[实用新型]一种有PDC齿的单牙轮钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于石油、天然气钻探的一种有PDC齿的单牙轮钻头。 

背景技术

目前应用的单牙轮钻头主要由牙轮和钻头体等部分组成，牙轮上的切削齿一般采用硬质合金镶齿，呈纵排或螺旋形布置于牙轮上。钻头的保径主要依靠布置于钻头体牙掌掌背的保径齿，为减小扭转阻力和摩擦热，一般采用出露较高的耐磨切削齿主动保径。单牙轮钻头主要依赖牙齿的刮凿作用破碎岩石，牙轮上不同位置的齿在井底形成网状的刮切运动轨迹，从而完成对井底岩石的全面覆盖。刮切的破岩方式要求单牙轮钻头的牙齿具有较强的耐磨性，但是牙轮上的牙齿一般为硬质合金镶齿，牙齿的耐磨能力不足，因此，牙齿的磨损寿命较短是制约单牙轮钻头使用寿命的主要因素。PDC切削齿的主要组成部分是聚晶金刚石复合片，一般为圆柱形，是在高温高压下将聚晶金刚石烧结在碳化钨—钴衬层上而成。PDC齿出色的耐磨性使切削齿刃口的钝化速度大大减缓，而自锐性则使已经磨损的切削齿依然能够有效地吃入岩层。超强的耐磨性和良好的自锐性，使PDC钻头在软至中硬均质地层中具有相当高的破岩效率和工作寿命。但是PDC齿承受冲击载荷的能力比较差，普通圆柱形切削齿容易发生异常磨损或失效现象，严重影响钻头的钻速和寿命。 

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种有PDC齿的单牙轮钻头，该钻头对PDC切削齿和PDC保径齿进行了结构优化和材料改进，能提高牙齿的抗冲击能力和抗研磨能力，从而延长单牙轮钻头的使用寿命。 

本实用新型的技术方案是：本实用新型一种有PDC齿的单牙轮钻头，主要由牙轮和钻头体组成。所述牙轮上镶嵌PDC切削齿，所述钻头体的牙掌掌背上镶嵌PDC保径齿，PDC切削齿的聚晶金刚石复合片为刃形，其基体为楔形硬质合金基体，PDC保径齿的聚晶金刚石复合片为平头形，其基体为圆柱形硬质合金基体；PDC切削齿与PDC保径齿的聚晶金刚石复合片凸角边缘具有不同程度的初始钝化。 

本实用新型的有益效果是：1．由于利用了PDC齿的高耐磨性和单牙轮钻头的刮凿破岩机理，具有高寿命和高性价比等优点。2．根据单牙轮钻头破岩机理和工作规律的要求，优化了PDC齿的齿形，改进了PDC齿的材料，使PDC切削齿和PDC保径齿具有更好的抗冲击能力和耐磨损能力，具有较高的工作效率和使用寿命。 

附图说明

图1为本实用新型一种有PDC齿的单牙轮钻头结构示意图； 

图2为本实用新型的刃形PDC切削齿结构示意图；

图3为图2的左视半剖图；

图4为本实用新型的平头形PDC保径齿结构示意图；

图5为图4的半剖图。

图中：1．PDC保径齿，2．钻头体，3．沟槽，4．PDC切削齿，5．牙轮，6．大滑动轴承，7．止推球轴承，8．小滑动轴承，9．锁紧网球，10．聚晶金刚石层，11．碳化钨-钴衬层，12．楔形硬质合金基体，13．圆柱形硬质合金基体。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。 

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实用新型一种有PDC齿的单牙轮钻头，主要由牙轮5和钻头体2组成。所述牙轮5上镶嵌PDC切削齿4，所述钻头体2的牙掌掌背上镶嵌PDC保径齿1，PDC切削齿4的聚晶金刚石复合片为刃形，其基体为楔形硬质合金基体12，PDC保径齿1的聚晶金刚石复合片为平头形，其基体为圆柱形硬质合金基体13；PDC切削齿4与PDC保径齿1的聚晶金刚石复合片凸角边缘具有不同程度的初始钝化。 

PDC切削齿4按照纵排方式交错布置在牙轮5上，PDC保径齿1出露较高，能实现主动保径，沟槽3为排屑槽，可以根据地层和岩性的变化而设计出符合不同要求的尺寸。在高温高压下，将聚晶金刚石层10烧结在碳化钨—钴衬层11上形成聚晶金刚石复合片，将复合片固结在硬质合金基体上，改进两者的形状，使PDC切削齿4 和PDC保径齿1的耐磨性和抗冲击性显著提高；同时PDC切削齿4的金刚石复合片的特殊斜面结构设计可以防止复合片局部受力集中，还可以减少复合片脱落和齿刃异常磨损现象的发生，能够应用于软至中硬不均质岩性地层的钻进；由于PDC保径齿1凸角边缘初始钝化，且出露较高，能减小钻头的扭转阻力和与摩擦热，起到良好的主动保径作用。