图的一半，另一半为对称结构；
图2是本实用新型所述切削齿自旋式钻头的俯视结构示意图，该俯视角度以图1为主视角度为参照；
图3是本实用新型所述旋转装置的轴向剖视结构之一的示意图；
图4是本实用新型所述旋转装置的轴向剖视结构之二的示意图；
图5是本实用新型所述旋转装置的轴向剖视结构之三的示意图；
图6是本实用新型所述旋转装置的轴向剖视结构之四的示意图；
图7是本实用新型所述旋转装置的轴向剖视结构之五的示意图；
图8是本实用新型所述旋转装置的轴向剖视结构之六的示意图；
图9是本实用新型所述旋转装置的轴向剖视结构之七的示意图；
图10是本实用新型所述旋转装置的径向剖视结构之一的示意图；
图11是本实用新型所述旋转装置的径向剖视结构之二的示意图；
图12是本实用新型所述旋转装置的径向剖视结构之三的示意图；
图13是本实用新型所述旋转装置的径向剖视结构之四的示意图；
图14是本实用新型所述旋转装置的径向剖视结构之五的示意图；
图15是本实用新型所述旋转装置的径向剖视结构之六的示意图；
图16是本实用新型所述旋转装置的径向剖视结构之七的示意图；
图17是本实用新型所述旋转装置的径向剖视结构之八的示意图；
图18是本实用新型所述旋转装置的径向剖视结构之九的示意图；
图19是本实用新型所述旋转装置的径向剖视结构之十的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1、图2和图3所示，本实用新型所述切削齿自旋式钻头包括接头6、基体（即图1中接头6以上用于作为保径5和刀翼3的载体的部分，图中未标记）、保径5、水眼4、刀翼3和切削齿2，切削齿2包括固定切削齿和自旋式切削齿，所述自旋式切削齿包括相互连接的旋转齿座10和切削头8，旋转齿座10钎焊固定安装于刀翼3上，每个刀翼3上至少有一个自旋式切削齿，自旋式切削齿的切削头8与旋转齿座10之间设有使切削头8能够围绕自旋式切削齿的中心轴旋转的旋转装置，所述自旋式切削齿的中心轴与钻头钻进时的前后方向相互垂直。
上述结构中：
如图1所示，根据钻头工作地层的岩石性能、钻井条件、钻井工艺等，切削齿2中带有旋转装置的自旋式切削齿可分别布置或同时布置于钻头主切削齿组16的内锥部A、鼻部B、外锥部C或后排齿组15（也称副切削齿组）所在的各个位置。刀翼3的外表面用于安装切削齿2的部分形成布齿线1，主切削齿组16的内锥部A、鼻部B、外锥部C均位于布齿线1上。
如图3所示，带有旋转装置的自旋式切削齿的直径范围为大于等于7mm并小于等于25mm，长度范围为大于等于5mm并小于等于30mm。
如图3-图19所示，所述旋转装置的结构为：切削头8的后段（图中为下段）置于旋转齿座10内，切削头8的后段圆周表面设有一个或多个切削头盲孔或切削头通孔（图中未标记），旋转齿座10的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环（图中未标记），一个切削头盲孔或切削头通孔与对应的旋转齿座凹环之间的对接处为一个旋转空间（图中未标记），旋转空间内放置有滚珠9或滑块14；或者，切削头8的后段圆周表面设有一个或多个切削头凹环（图中未标记），旋转齿座10的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环（图中未标记），切削头凹环和旋转齿 座凹环内同时放置有卡簧12、滑动轴承13或滚珠9；旋转空间内放置有滚珠9或滑块14时，切削头盲孔或切削头通孔内安装有弹簧11，弹簧11的外端顶住滚珠9或滑块14，使滚珠9或滑块14的一部分置于旋转齿座凹环内，另一部分置于切削头盲孔或切削头通孔内。具体地，这种结构有多种变形，比如：如图3和图11所示，切削头8的后段圆周表面设有四个切削头盲孔，旋转齿座10的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环，旋转空间内放置有滚珠9，切削头盲孔内安装有弹簧11，弹簧11的外端顶住滚珠9；如图4和图13所示，切削头8的后段圆周表面设有两个切削头通孔，旋转齿座10的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环，旋转空间内放置有滚珠9，切削头通孔内安装有弹簧11，弹簧11的外端顶住滚珠9；如图10所示，切削头8的后段圆周表面设有三个切削头盲孔，旋转齿座10的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环，旋转空间内放置有滚珠9，切削头盲孔内安装有弹簧