CN208203138U - 一种内嵌式组合钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种内嵌式组合钻头，包括钻头基体、设置在钻头基体前端面上的多个刀翼，所述刀翼以力学平衡的方式呈环状分布在钻头基体上，每个所述刀翼均朝向钻头的旋转方向，所述钻头基体的前端面设有多个切削刃，多个所述切削刃呈环状均匀分布在前端面上，所述切削刃的切削面低于刀翼的顶面；所述切削刃包括：设置在钻头基体中心处的支撑部、位于支撑部顶端的切削部，所述切削部与支撑部一体成型，所述切削部的宽度大于支撑部的宽度，所述切削部的顶面与侧面相交处设有切削刃。本实用新型在钻头基体的中心处设置切削刃，并且切削刃的切削面低于刀翼的顶面，刀翼在钻削时，切削刃可防止钻削孔缩经，具有钻孔率高的优点。

Description

一种内嵌式组合钻头

技术领域

本实用新型涉及PDC钻头领域，尤其涉及一种内嵌式组合钻头。

背景技术

在深部硬地层以及复杂地质条件下钻井，由于地层的硬度以及钻进难度随着井深的增加呈指数递增。目前岩层钻孔大多数使用PDC钻头，现有的PDC钻头存在导向性差、工作效率低的缺陷。

并且在钻具回抽时，通常是借助外力直接往外拉，易发生塌孔现象，造成安全事故频繁发生。况且塌孔后的岩屑会造成孔道堵塞，进而影响钻具回抽，对钻具消耗大。

有鉴于此，有必要对现有技术中的PDC钻头予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种内嵌式组合钻头，在钻头基体的中心处设置切削刃，并且切削刃的切削面低于刀翼的顶面，刀翼在钻削时，切削刃可防止钻削孔缩经，具有钻孔率高的优点。

实现本实用新型目的的技术方案如下：

一种内嵌式组合钻头，包括钻头基体、设置在钻头基体前端面上的多个刀翼，所述刀翼以力学平衡的方式呈环状分布在钻头基体上，每个所述刀翼均朝向钻头的旋转方向，所述钻头基体的前端面设有多个切削刃，多个所述切削刃呈环状均匀分布在前端面上，所述切削刃的切削面低于刀翼的顶面；

所述切削刃包括：设置在钻头基体中心处的支撑部、位于支撑部顶端的切削部，所述切削部与支撑部一体成型，所述切削部的宽度大于支撑部的宽度，所述切削部的顶面与侧面相交处设有切削刃。

作为本实用新型的进一步改进，多个所述切削刃以力学平衡的方式分布在钻头基体上，所述切削刃的底端与钻头基体焊接固定，所述切削刃的顶端向上倾斜。

作为本实用新型的进一步改进，所述切削刃与切削部的顶面焊接固定，所述切削刃由聚晶金刚石复合片制成。

作为本实用新型的进一步改进，所述钻头基体的周壁上还设有至少一条螺旋状的钻削带，所述钻削带的侧壁形成螺旋壁，相邻的两个螺旋壁之间形成用于排出岩屑的螺旋排屑槽。

作为本实用新型的进一步改进，所述螺旋排屑槽的螺旋角为20°-45°。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1. 本实用新型在钻头基体上设置切削刃，并且切削刃的切削面低于刀翼的顶面，刀翼在钻削时，切削刃可防止钻削孔缩经，具有钻孔率高的优点。

2.本实用新型在钻头基体的周向设置螺旋状的钻削带，钻头在工作时，相邻两钻削壁之间的螺旋排屑槽具有排渣通畅的作用。

附图说明

图1为内嵌式组合钻头的立体结构示意图。

图2为内嵌式组合钻头的平面结构示意图。

图中，1、钻头基体；2、刀翼；3、切削刃。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

PDC钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称，PDC钻头是使用金刚石和硬质合金基体组成的复合材料，具有硬度高、耐磨性强的特点。该钻头是地质钻探行业常用的一种钻井工具。现有的PDC钻头大致分为两种设计，一种是小尺寸两刀翼、双牙轮钻头，另一种为稍大尺寸的三刀翼、三牙轮钻头。这些钻头的设计基于四刀翼和六刀翼PDC 钻头，而副刀翼的位置则被短尺寸的牙轮所替代。这样，井眼的中心位置是由位于主刀翼上的PDC切削齿完成破岩的，而井眼***部分的钻进由牙轮和刀翼上的切削齿共同完成，井眼***部分的破岩难度较高，破岩效果主要取决于牙轮与刀翼的配合。

钻进时，PDC钻头在钻压与扭矩作用下切削破岩使岩层孔不断加深，钻头运动的基本形式是向下旋转。钻头中心向下运动，其速度就是钻进时的钻速。钻头每一个切削齿的运动呈空间螺旋形轨迹，其速度取决于钻头的旋转速度与该切削齿距钻头中心的距离。在极软的高塑性地层中钻进时，切削齿在钻压作用下吃入岩石，旋转钻头便会使刃前岩石产生连续的塑性流动而呈片状、层状而被切削掉。

PDC钻头在塑胎生地层中钻进时，PDC钻头的切削齿在钻压的作用下吃入岩石，在扭矩作用下先于刃前的岩石发生碰撞，随着钻头转动，切削齿挤压刃前岩石，并产生小剪切破坏。当扭矩增大时，切削齿继续向前推进压碎刃前岩石，并将部分岩石压碎呈粉末。当扭力增大至岩石的强度极限时，岩石沿剪切面发生大块的剪切破碎，此后切削齿的扭力突然降低，紧接着随着钻头转动，切削齿便会又与岩石发生碰撞、挤压、剪切3种破岩过程，这样反复进行就是PDC钻头在塑胎生地层中钻进的过程。

