[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

一種仿生PDC?孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構，包括4個仿生PDC切削齒，4個孕鑲金剛石鉆頭胎體；所述仿生PDC切削齒按一定角度鑲嵌在孕鑲金剛石鉆頭胎體的底唇面上；其中相對設置的兩個孕鑲金剛石鉆頭胎體的底唇面設置凹坑型仿生單元體，另兩個孕鑲金剛石鉆頭胎體的底唇面設置仿生PDC切削齒。本發明能克服孕鑲金剛石鉆頭鉆進效率低、PDC切削齒因過度磨損而失去快速鉆進功用的缺陷、鉆頭泥包等問題。

技術領域

本發明涉及鉆井設備技術領域，具體涉及一種仿生PDC-孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構。

背景技術

常規PDC切削齒在鉆進初期著力點小，易鉆進地層，鉆頭的破巖效率較高；隨著切削齒工作部位的磨損，切削齒與巖石的接觸面積不斷增大，導致切削齒越來越鈍，鉆進越來越困難，在鉆進深井或超深井時需不斷更換鉆頭才能保證正常鉆進，嚴重影響了鉆進效率且提高了鉆井成本。孕鑲金剛石鉆頭破巖時主要依靠鉆頭底唇面上許多小的硬質點(金剛石)對巖石進行磨劃破壞，出露的硬質點被不斷磨損和消耗，新的硬質點又繼續出露進行工作，盡管其使用壽命有所提高，但鉆進速度較低。在鉆頭破碎泥巖、軟巖時，脫落的巖屑遇水后會發生膨脹，如果不及時排離井底就會黏附在鉆頭上形成鉆頭泥包，降低鉆頭鉆速或者停鉆、卡鉆等。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種仿生PDC-孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構，能克服孕鑲金剛石鉆頭鉆進效率低、PDC切削齒因過度磨損而失去快速鉆進功用的缺陷、鉆頭泥包等問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種仿生PDC-孕鑲耦合仿生鉆頭主切削結構，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。

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，所述仿生PDC切削齒1的聚晶金剛石層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，每個鋸齒形結構的兩個邊為垂直關系。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。