11，弹簧11的外端顶住滚珠9；如图12所示，切削头8的后段圆周表面设有两个切削头盲孔和两个切削头通孔，旋转齿座10的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环，旋转空间内放置有滚珠9，切削头盲孔内安装有弹簧11，弹簧11的外端顶住滚珠9，切削头通孔内安装有弹簧11，弹簧11的外端顶住滚珠9；如图5和图14所示，切削头8的后段圆周表面设有切削头凹环，旋转齿座10的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环，切削头凹环和旋转齿座凹环内同时放置有卡簧12；如图6和图16所示，切削头8的后段圆周表面设有切削头凹环，旋转齿座10的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环，切削头凹环和旋转齿座凹环内同时放置有多个滚珠9；如图7和图15所示，切削头8的后段圆周表面设有切削头凹环，旋转齿座10的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环，切削头凹环和旋转齿座凹环内同时放置有滑动轴承13；如图8和图19所示，切削头8的后段圆周表面设有两个切削头盲孔，旋转齿座10的内圆周表 面设有对应的旋转齿座凹环，旋转空间内放置有滑块14，切削头盲孔内安装有弹簧11，弹簧11的外端顶住滑块14；如图9和图18所示，切削头8的后段圆周表面设有一个切削头通孔，旋转齿座10的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环，旋转空间内放置有滑块14，切削头通孔内安装有弹簧11，弹簧11的外端顶住滑块14；如图17所示，切削头8的后段圆周表面设有三个切削头盲孔，旋转齿座10的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环，旋转空间内放置有滑块14，切削头盲孔内安装有弹簧11，弹簧11的外端顶住滑块14。
由图2和图3可知，切削头8的前端面上设有用于切削的金刚石层7，由于钻头钻井时为旋进式钻入，所以金刚石层7的外侧大平面不在钻头钻进的正前方，而是在顺着旋转方向的一侧。对应图1、图2和图3中金刚石层7在自旋式切削齿上的相对位置关系，可确定图3-图19中的自旋式切削齿（包括切削头8和旋转齿座10）与刀翼3之间的相对位置关系。
根据实际应用需要，所述钻头为全面钻进PDC胎体钻头、全面钻进PDC钢体钻头或其它以PDC齿为切削齿的钻头均可；钻头基体的直径可以从4″到26″。
Claims (5)
1.一种切削齿自旋式钻头，包括接头、保径、水眼、刀翼和切削齿，所述切削齿包括固定切削齿和自旋式切削齿，所述自旋式切削齿包括相互连接的旋转齿座和切削头，所述旋转齿座安装于所述刀翼上，每个所述刀翼上至少有一个自旋式切削齿，所述自旋式切削齿的切削头与旋转齿座之间设有使所述切削头能够旋转的旋转装置；其特征在于：所述自旋式切削齿的中心轴与所述钻头钻进时的前后方向相互垂直，所述旋转装置使所述切削头能围绕所述自旋式切削齿的中心轴旋转。
2.根据权利要求1所述的切削齿自旋式钻头，其特征在于：所述旋转装置的结构为：所述切削头的后段置于所述旋转齿座内，所述切削头的后段圆周表面设有一个或多个切削头盲孔或切削头通孔，所述旋转齿座的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环，一个所述切削头盲孔或切削头通孔与对应的一个所述旋转齿座凹环之间的对接处为一个旋转空间，所述旋转空间内放置有滚珠或滑块；或者，所述切削头的后段圆周表面设有一个或多个切削头凹环，所述旋转齿座的内圆周表面设有对应的旋转齿座凹环，所述切削头凹环和所述旋转齿座凹环内同时放置有卡簧、滑动轴承或滚珠。
3.根据权利要求2所述的切削齿自旋式钻头，其特征在于：所述旋转空间内放置有滚珠或滑块时，所述切削头盲孔或切削头通孔内安装有弹簧，所述弹簧的外端顶住所述滚珠或滑块，使所述滚珠或滑块的一部分置于旋转齿座凹环内，另一部分置于所述切削头盲孔或切削头通孔内。
4.根据权利要求1、2或3所述的切削齿自旋式钻头，其特征在于：所述切削头的前端面上设有用于切削的金刚石层。
5.根据权利要求1、2或3所述的切削齿自旋式钻头，其特征在于：所述钻头为全面钻进PDC胎体钻头或全面钻进PDC钢体钻头。
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