[发明专利]脊形切削齿

说明书

技术领域

本发明涉及钻头，尤其是石油天然气开发钻井用钻头的配件，属于钻头制造技术领域。

背景技术

切削齿是PDC(聚晶金刚石复合片)钻头用于破岩的切削刃，它的性能优劣决定了PDC钻头的使用效果。良好的切削齿性能能够提高PDC钻头的机械钻速和进尺，缩短建井周期，降低钻井综合成本。

目前使用的常规切削齿的工作面为平面结构。钻井过程中，在钻压的作用下，切削齿钻入地层，再在钻具所传递的扭矩的作用下沿钻头轴线旋转刮切地层。这种破岩机理使得常规切削齿在抗压强度低的软地层应用中具有很高的速度优势。但是在抗压强度高的硬地层应用中，常规切削齿钻入地层的难度大幅增加，同时在高的转速条件下，切削齿与硬地层反复冲击所产生的高的冲击载荷很容易造成常规切削齿的崩损，制约了PDC钻头在硬地层中的应用。此外，在定向钻井应用中，常规切削齿刮切破岩的工作机理使得PDC钻头承受更高的反扭矩，易导致定向造斜工具面失稳，影响了PDC钻头在定向钻井中的应用效果。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种脊形切削齿。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：脊形切削齿，包括金刚石层和硬质合金基座；金刚石层上设有脊状凸起，金刚石层边缘设有倒角，硬质合金基座底部设有定位槽。

本发明的有益效果是，钻入地层容易，破岩效率高，有效提高机械钻速和减少钻头泥包；在定向钻进中有利于提高工具面稳定性；切削齿的抗冲击性能强，提高了钻头的使用寿命和进尺；切削齿可多次使用。

附图说明

图1是本发明总体结构(三个脊状凸起的切削齿)示意图；

图2是图1的主视图；

图3是三个脊状凸起的切削齿结构(类似图1)示意图；

图4是两个脊状凸起的切削齿结构示意图；

图5是四个脊状凸起的切削齿结构示意图；

图6是脊顶边缘部位等高于脊顶中心部位的结构(剖面)示意图；

图7是脊顶边缘部位高于脊顶中心部位的结构(剖面)示意图；

图8是脊顶边缘部位低于脊顶中心部位的结构(剖面)示意图。

图中零部件及编号：

1—金刚石层，2—硬质合金基座，

3—脊状凸起，3-1—脊顶边缘部位，3-2—脊顶中心部位；

4—倒角，5—定位槽，6-脊顶曲面，7-侧向面。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

参见图1，脊形切削齿，包括金刚石层1和硬质合金基座2；金刚石层1上设有脊状凸起3，金刚石层1边缘设有倒角4，硬质合金基座2底部设有定位槽5。

脊状凸起3为2—4个。

脊顶边缘部位3-1高于脊顶中心部位3-2。

脊顶边缘部位3-1低于脊顶中心部位3-2。

脊状凸起3的端面近似等腰三角形，它包括脊顶曲面6及与其相切并向下延伸的侧向面7，如图2上部所示。脊顶曲面的曲率半径及两侧向面间所形成的夹角是脊状凸起的两个重要结构参数。脊顶曲率半径及侧向面间的夹角越大切削齿所适用的地层越硬；弧顶曲率半径及侧向面间的夹角越小，切削齿的攻击性越强，其所适用的地层越软，如图3所示，弧顶曲率半径及侧向面间的夹角小于图1的夹角。

通常脊状凸起的数量为三个，三个脊状凸起围绕切削齿轴线成辐射状分布，相互之间的夹角为120°。切削齿使用后，在没有过度损坏的情况下，一般可实现三次转面，从而提高切削齿的利用效率。根据不同的需要，脊状凸起的数量可以为2个或4个，当脊状凸起为2个时，相互之间的夹角为180°，如图4。当脊状凸起为4个时，相互之间的夹角为90°，如图5。

的脊状凸起结构可以应用于不同直径的切削齿，包括常用的直径为的切削齿；

金刚石层的边缘有倒角，倒角的尺寸有0.2mm×45°、0.4mm×45°、0.5mm×45°三种规格，目的是通过分散作用在切削齿边缘上的力及增加金刚石与地层的接触面积改善金刚石层的破碎强度和研磨强度，以应对不同硬 度地层的钻井需要，倒角越大所适用的地层越硬，倒角越小所适用的地层越软；

定位槽5位于硬质合金基座的底端，其与脊状凸起3的脊顶沿切削齿的径向位置相对应，作为脊形切削齿钎焊时定位的参考标记，以确保工作状态下脊顶部位最先接触地层，发挥其最佳破岩效果。

脊状凸起的脊顶边缘部位和脊顶中心部位通常是等高的，如图6；也可以不等高，即脊顶边缘部位高于脊顶中心部位或者脊顶边缘部位低于脊顶中心部位，如图7、8；脊顶边缘部位高于脊顶中心部位的脊形齿适用于抗压强度低的软地层，以获得更高的机械钻速；脊顶边缘部位低于脊顶中心部位的脊形齿适用于地层抗压强度高的硬低层，以获得更高的使用寿命。