[发明专利]一种仿生牙齿型切削齿

说明书

本申请提供一种仿生牙齿型切削齿，属于钻井领域。其包括牙齿状本体，牙齿状本体包括由硬质合金制成的基体及连接于基体上方的聚晶金刚薄层；基体由下至上依次包括齿冠、齿颈以及多个间隔设置的凸起齿根，聚晶金刚薄层设置于齿冠的上表面上，凸起齿根用于插入钻头刀翼固齿窝槽中的定位孔；相邻的凸起齿根之间形成齿槽，齿槽的开口方向朝向远离聚晶金刚薄层的一端。该结构能够有效防止切削齿受到冲击而脱落，并且能够有效分散切削齿所受到的切削应力，减小应力集中，强化固齿能力。

技术领域

本申请涉及钻井领域，尤其涉及一种仿生牙齿型切削齿。

背景技术

目前，由于PDC(聚晶金刚石复合片)钻头在钻进软、中硬地层的过程中表现出寿命长、效率高等特点，使其在石油钻井行业中逐渐取代牙轮钻头成为行业主流。PDC钻头主要由碳化钨粉、镍粉以及铜锡合金等粉末经烧结或者高强度低合金钢为基材加工而成的钻头本体部分以及通过钎焊固定在钻头刀翼切削面前端的金刚石复合片切削齿组成。

PDC钻头主要以PDC切削齿剪切的形式破碎岩石，在软到中硬地层中实现高效钻进，而在面对复杂难钻的地层(如硬夹层和高研磨性地层)时常常发生切削齿脱落、崩断等非正常磨损现象。其主要原因是PDC钻头钻进复杂地层时，岩石软硬夹杂且含有各类硬质矿物质，切削齿切削时与岩石之间的接触处于不确定的变化状态，导致钻头轴向压力发生突变，使得切削齿受到较大的冲击载荷。而目前的PDC切削齿主要是圆柱体结构，为了保证切削效率，切削齿的较多部分会露在钻头体外，直接导致通过钎焊的方式固定在钻头刀翼端部窝槽中的切削齿与窝槽的焊接面积减小，降低了焊接强度，使得切削齿在遇到较大的冲击载荷时极度容易与窝槽分离造成脱齿的不良后果。

发明内容

本申请的目的之一在于提供一种仿生牙齿型切削齿，旨在改善现有的钻头切削齿容易脱落、绷断的问题。

本申请的技术方案是：

一种仿生牙齿型切削齿，包括牙齿状本体，所述牙齿状本体包括由硬质合金制成的基体及连接于所述基体上方的聚晶金刚薄层；所述基体由下至上依次包括齿冠、齿颈以及多个间隔设置的凸起齿根，所述聚晶金刚薄层设置于所述齿冠的上表面上，所述凸起齿根用于插入钻头刀翼固齿窝槽中的定位孔；相邻的所述凸起齿根之间形成齿槽，所述齿槽的开口方向朝向远离所述聚晶金刚薄层的一端。

作为本申请的一种技术方案，所述齿冠与所述凸起齿根之间通过外表面向内凹的所述齿颈连接。

作为本申请的一种技术方案，所述齿颈的外表面呈曲面状结构，所述曲面状结构包括U型曲面状结构或者V型曲面状结构。

作为本申请的一种技术方案，所述齿颈与所述凸起齿根之间通过非均匀有理B样条曲面光滑连接而成，所述非均匀有理B样条曲面的表达式为：

其中，ω_i,j为与控制点P_i,j相联系的权重系数；控制点P_i,j(i＝0,1,K,k₁；j＝0,1,K,k₂)组成了一个呈拓扑矩形阵列的控制网络，其共有(k₁+1)×(k₂+1)个，k₁代表控制点P_i,j(i＝0,1,K,k₁；j＝0,1,K,k₂)在X方向上点的个数，k₂代表控制点P_i,j(i＝0,1,K,k₁；j＝0,1,K,k₂)在Y方向上点的个数；是节点矢量X上的m₁次非有理B样条基函数，是节点矢量Y上的m₂次非有理B样条基函数，和分别由x向和y向的节点矢量和按照德布尔递推公式确定，x、y为曲面上点的坐标。

作为本申请的一种技术方案，多个所述凸起齿根可对称地或者不对称地分布在所述基体的底部。