自旋式pdc钻头的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种自旋式PDC钻头，包括接头、基体、保径、刀翼和切削齿，切削齿包括相互连接的切削本体和切削头，切削本体安装于刀翼上，所有切削齿中的部分或全部切削齿的切削头与切削本体之间设有使切削头能够旋转的旋转装置；或者，切削齿包括一体成型的切削本体和切削头，切削本体安装于所述刀翼上，部分或全部切削齿的切削本体与刀翼之间设有使切削本体能够旋转的旋转装置。本实用新型由于增加了旋转装置，所以PDC钻头在切削地层时，使切削齿的切削头前端面圆周均能参与对地层的切削，从而提高切削头的利用率，提高PDC钻头的使用寿命，显著提高了单只PDC钻头的进尺能力，并保持较高的钻头进钻速度，缩短了钻井周期，节约了钻井成本。
【专利说明】自旋式PDC钻头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种PDC钻头，尤其涉及一种切削齿的切削头能够自动旋转的自旋式PDC钻头。
【背景技术】
[0002]近年来，各个油田对石油天然气的开发周期和安全性的要求越来越高，与之相配套的的各种工具在性能及其使用寿命上有了很大的提高，在钻进过程中对PDC钻头(聚晶金刚石复合片钻头的简称)的机械钻速和进尺的要求也越来越高。
[0003]常规传统PDC钻头，切削齿(S卩PDC齿)的切削本体和切削头为一体成型结构，切削本体固定钎焊在钻头刀翼上，切削头的前端设置金刚石层实现切削功能。随着钻头工作时间的上升，切削齿磨损逐渐加大，钻进机械钻速也随之降低，直至机械钻速过慢而起钻。由于常规传统PDC钻头的切削齿固定钎焊在钻头刀翼上，在使用正常情况下，直至达到钻头使用寿命，切削齿的切削头利用率也仅50%左右，从而导致PDC钻头的使用寿命较短，单只钻头的进尺能力不足，钻头钻进速度会逐渐降低，延长了钻井周期，提高了钻井成本。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种切削头利用率显著提高的自旋式PDC钻头。
[0005]本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的:
[0006]本实用新型所述自旋式PDC钻头，基于同一发明思路有两种结构，第一种结构如下:
[0007]所述自旋式PDC钻头包括接头、基体、保径、刀翼和切削齿，所述切削齿包括相互连接的切削本体和切削头，所述切削本体安装于所述刀翼上，所有切削齿中的部分或全部所述切削齿的所述切削头与所述切削本体之间设有使所述切削头能够旋转的旋转装置。
[0008]作为优选，所述切削齿的中心轴与所述PDC钻头钻进时的前后方向相互垂直，所述旋转装置使所述切削头能围绕所述切削齿的中心轴旋转。
[0009]具体地，所述旋转装置的结构为:所述切削头的后段置于所述切削本体内，所述切削头的后段圆周表面设有切削头凹环，所述切削本体的内圆周表面设有与所述切削头凹环对应的切削本体凹环，一个或多个滚珠同时置于所述切削头凹环与所述切削本体凹环内；或者，所述旋转装置的结构为:所述切削头的后段置于所述切削本体内，所述切削头的后段表面设有切削头凹环或凸环，所述切削本体的内表面设有切削本体凸环或凹环，所述切削本体凸环置于所述切削头凹环内，或者，所述切削头凸环置于所述切削本体凹环内。
[0010]具体地，所述切削头的前端面上设有用于切削的金刚石层；所述PDC钻头为全面钻进PDC胎体钻头或全面钻进PDC钢体钻头。
[0011]第二种结构如下:
[0012]所述自旋式PDC钻头包括接头、基体、保径、刀翼和切削齿，所述切削齿包括一体成型的切削本体和切削头，所述切削本体安装于所述刀翼上，所有切削齿中的部分或全部所述切削齿的所述切削本体与所述刀翼之间设有使所述切削本体能够旋转的旋转装置。
[0013]作为优选，所述切削齿的中心轴与所述PDC钻头钻进时的前后方向相互垂直，所述旋转装置使所述切削本体能围绕所述切削齿的中心轴旋转。
[0014]具体地，所述旋转装置的结构为:所述切削本体的后段置于所述刀翼内，所述切削本体的后段圆周表面设有切削本体凹环，所述刀翼的内圆周表面设有与所述切削本体凹环对应的刀翼凹环，一个或多个滚珠同时置于所述切削本体凹环与所述刀翼凹环内；或者所述旋转装置的结构为:所述切削本体的后段置于所述刀翼内，所述切削本体的后段表面设有切削本体凹环或凸环，所述刀翼的内表面设有刀翼凸环或凹环，所述刀翼凸环置于所述切削本体凹环内，或者，所述切削本体凸环置于所述刀翼凹环内。