为了解决现有的PDC钻头钻孔效率低、易跑偏的缺陷，本实施例提供了一种内嵌式组合钻头，图1是内嵌式组合钻头的立体结构示意图，图2是内嵌式组合钻头的平面结构示意图。本实施例的内嵌式组合钻头包括钻头基体1、设置在钻头基体1前端面上的多个刀翼2，刀翼2以力学平衡的方式呈环状分布在钻头基体1上，每个刀翼2均朝向钻头的旋转方向，钻头基体1的前端面设有多个切削刃3，多个切削刃3呈环状均匀分布在前端面上，切削刃3的切削面低于刀翼2的顶面。切削刃3的切削面低于刀翼2的顶面，当刀翼2钻削时，切削刃3可防止钻削孔缩经，具有钻孔率高的优点。具有钻孔率高、不易缩经、不跑偏的优点。

本实施例在钻头基体1上设置切削刃3，并且切削刃3的切削面低于刀翼2的顶面，刀翼2在钻削时，切削刃3可防止钻削孔缩经，具有钻孔率高的优点。

切削刃3包括：设置在钻头基体1中心处的支撑部、位于支撑部顶端的切削部，切削部与支撑部一体成型，切削部的宽度大于支撑部的宽度，切削部的顶面与侧面相交处设有切削刃3。优选支撑部与钻头基体1的连接方式，可以是焊接或一体成型。优点切削刃3与切削部的顶面焊接固定，切削刃3由聚晶金刚石复合片制成。

本实用新型在钻头基体1上设置切削刃3，并且切削刃3的切削面低于刀翼2的顶面，刀翼2在钻削时，切削刃3可防止钻削孔缩经，具有钻孔率高的优点。

在实际使用中，钻头基体1的周壁上还设有至少一条螺旋状的钻削带，相邻的两个螺旋壁之间形成用于排出岩屑的螺旋排屑槽。螺旋排屑槽的螺旋角为20°-45°。本实施例在钻头基体1的周向设置螺旋状的切削刃3，钻头在工作时，相邻两切削壁之间的螺旋排屑槽具有排渣通畅的作用。本实施例采用的排屑方式是：在钻头基体1上设置钻削带，在钻杆上设置螺旋叶片，刀翼2切削下来的岩屑先经钻削带最后通过螺旋叶片排出。本实施例通过在钻头基体1上设置螺旋排屑槽，螺旋钻头在工作时具有排渣通畅的优点。本实施例在钻头基体1、钻杆上同时设置螺旋排屑槽，刀翼2切削下来的岩层直接经螺旋排屑槽逐步向后输送，直至排出孔外，钻头不断破岩，钻杆就连续排渣，获得较高的钻进效率。

通常来说，在圆柱面上，圆柱螺旋线的切线与通过切点的圆柱面直母线之间所夹的锐角，称为螺旋角。在圆锥面上，圆锥螺旋线的切线与通过切点的圆锥面直母线之间所夹的锐角，称为螺旋角。本实施例中螺旋排屑槽的螺旋角为20°-45°。当螺旋排屑槽的螺旋角选用45°时，45°螺旋角容屑空间大，刚性好，但没有20°螺旋角的排屑性能好；螺旋排屑槽的螺旋角选用20°时，20°的螺旋角排屑性能较好，但容屑空间有限，刚性不佳。在实际使用中，优选螺旋排屑槽的螺旋角为30°。本实施例的螺旋钻头适合中低速进给。

在进行钻孔时，螺旋状钻杆在孔中转动，螺旋状钻杆和孔壁构成了一个螺旋输送器，孔底岩屑就被钻杆上的螺旋叶片逐步向后输送，直至排出孔外。

本实施例的钻头，钻头基体1、多个刀翼2，多个刀翼2均匀分布在钻头中心体的顶壁上，并且多个刀翼2按照力学平衡设置，每个刀翼2均朝向钻头旋转方向。由于孔底的岩屑能快速排出，岩屑在孔底不会堆积，使得刀翼2在工作时可直接接触岩层钻削，螺旋钻头具有钻削进度快、钻削阻力小的优点。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种内嵌式组合钻头，包括钻头基体（1）、设置在钻头基体（1）前端面上的多个刀翼（2），所述刀翼（2）以力学平衡的方式呈环状分布在钻头基体（1）上，每个所述刀翼（2）均朝向钻头的旋转方向，其特征在于，所述钻头基体（1）的前端面设有多个切削刃（3），多个所述切削刃（3）呈环状均匀分布在前端面上，所述切削刃（3）的切削面低于刀翼（2）的顶面；

所述切削刃（3）包括：设置在钻头基体（1）中心处的支撑部、位于支撑部顶端的切削部，所述切削部与支撑部一体成型，所述切削部的宽度大于支撑部的宽度，所述切削部的顶面与侧面相交处设有切削刃（3）。

2.根据权利要求1所述的内嵌式组合钻头，其特征在于，多个所述切削刃（3）以力学平衡的方式分布在钻头基体（1）上，所述切削刃（3）的底端与钻头基体（1）焊接固定，所述切削刃（3）的顶端向上倾斜。

3.根据权利要求1或2所述的内嵌式组合钻头，其特征在于，所述切削刃（3）与切削部的顶面焊接固定，所述切削刃（3）由聚晶金刚石复合片制成。

4.根据权利要求1所述的内嵌式组合钻头，其特征在于，所述钻头基体（1）的周壁上还设有至少一条螺旋状的钻削带，所述钻削带的侧壁形成螺旋壁，相邻的两个螺旋壁之间形成用于排出岩屑的螺旋排屑槽。

5.根据权利要求4所述的内嵌式组合钻头，其特征在于，所述螺旋排屑槽的螺旋角为20°-45°。