[發明專利]一種耐磨損的可旋轉切削齒鉆頭

有效

• 申請號: 202210918686.7
• 申請日: 2022-08-02
• 公開（公告）號: CN114961577B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 劉維;高德利;馮超超
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B10/60
• 分類號: E21B10/60;E21B10/55;E21B10/43
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 湯在彥

本發明屬于石油鉆井技術領域，具體涉及一種耐磨損的可旋轉切削齒鉆頭，包括：刀座，刀座內設有水道；刀翼，刀翼的其中一側邊緣設有嵌槽；切削齒，安裝于所述嵌槽內，切削齒包括固定部和旋轉部；水道包括連通至所述嵌槽的分支水道，固定部與所述旋轉部之間設有液力驅動機構，液力驅動機構被裝配為，當水道內充入高壓液體時，高壓液體能夠通過所述液力驅動機構驅動旋轉部相對于所述固定部轉動。本發明將切削齒設置為可旋轉式結構，并利用鉆井作業時固有的高壓水流來驅動切削齒主動轉動，使切削齒的各個區域都有機會與工作面接觸，從而使切削齒各個區域磨損均勻，提高了鉆頭使用壽命，另外高壓水流從切削齒內部經過能夠對切削齒進行高效降溫。

技術領域

本發明屬于石油鉆井技術領域，具體涉及一種耐磨損的可旋轉切削齒鉆頭。

背景技術

在鉆井過程中，鉆頭是破碎巖石的主要工具，其與地層的匹配性與性能良好大大影響著鉆井的機械速度和成本。鉆頭主要分為牙輪鉆頭和固定切削齒鉆頭（又稱PDC鉆頭）。其中固定切削齒鉆頭的核心部件為聚晶金剛石（PDC）切削齒。聚晶金剛石具有硬度高，耐磨等特點，固定切削齒鉆頭已被廣泛應該于石油鉆采、地質勘探和水文監測等多行業用途。

聚晶金剛石切削齒主要分為負責切削地層的聚晶金剛石層和基體碳化物層。由于鉆遇地層和工況環境的復雜性，因此逐漸發展了多種異性結構的切削齒。常規設計的PDC鉆頭通過釬焊等焊接技術使得切削齒與鉆頭本體相連接，由于切削齒固定，正常鉆進過程中參與切削地層工作的區域僅為10-40%，仍有大部分區域未參與工作。同時切削齒的聚晶金剛石層與地層長時間接觸工作，產生大量的摩擦熱。用于粘結金剛石顆粒的金屬相催化劑與金剛石本身的熱膨脹系數不同，會產生較大的應力。金剛石顆粒在高溫下逐漸轉變為石墨。摩擦熱導致溫度升高加速切削齒的磨損，造成過早失效。在鉆遇高硬度或高耐磨性性地層時，這種現象尤為明顯，不僅機械鉆速低下，同時使用壽命也較短。

為解決切削齒利用率低和單點受力摩擦生熱的問題，提出旋轉切削齒，其主要特點是在工作時受到側向力影響，在鉆頭公轉時產生自轉，將原有的固定部位磨損優化為旋轉周向均勻磨損，減少熱量積累，降低摩擦阻力，以延長硬地層的使用壽命。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種耐磨損的可旋轉切削齒鉆頭，其切削齒可主動旋轉，以使切削齒各個區域均勻磨損，提高使用壽命。

為實現上述目的及其它相關目的，本發明提供了一種耐磨損的可旋轉切削齒鉆頭，包括：

刀座，具有回轉型外輪廓，所述刀座內設有水道；

刀翼，形成于所述刀座的頂部和側部，所述刀翼的其中一側邊緣設有嵌槽；

切削齒，安裝于所述嵌槽內，所述切削齒包括固定部和旋轉部，所述固定部與所述嵌槽固接，所述旋轉部與所述固定部轉動連接，所述旋轉部的至少部分區域凸出于所述固定部設置，且凸出部分的表面具有聚晶金剛石層；

所述水道包括連通至所述嵌槽的分支水道，所述固定部與所述旋轉部之間設有液力驅動機構，所述液力驅動機構的進液口與所述分支水道連通，所述液力驅動機構的出液口貫通至所述固定部的表面；所述液力驅動機構被裝配為，當所述水道內充入高壓液體時，所述高壓液體能夠通過所述液力驅動機構驅動所述旋轉部相對于所述固定部轉動。

在本發明的一可選實施例中，所述固定部為筒狀結構，所述旋轉部轉動設置于所述固定部的中心孔內；所述液力驅動機構包括沿所述固定部的內壁的周向設置的引導槽，所述引導槽的第一端相對于所述固定部的內壁形成直徑驟變的臺階部，所述引導槽的第二端沿螺旋路徑與所述固定部的內壁平滑過渡；所述液力驅動機構還包括沿所述旋轉部的徑向與所述旋轉部活動連接的活板，所述活板凸出于所述旋轉部的外壁設置，所述活板與所述旋轉部之間設有第一壓簧，以使所述活板的外端能夠始終緊貼所述引導槽；所述液力驅動機構的進液口通過內部流道連通至所述臺階部；所述引導槽的第二端設有貫穿所述固定部的筒壁設置的出液孔，所述出液孔的外端形成所述液力驅動機構的出液口。