[0015]具体地，所述切削头的前端面上设有用于切削的金刚石层；所述PDC钻头为全面钻进PDC胎体钻头或全面钻进PDC钢体钻头。
[0016]本实用新型的有益效果在于:
[0017]本实用新型由于增加了旋转装置，所以PDC钻头在切削地层时，使切削齿的切削头前端面圆周均能参与对地层的切削，提高了切削头的利用率，从而大幅提高了 PDC钻头的使用寿命，显著提高了单只PDC钻头的进尺能力，并保持较高的钻头进钻速度，缩短了钻井周期，节约了钻井成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型所述自旋式PDC钻头的轴向剖视图，图中只取了整个剖视图的一半，另一半为对称结构；
[0019]图2是本实用新型所述自旋式PDC钻头的俯视结构示意图，该俯视角度以图1为主视角度为参照；
[0020]图3是本实用新型所述旋转装置的剖视结构示意图之一；
[0021]图4是本实用新型所述旋转装置的剖视结构示意图之二 ；
[0022]图5是本实用新型所述旋转装置的剖视结构示意图之三；
[0023]图6是本实用新型所述旋转装置的剖视结构示意图之四；
[0024]图7是本实用新型所述旋转装置的剖视结构示意图之五；
[0025]图8是本实用新型所述旋转装置的剖视结构示意图之六。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明:
[0027]实施例1:
[0028]如图1、图2和图3所示，本实用新型所述自旋式PDC钻头包括接头6、基体(即图1中接头6以上用于作为保径5和刀翼3的载体的部分，图中未标记)、保径5、刀翼3和切削齿2，切削齿2的中心轴与所述PDC钻头钻进时的前后方向(图1中的上下方向)相互垂直，切削齿2包括相互连接的切削本体10和切削头8，切削本体10钎焊固定安装于刀翼3上，所有切削齿2中的部分或全部切削齿2的切削头8与切削本体10之间设有使切削头8能够围绕切削齿2的中心轴旋转的旋转装置。[0029]上述结构中:
[0030]如图1所示，“所有切削齿2中的部分或全部切削齿2”中的“部分或全部”的意思是:根据钻头工作地层的岩石性能、钻井条件、钻井工艺等，带有旋转装置的切削齿2可分别布置或同时布置于钻头主切削齿组12的内锥部A、鼻部B、外锥部C或后排齿组11所在的各个位置。刀翼3的外表面用于安装切削齿2的部分形成布齿线1，主切削齿组12的内锥部A、鼻部B、外锥部C均位于布齿线I上。图1中还示出了水眼4。
[0031]如图3所示，带有旋转装置的切削齿2的直径M范围为:7mm≤M≤25mm，长度L范围为:5_ ^ L ^ 30mm。
[0032]如图3-图8所示，所述旋转装置的结构为:切削头8的后段(图中为下段)置于切削本体10内，切削头8的后段圆周表面设有切削头凹环(图中未标记)，切削本体10的内圆周表面设有与所述切削头凹环对应的切削本体凹环(图中未标记)，一个或多个滚珠9同时置于所述切削头凹环与所述切削本体凹环内。具体地，这种结构有多种变形，比如:如图3所示，切削头8的后段圆周表面设有两个切削头凹环，其底部表面还设有一个凹环，这样，切削头8的后段与切削本体10之间的各接触面均形成滚动关系；如图4所示，切削头8的后段圆周表面设有四个切削头凹环，其底部表面没有凹环，这样，切削头8的后段圆周与切削本体10之间的接触面形成滚动关系，切削头8的底部与切削本体10之间设有间隙；如图5所示，切削头8的后段还设有沉孔(图中未标记)，切削本体10设有对应的凸块(图中未标记)，该凸块置于沉孔内，凸块与沉孔之间设有滚珠9，切削头8的底部表面与切削本体10之间也设有滚珠9 ;如图6所示，与图3相比，切削本体10的外部形状有所不同，为锥面形状，旋转结构相同；如图7所示，与图3相比，切削本体10的外部形状有所不同，为半圆面形状，旋转结构相同。
[0033]或者，如图8所示，所述旋转装置的结构为:切削头8的后段置于切削本体10内，切削头8的后段表面设有切削头凹环(图中未标记)，切削本体10的内表面设有切削本体凸环13，切削本体凸环13置于所述切削头凹环内；或者，切削头8的后段表面设有切削头凸环(图中未标记)，切削本体10的内表面设有切削本体凹环(图中未标记)，所述切削头凸环置于所述切削本体凹环内。这种结构也可实现切削头8相对于切削本体10的旋转和定位，只是摩擦力会大一些。
