[發明專利]一種仿生PDC-孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構

在審

• 申請號: 202110515633.6
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113107374A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 吳澤兵;席凱凱;蔣夢潔;王杰;程歡;李超;楊晨娟;谷亞冰;王剛;李濟彤
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/54;E21B10/00;E21B12/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

1.一種仿生PDC-孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構，其特征在于，包括4個仿生PDC切削齒(1)，4個孕鑲金剛石鉆頭胎體(2)；

所述仿生PDC切削齒(1)按一定角度鑲嵌在孕鑲金剛石鉆頭胎體(2)的底唇面上；

其中相對設置的兩個孕鑲金剛石鉆頭胎體(2)的底唇面設置凹坑型仿生單元體(14)，另兩個孕鑲金剛石鉆頭胎體(2)的底唇面設置仿生PDC切削齒(1)。

2.根據權利要求1所述的一種仿生PDC-孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構，其特征在于，所述仿生PDC切削齒(1)包括聚晶金剛石層(3)和硬質合金層(4)，所述聚晶金剛石層(3)與硬質合金層(4)的交接面處有4個連續的鋸齒形結構(7)，每個鋸齒形結構(7)的兩個邊為垂直關系。

3.根據權利要求2所述的一種仿生PDC-孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構，其特征在于，所述聚晶金剛石層(3)的上表面有6個半球形結構仿生體(8)，等間距呈環形排布于聚晶金剛石層(3)的上表面，所述半球形結構仿生體(8)分別形成內環單元體和外環單元體，內環單元體位于外環單元體內部且同軸布置。

4.根據權利要求3所述的一種仿生PDC-孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構，其特征在于，所述半球形結構仿生體(8)與聚晶金剛石層(3)上表面形成的拐角區(9)，用于儲存少量的鉆井液。

5.根據權利要求1所述的一種仿生PDC-孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構，其特征在于，所述仿生PDC切削齒(1)的切削刃面有3個仿生弧形階梯齒結構(5)，三個弧形階梯齒凸出的棱邊均處于斜率為60度的直線上，每個仿生弧形階梯齒結構(5)的弧度為34.37度。

6.根據權利要求5所述的一種仿生PDC-孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構，其特征在于，所述三個仿生弧形階梯齒結構(5)形成梯形槽(6)，梯形槽(6)用于儲存少量的鉆井液。

7.根據權利要求1所述的一種仿生PDC-孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構，其特征在于，所述孕鑲金剛石鉆頭胎體(2)為4個，形成環形結構，孕鑲金剛石鉆頭胎體(2)之間為水口(10)。

8.根據權利要求1所述的一種仿生PDC-孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構，其特征在于，所述仿生PDC切削齒(1)為4個，4個仿生PDC切削齒(1)兩兩呈對角排布在孕鑲金剛石鉆頭胎體(2)的底唇面，每一側的仿生PDC切削齒(1)分為一個復齒(11)和一個主齒(12)，其后傾角均為20度；

所述復齒(11)在縱向比主齒(12)低。

9.根據權利要求1所述的一種仿生PDC-孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構，其特征在于，所述凹坑型仿生單元體(14)均勻排布在孕鑲金剛石鉆頭胎體(2)上，所述凹坑型仿生單元體(14)的面積占底唇面面積的12.5％；

所述凹坑形仿生單元體(14)內植入一種磨損率高于鉆頭胎體(2)的材料；

所述孕鑲金剛石鉆頭胎體(2)，在鑲有凹坑型仿生體(14)的底唇面且沿著垂直于鉆頭切削方向的棱邊上布置仿生梯形結構(15)。

10.根據權利要求1所述的一種仿生PDC-孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構，其特征在于，所述孕鑲金剛石鉆頭胎體(2)的底唇面，隨機分布著圓球形磨粒(16)，用于模擬鉆頭胎體材料的真實構成。