[发明专利]具有PDC增强叶片的地质螺旋钻杆

说明书

本发明提供了一种具有PDC增强叶片的地质螺旋钻杆，涉及地质螺旋钻杆技术领域。具体包括螺旋状钻杆叶片；以及PDC切削端头，其分布在所述钻杆叶片边缘；所述PDC切削端头设有工作段和连接段，所述叶片边缘设有安装孔，连接段与安装孔配合连接，将PDC切削端头固定在叶片边缘。为了进一步提高叶片表面抵抗砂石的磨损性能，还可以将PDC切削端头布设在钻杆叶片表面。本发明通过在螺旋状钻杆叶片的边缘和表面，以向外延伸和向上下凸起的方式，引入聚晶金刚石复合片作为切削端头材质，可以实现叶片性能的强化，在钻进过程中对叶片形成有效保护。强化思路无需更换叶片材料，也不会对叶片的加工和焊接性能产生不利影响，具有更好的适用性和可操作性。

技术领域

本发明属于地质螺旋钻杆技术领域，具体涉及一种具有PDC增强叶片的地质螺旋钻杆。

背景技术

在硬质岩层或煤层等深孔钻探时，往往需要用到地质螺旋钻杆。其工作原理是通过将钻机扭矩传递给钻头，实现钻进。同时，由于它具有排渣、钻孔成孔率高，不易卡钻的优势，是煤矿等地质钻探的首选。地质螺旋钻杆通常是以具有高扭矩的地质钻杆为基础，采用单螺旋叶片或双螺旋叶片，经预应力缠绕工艺加工焊接而成。螺旋叶片的设计使得其排渣性能显著提升，是进一步提升钻孔深度和效率的关键所在。但地质钻进过程中产生的渣土中存在一些高硬度的砂石，在排渣的过程中会对钻杆叶片产生冲击和磨损，导致叶片快速失效。因此，提高地质螺旋钻杆的叶片强度是直接影响地质螺旋钻杆服役寿命和工作效率的重要措施。

为了进一步提高地质螺旋钻杆叶片的强度，可以通过采用高强度材料和增加叶片厚度等方式来实现，但是叶片需要经过预应力缠绕工艺加工并采用焊接工艺与钻杆杆体连接。因此，高强度材料对加工性能和焊接性能的影响使得其材料选用限制很多。另一方面，叶片厚度增加同样受限于螺旋叶片与中心轴管之间的摩擦焊接加工要求。由此可见，叶片材料和厚度的改进空间有限。那么如何在不影响地质螺旋钻杆加工焊接前提下，实现螺旋叶片的强化，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种具有PDC增强叶片的地质螺旋钻杆，在不改变现有钻杆叶片材质及其加工焊接难度的前提下，通过合理的结构设计，在螺旋钻杆叶片的边缘和表面布设PDC切削端头来增强叶片的力学性能，从而实现高效排出砂石的同时对钻杆的钻进形成辅助，最终获得高效的岩层钻进。

本发明提供的具有PDC增强叶片的地质螺旋钻杆，其采用的主要技术方案包括：

螺旋状钻杆叶片；

以及PDC切削端头，其分布在所述钻杆叶片边缘；所述PDC切削端头设有工作段和连接段，所述叶片边缘设有安装孔，连接段与安装孔配合连接，将PDC切削端头固定在叶片边缘；

沿钻杆由下到上，叶片边缘分布的所述PDC切削端头数量逐步递减。

在一优选的实施方式中，所述PDC切削端头的工作段外形为扁平的多边形，在钻杆叶片边缘呈螺旋方向延伸分布。

在一优选的实施方式中，所述PDC切削端头延伸出钻杆叶片边缘的长度不超过3mm。

在一优选的实施方式中，所述钻杆叶片的表面设有PDC切削端头。

在一优选的实施方式中，所述钻杆叶片表面的PDC切削端头以钻杆轴杆为轴心，向钻杆叶片边缘呈放射线状分布，所述放射线状与钻杆钻进过程中砂土在叶片表面的运动轨迹一致。

在一优选的实施方式中，所述钻杆叶片表面的PDC切削端头突出钻杆叶片表面的高度不超过3mm。

在一优选的实施方式中，所述PDC切削端头的工作段横截面顶部具有不超过60度的收缩角。

在一优选的实施方式中，所述PDC切削端头的工作段横截面底部尺寸大于连接段横截面顶部尺寸。