[发明专利]自动换刃的PDC切削齿

说明书

本发明公开了一种自动换刃的PDC切削齿，包括滑动连接的上刃和下刃，上刃设置有上刃凹槽，下刃设置有下刃凹槽，上刃凹槽与下刃凹槽位置对应并且对扣形成容置腔；容置腔设有楔块组件，楔块组件与上刃凹槽的槽底之间留有滑动空间，楔块组件包括接触面为斜面的前楔块和后楔块，螺纹紧固件贯穿下刃且其螺杆段与前楔块螺纹连接；发明的自动换刃的PDC切削齿具有上刃和下刃两个切削刃，在下刃磨损后能自动更换新的切削刃即上刃进行切削，大幅延长了PDC切削齿的单齿使用寿命，延长了整个PDC钻头井下工作时间，减少了起下钻、更换钻头等钻井辅助时间，有效提高了钻井施工效率，降低了钻井成本。

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探设备用具技术领域，尤其涉及一种自动换刃的PDC切削齿。

背景技术

随着常规油气资源的日趋减少，深层及复杂地层油气藏成为油气勘探开发的重点。PDC钻头作为一种首选破岩工具在深层及复杂地层钻井效果不理想，主要表现为钻进速度慢，钻头寿命短。导致PDC钻头在上述地层应用效果差的主要原因在于作为直接破岩工具的PDC切削齿在可钻性差、研磨性高的地层磨损较快，一旦PDC切削齿出现磨损，其破岩能力大幅下降，钻井效率显著降低。

近年来，PDC切削齿技术发展迅猛，为了提高坚硬及复杂地层的适应性，出现了锥形齿、斧型齿、多棱齿等非平面的异形PDC切削齿。异形PDC切削齿为油气钻井提供了新的破岩思路，但依然存在单齿易磨损、寿命短的问题。实践表明，PDC钻头寿命由其上的PDC切削齿寿命决定，提高单齿使用寿命是延长钻头井下工作时间、保证钻井效率的关键。综上所述，如何大幅提高PDC切削齿单齿使用寿命依然是石油钻井领域亟需解决的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种自动换刃的PDC切削齿，可在PDC切削齿磨损一定程度后，自动更换新的、锋利的切削刃，有效提高PDC单齿使用寿命，保证PDC钻头钻井效率和井下工作时间。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：自动换刃的PDC切削齿，包括：

上刃和下刃，所述上刃与所述下刃滑动连接，所述上刃设置有上刃凹槽，所述下刃设置有与所述上刃凹槽位置对应的下刃凹槽，所述下刃凹槽与所述上刃凹槽对扣形成容置腔；

楔块组件，所述楔块组件设置于所述容置腔，所述楔块组件与所述上刃凹槽的槽底之间留有滑动空间，所述楔块组件包括相接触的前楔块和后楔块，所述前楔块与所述后楔块的接触面为斜面；

螺纹紧固件，所述螺纹紧固件贯穿所述下刃，所述螺纹紧固件的螺杆段与所述前楔块螺纹连接。

其中，所述下刃设置有与所述下刃凹槽连通的下刃阶梯通孔，所述下刃阶梯通孔包括大径孔和小径孔，所述螺纹紧固件的头部位于所述大径孔，所述螺纹紧固件的光杆段位于所述小径孔。

其中，所述斜面自下向上、自前向后倾斜，所述斜面与所述楔块组件的底部平面之间的夹角α为锐角。

其中，进一步地，所述α为45°-65°。

其中，所述上刃凹槽的槽深大于所述下刃凹槽的槽深。

其中，所述上刃、所述下刃均由硬质合金基体和聚晶金刚石层复合而成，所述上刃凹槽开设于所述上刃的所述硬质合金基体，所述下刃凹槽开设于所述下刃的所述硬质合金基体。

其中，所述上刃的所述硬质合金基体的厚度大于所述下刃的所述硬质合金基体的厚度。

其中，所述聚晶金刚石层的刃面为平面；或者，所述聚晶金刚石层的刃面为异形面。

其中，所述上刃与所述下刃通过滑动连接结构滑动连接，所述滑动连接结构包括设置于所述上刃的燕尾凸起和设置于所述下刃的燕尾凹槽，所述燕尾凸起与所述燕尾凹槽滑动配合，所述上刃凹槽开设于所述燕尾凸起，所述下刃凹槽开设于所述燕尾凹槽。