[發明專利]一種煤礦井高位定向鉆進用PDC鉆頭

有效

• 申請號: 202010599190.9
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111764831B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 居培;王傳留;張獻振;高曉亮;朱寧;范運林;張朋
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21B10/54
• 分類號: E21B10/54;E21B10/61;E21B10/43;E21B10/62
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李婷;趙中霞

1.一種煤礦井高位定向鉆進用PDC鉆頭，其特征在于，包括鉆頭體(1)和多個固定刀翼(2)且鉆頭體(1)和固定刀翼(2)一體成型，還包括可拆卸安裝在鉆頭體(1)上的活動刀翼(3)以及分別焊接在固定刀翼(2)和活動刀翼(3)上的PDC切削齒(4)；

所述鉆頭體(1)前端設置所述固定刀翼(2)，后端為錐形公螺紋(11)，在相鄰固定刀翼(2)之間的鉆頭體(1)上設有梯形凸起(12)和第一螺釘孔(13)；

多個固定刀翼(2)沿鉆頭體(1)前端圓周均布，每個固定刀翼(2)包括布齒面(21)、保徑面(22)、第一側面(23)和第二側面(24)；所述布齒面(21)從靠近鉆頭體(1)前端的中心處沿徑向延伸至鉆頭體(1)前端邊緣，所述保徑面(22)銜接布齒面(21)延伸至鉆頭體(1)前端側面；布齒面(21)和保徑面(22)的同一側為第一側面(23)，另一側為第二側面(24)；布齒面(21)和第二側面(24)相交線根據修正的鼴鼠前爪趾輪廓擬合曲線設計；所述PDC切削齒(4)沿該相交線布設，各固定刀翼(2)上最外側PDC切削齒(4)位于同一圓上，該圓的直徑為該PDC鉆頭的最大直徑；

所述活動刀翼(3)設在相鄰的固定刀翼(2)之間，活動刀翼(3)包括能緊貼鉆頭體(1)前端的安裝面(31)、設在安裝面(31)上且與梯形凸起(12)相對的梯形凹槽(32)、與第一螺釘孔(13)相對的第二螺釘孔(33)以及能安裝PDC切削齒(4)的活動刀翼布齒面(34)；

所述固定刀翼(2)和活動刀翼(3)高出鉆頭體(1)前端的高度一致；

在固定刀翼(2)之間的鉆頭體(1)上設有主流道噴嘴(5)，在固定刀翼(2)的第一側面(23)上設有邊刀翼噴嘴(6)。

2.如權利要求1所述的煤礦井高位定向鉆進用PDC鉆頭，其特征在于，所述PDC切削齒(4)端面呈三棱脊狀結構，三個棱(41)呈120°均布在PDC切削齒(4)的聚晶金剛石層外表面。

3.如權利要求1所述的煤礦井高位定向鉆進用PDC鉆頭，其特征在于，所述固定刀翼(2)上的各個PDC切削齒(4)呈上下兩組臺階狀分布；

兩組臺階狀分布的PDC切削齒(4)之間的出刃高度相差1.5-2.5mm。

4.如權利要求1所述的煤礦井高位定向鉆進用PDC鉆頭，其特征在于，各固定刀翼(2)的布齒面(21)之間呈淺內錐結構，內錐角為160°-175°；

布齒面(21)與保徑面(22)之間呈直角形式過渡。

5.如權利要求1所述的煤礦井高位定向鉆進用PDC鉆頭，其特征在于，在保徑面(22)上焊接有保徑合金(7)。

6.如權利要求1所述的煤礦井高位定向鉆進用PDC鉆頭，其特征在于，所述固定刀翼(2)布齒面(21)呈弧形，弧度為5°-10°。

7.如權利要求1所述的煤礦井高位定向鉆進用PDC鉆頭，其特征在于，所述固定刀翼(2)和活動刀翼(3)高出鉆頭體(1)前端10mm-20mm。

8.如權利要求1所述的煤礦井高位定向鉆進用PDC鉆頭，其特征在于，所述修正的鼴鼠前爪趾輪廓擬合曲線進行多項式回歸得到的公式為：

y＝0.00032x³-0.17736x²+2.14865x-0.12456

式中：x為PDC切削齒(4)的中心點橫坐標，y為PDC切削齒(4)的中心點縱坐標。

9.如權利要求1所述的煤礦井高位定向鉆進用PDC鉆頭，其特征在于，所述主流道噴嘴(5)包括主流道噴嘴本體(51)、主流道噴嘴中心通孔(52)以及設在主流道噴嘴本體(51)外側壁的連接螺紋(53)；主流道噴嘴中心通孔(52)呈下寬上窄漏斗形。

10.如權利要求1所述的煤礦井高位定向鉆進用PDC鉆頭，其特征在于，所述邊刀翼噴嘴(6)正對相鄰固定刀翼(2)上的PDC切削齒(4)；所述邊刀翼噴嘴(6)包括邊刀翼噴嘴本體(61)、設在中心的邊刀翼噴嘴中心噴眼(62)和圍在邊刀翼噴嘴中心噴眼(62)周圍的多個邊刀翼噴嘴側向噴眼(63)；邊刀翼噴嘴本體(61)采用硬質合金材質。