[0034]由图2和图3可知，切削头8的前端面上设有用于切削的金刚石层7，由于钻头钻井时为旋进式钻入，所以金刚石层7的外侧大平面不在钻头钻进的正前方，而是在顺着旋转方向的一侧。对应图1、图2和图3中金刚石层7在切削齿2上的相对位置关系，可确定图3-图8中的切削齿2 (即切削头8和切削本体10)与刀翼3之间的相对位置关系。
[0035]根据实际应用需要，所述PDC钻头为全面钻进PDC胎体钻头、全面钻进PDC钢体钻头或其它装有PDC切削齿的各式钻头均可；钻头基体的直径可以从4"到26"。
[0036]实施例2:
[0037]说明:由于实施例2与实施例1的总体发明思路相同，所以未单独制图，而是结合实施例1的图1-图8进行说明。
[0038]与实施例1相比，实施例2的区别在于:
[0039]切削齿2包括一体成型的切削本体10和切削头8，所有切削齿2中的部分或全部切削齿2的切削本体10与刀翼3之间设有使切削本体10能够围绕切削齿2的中心轴旋转的旋转装置。在实施例2的旋转装置中，实施例2以切削本体10代替实施例1的切削头8，实施例2以刀翼3代替实施例1的切削本体10，其它结构均相同，在此不再赘述。
[0040]上述两个实施例的目的都是为了使切削头8能够围绕切削齿2的中心轴旋转，从而使切削头8的前端端面的金刚石层7能自动围绕切削齿2的中心轴旋转，使金刚石层7的各位置均能参与对地层的切削。
【权利要求】
1.一种自旋式PDC钻头，包括接头、基体、保径、刀翼和切削齿，所述切削齿包括相互连接的切削本体和切削头，所述切削本体安装于所述刀翼上，其特征在于:所有切削齿中的部分或全部所述切削齿的切削头与切削本体之间设有使所述切削头能够旋转的旋转装置。
2.根据权利要求1所述的自旋式PDC钻头，其特征在于:所述切削齿的中心轴与所述PDC钻头钻进时的前后方向相互垂直，所述旋转装置使所述切削头能围绕所述切削齿的中心轴旋转。
3.根据权利要求1或2所述的自旋式PDC钻头，其特征在于:所述旋转装置的结构为:所述切削头的后段置于所述切削本体内，所述切削头的后段圆周表面设有切削头凹环，所述切削本体的内圆周表面设有与所述切削头凹环对应的切削本体凹环，一个或多个滚珠同时置于所述切削头凹环与所述切削本体凹环内；或者，所述旋转装置的结构为:所述切削头的后段置于所述切削本体内，所述切削头的后段表面设有切削头凹环或凸环，所述切削本体的内表面设有切削本体凸环或凹环，所述切削本体凸环置于所述切削头凹环内，或者，所述切削头凸环置于所述切削本体凹环内。
4.根据权利要求1或2所述的自旋式PDC钻头，其特征在于:所述切削头的前端面上设有用于切削的金刚石层。
5.根据权利要求1或2所述的自旋式PDC钻头，其特征在于:所述PDC钻头为全面钻进PDC胎体钻头或全面钻进PDC钢体钻头。
6.一种自旋式PDC钻头，包括接头、基体、保径、刀翼和切削齿，所述切削齿包括一体成型的切削本体和切削头，所述切削本体安装于所述刀翼上，其特征在于:所有切削齿中的部分或全部所述切削齿的所述切削本体与所述刀翼之间设有使所述切削本体能够旋转的旋转装置。
7.根据权利要求6所述的自旋式PDC钻头，其特征在于:所述切削齿的中心轴与所述PDC钻头钻进时的前后方向相互垂直，所述旋转装置使所述切削本体能围绕所述切削齿的中心轴旋转。
8.根据权利要求6或7所述的自旋式PDC钻头，其特征在于:所述旋转装置的结构为:所述切削本体的后段置于所述刀翼内，所述切削本体的后段圆周表面设有切削本体凹环，所述刀翼的内圆周表面设有与所述切削本体凹环对应的刀翼凹环，一个或多个滚珠同时置于所述切削本体凹环与所述刀翼凹环内；或者所述旋转装置的结构为:所述切削本体的后段置于所述刀翼内，所述切削本体的后段表面设有切削本体凹环或凸环，所述刀翼的内表面设有刀翼凸环或凹环，所述刀翼凸环置于所述切削本体凹环内，或者，所述切削本体凸环置于所述刀翼凹环内。
9.根据权利要求6或7所述的自旋式PDC钻头，其特征在于:所述切削头的前端面上设有用于切削的金刚石层。
10.根据权利要求6或7所述的自旋式PDC钻头，其特征在于:所述PDC钻头为全面钻进PDC胎体钻头或全面钻进PDC钢体钻头。
【文档编号】E21B10/46GK203547549SQ201320725582
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2013年11月18日
【发明者】陈孝勇, 韩育民, 闭磊 申请人:成都百施特金刚石钻头有限公司