[發明專利]一種切削齒可軸向沖擊的PDC鉆頭

有效

• 申請號: 202010860111.5
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111877994B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 劉偉;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 劉偉
• 主分類號: E21B10/54
• 分類號: E21B10/54;E21B10/43;E21B10/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種切削齒可軸向沖擊的PDC鉆頭：包括鉆頭體，鉆頭體上設置有刀翼、噴嘴及流體主通道，刀翼上安裝有切削齒，切削齒由中心活動齒、襯套、限位器及水力驅動旋轉器組成；中心活動齒底部設置有凸凹不平的軌道，襯套上設置有軸及水孔，水力驅動旋轉器上設置有沖擊頭，中心活動齒與襯套之間通過限位器形成移動連接，水力驅動旋轉器與襯套上的軸形成轉動連接。本體上設置有第一流體通道，中心活動齒內設置有第二流體通道，第一流體通道與主通道相通，襯套內空間形成第二流體通道，第二流體通道通過襯套上的水孔與第一流體通道相通，第二流體通道與第三流體通道相通。本發明可以實現切削齒沿其軸線對地層的沖擊作用，提高破巖效率，降低鉆井成本。

技術領域

本發明屬于石油天然氣、礦山工程、建筑基礎工程施工、地質、水文等鉆探設備技術領域，具體涉及一種用于鑲固于鉆頭上的可活動切削齒，以及具有該切削齒的PDC鉆頭。

背景技術

聚晶金剛石齒（簡稱PDC齒）是一種用于鑲固在鉆頭體上的切削齒。切削齒主要由金剛石層和硬質合金基體組成，金剛石層具有高硬度、高耐磨性和具有自銳性等特點。安裝有PDC齒的鉆頭稱之為PDC鉆頭，它廣泛應用于鉆探技術領域，具有機械鉆速高、壽命長和鉆探安全性高等諸多優點。

近年來，隨著深井和超深井的勘探開發比例不斷增加，深部地層巖石硬度和塑性增大，常規牙輪鉆頭可鉆性差、機械轉速低、鉆井周期長。為提高鉆頭行程機械鉆速，PDC 鉆頭得到廣泛使用，但在深部地層PDC 鉆頭出現的粘滑振動現象，不僅嚴重制約機械鉆速進一步提升，還極大地影響了其使用壽命。為消除PDC 鉆頭的粘滑振動現象，國內外對此進行了大量的試驗研究和現場應用，其中配合使用扭力沖擊器是目前可以減小或消除鉆頭該現象的最有效方法。扭力沖擊器可以在鉆進過程中給鉆頭提供一個周期性的高頻周向沖擊載荷，減少扭矩的積蓄時間,減輕PDC鉆進過程中粘滑振動。扭力沖擊器一般是直接作用于鉆頭上，這種扭力沖擊器結構比較復雜，制造成本高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種切削齒可軸向沖擊的PDC鉆頭，PDC齒本身具有沖擊作用，無需單獨配備沖擊器工具，就能實現降低鉆頭粘滑振動現象，同時實現沖擊破碎地層的效果，提高鉆井效率，降低作業成本。

本發明是這樣實現的：

一種切削齒可軸向沖擊的PDC鉆頭：包括鉆頭體上設置有刀翼、噴嘴及流體主通道，刀翼上安裝有切削齒，其特征在于，切削齒由中心活動齒、襯套、限位器及水力驅動旋轉器組成；中心活動齒底部設置有凸凹不平軌道，襯套上設置有軸及水孔；水力驅動旋轉器上設置有沖擊頭；中心活動齒與襯套之間通過限位器形成移動連接；水力驅動旋轉器與襯套上的軸形成轉動連接；本體上設置有第一流體通道，中心活動齒內設置有第二流體通道；第一流體通道與主通道相通，襯套內空間形成第二流體通道，第二流體通道通過襯套上的水孔與第一流體通道相通，第二流體通道與第三流體通道相通。

上述方案中，流體（鉆井液）由主流體通道流入設置于鉆頭體內的流道空間，該空間稱為第一流體通道；由于切削齒的襯套上設置有水孔，鉆井液通過孔流入襯套與中心切削齒形成的空間內，該空間稱為第二流體通道；中心旋轉切削齒內部設置有供流體通過的孔，孔所在的空間稱為第三流體通道，第二流體通道與第三流體通道之間連通。中心活動齒與襯套都設置有限位槽，且襯套限位槽長度小于中心活動齒限位槽長度，它們之間通過限位器形成移動連接。襯套上設置有軸，水力驅動旋轉器安設于軸上，水力驅動旋轉器與軸之間通過限位器形成轉動連接。

作為選擇，中心活動齒的基體底部為法線方向與切削齒軸線成一定夾角的斜平面。上述方案中，沖擊頭通過接觸斜平面上的不同位置推動中心活動齒，同時在齒前巖石的反作用力下實現中心活動齒的回縮。

作為選擇，水力驅動旋轉器為葉片形式。

上述方案中，第一流體通道內的鉆井液通過襯套上的水孔流出進入第二流體空間時，對葉片進行沖擊，從而驅動水力驅動旋轉器旋轉，水力驅動旋轉器上的沖擊頭也隨之旋轉。葉片結構簡單，易于加工。

作為選擇，水力驅動旋轉器為螺旋狀渦輪。