[實用新型]鉆進比壓可控的模塊切削齒鉆頭

有效

• 申請號: 201220294549.2
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN202850866U
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 張亮;李舒;田家林;曾德發
• 申請（專利權）人: 四川深遠石油鉆井工具有限公司
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/16
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

技術領域

本實用新型屬于石油天然氣鉆探工程、礦山開采、地質鉆探、建筑工程、隧道工程、盾構及非開挖等技術設備領域，涉及模塊化布齒鉆進比壓可控的模塊切削齒鉆頭。?

背景技術

鉆頭是鉆井過程中，直接與巖石接觸，通過切削、沖壓等作用破碎巖石的工具。PDC鉆頭(Polycrystalline?Diamond?Compact?Bits聚晶金剛石復合片鉆頭)破巖形式為切削、剪切巖石，在鉆井、地質乃至建筑工程中運用越來越廣泛，在鉆井工程中使用的比例越來越大。在鉆頭中心線和井眼中心線重合的理想工作條件下，鉆頭鉆進時各切削齒的運動軌跡為相對固定的同心圓環帶。由于其破巖機理和結構差異，PDC鉆頭適用于較高鉆速和軟至中硬地層。PDC鉆頭具有以下特點：?

(1)破巖方式：依靠復合片切削齒切削、剪切破碎地層。根據巖石研磨性，在鉆頭破碎巖石過程中，巖石與鉆頭之間產生連續或間斷的接觸和摩擦。?

(2)切削單元切削刃長、比壓、機械鉆速的關系：鉆頭在破碎巖石的同時，自身也受到巖石的磨損而逐漸變鈍，即切削刃長增加。所以切削刃長、比壓、機械鉆速的關系為：鉆頭鉆進初期，切削單元磨損線短、比壓大、，破巖效率高，機械鉆速高；隨著磨損線逐漸變長、比壓變小、切削單元對巖石的相對磨損增大，機械鉆速逐步降低直至鉆頭失效。以切削單元為Φ16mm的圓形復合片鉆頭鉆中硬地層為例，鉆頭通常失效時復合片的切削刃長約為直徑的80%。切削刃長的急劇增加，會大幅降低鉆頭對巖石的破碎效率和鉆井效率。?

(3)切削單元磨耗比、有效磨損體積與鉆頭壽命的關系：對于磨耗比一定的復合片，有效磨損體積越大，鉆頭復合片的有效使用率就越大，進尺就越多，鉆頭壽命也越長。以切削單元為Φ16mm的圓形復合片鉆頭鉆中硬地層為例，鉆頭通常失效時，復合片金剛石層的實際磨損體積不到金剛石總體積的20%。在不考慮沖擊損害的影響下，選用磨耗比高的復合片，有助于延長鉆頭使用壽命。?

為了提高復合片性能，國內外研究者從PDC鉆頭剖面形狀、后傾角、切削齒尺寸以及布齒密度這幾個方面進行了研究。但都不能有效解決鉆頭失效時，復合片金剛石層的實際磨損體積占金剛石總體積比例很小的問題。?

實用新型內容

本實用新型提出一種鉆進比壓可控的模塊切削齒鉆頭，通過對切削齒布齒方式的改進，采用模塊式切削齒，實現鉆進過程比壓可控和切削單元有效磨損體積增加，提高機械鉆速和鉆頭性能的目的。?

為實現上述目的，本實用新型的技術方案如下：?

鉆進比壓可控的模塊切削齒鉆頭，包括模塊(1)，模塊單元(2)，其特征在于：所述鉆頭的模塊切削齒由作為基體的模塊(1)和模塊單元(2)組成，所述鉆頭上設置的模塊(1)數量≥1，所述模塊(1)上設置的模塊單元(2)數量≥2。?

主要以模塊單元作為切削部。?

下文中上述由模塊(1)和模塊單元(2)構成的切削齒稱為切削單元或模塊切削單元。?

所述的模塊單元與模塊的連接方式包括焊接、鑲嵌、粘結、螺紋等。?

所述的模塊與鉆頭體的連接方式包括焊接、鑲嵌、粘結、螺紋、機夾等。?

所述的模塊單元截面形狀包括圓形、橢圓形、跑道形、腰鼓形、扇形、三角形、長方形、正方形、梯形、菱形以及它們的環形，以及上述形狀的組合。?

所述的模塊單元體形狀包括柱體、錐體、球體、腰鼓體、空心體、異形體，以及它們的組合體。?

所述的模塊單元體形狀為圓柱，其直徑為1mm~25mm，高度為3mm~25mm。?

所述的模塊單元組合形式包括相同的模塊單元組合(例如：尺寸相同的圓形單元與圓形單元的組合，橢圓形單元與橢圓形單元的組合)，也包括不相同的模塊單元組合(例如：不同尺寸的模塊單元組合，圓形單元與橢圓形單元的組合)。?

所述的模塊單元分布形式可以是規則分布，也可以是無規則分布。?

所述的模塊單元組合相互之間可有間隔，也可無間隔，即模塊單元間隔值≥0mm。?

所述的模塊單元可以全部包含在模塊內，也可以部分包含在模塊內。?

所述模塊單元切削面可以出露于模塊表面，也可以沉于模塊表面內。?

所述的模塊單元是模塊單元的組合，即模塊單元組合作為模塊單元，形成模塊切削齒的組成部分。?

所述的模塊單元材料包括硬質合金、聚晶金剛石復合片(體)、熱穩定聚晶金剛石、人造金剛石孕鑲塊、天然金剛石孕鑲塊、立方氮化硼或陶瓷，以及包含硬質合金、金剛石或立方氮化硼的復合材料。?

所述模塊單元通過熱壓、燒結、電火花加工、激光加工或機械加工成型。?