[实用新型]具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚石复合片钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及钻井工程中的破岩工具特别是聚晶金刚石复合片钻头。

背景技术

聚晶金刚石复合片钻头(即PDC钻头)是石油天然气、地热等钻井工程中常用的破岩工具。PDC钻头包括钻头体及聚晶金刚石复合片，聚晶金刚石复合片附着在钻头体的若干个刀翼上。聚晶金刚石复合片也称复合片或切削齿，它具有很强的耐磨损能力。PDC钻头实现切削破岩功能所必需的切削结构是主切削结构。主切削结构由若干个PDC切削齿组成，主切削结构中的切削齿为主切削齿。主切削齿通常分布在钻头各刀翼的前端(即每个刀翼的正面5与钻头冠部轮廓面4的交汇区域)，且切削齿的金刚石切削刃出露于钻头冠部轮廓面4之外(即切削齿的出露高度H大于零)。目前，在PDC钻头的切削结构中，布置于刀翼正面5上的切削齿通常只有主切削齿，在钻遇可钻性较差的地层(如硬地层、高研磨性地层、软硬交替的岩层以及含砾岩层等)时，常因切削齿的损坏而使钻头无法进一步钻进。因此，如何改进PDC钻头的切削结构以延长钻头的使用寿命是人们所关注的重要问题。

专利ZL 200620033337.3提出了一种具有二级齿结构的聚晶金刚石复合片钻头，即钻头的前排切削齿(也就是布置于刀翼正面5上的切削齿)为两组聚晶金刚石复合片纵向布置，其中一组为一级齿，另一组为二级齿，一个一级齿和一个二级齿组合在一起形成连续切削结构。利用该技术，可提高钻头的切削能力，延长钻头的使用寿命。

在专利ZL 200620033337.3提出的连续切削结构技术中，二级切削齿与一级切削齿(即主切削齿)之间具有一一对应的面接触关系，圆形的二级齿被切割成月牙形，一级齿的圆柱形面与二级齿的月牙形切割面相接触。这种一一对应的面接触关系使二级切削齿对相应的一级切削齿具有依赖性，所以在一定程度上限制了二级齿切削结构设计方案的选择范围；此外，二级切削齿被切割后，其可磨损长度(即切削齿的直径)缩短，也使复合切削结构的潜在破岩能力不能得到最大程度的发挥。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚石复合片钻头，以最大限度地发挥纵向后备切削齿的作用，提高钻头在复杂难钻地层中的使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚石复合片钻头，包括钻头体3和聚晶金刚石复合片，复合片附着在钻头体3的若干个刀翼上，位于各刀翼前端的主切削齿1构成钻头的主切削结构，在主切削结构的上方纵向设置后备切削结构，后备切削结构包含若干个后备切削齿2，其特征在于：后备切削齿2与同刀翼的主切削齿1之间相互不接触，或者只发生点接触或线接触。

后备切削齿2的切削刃不超出钻头体的冠部轮廓面4，即出露高度不大于零。

在钻头体3上，主切削齿1的镶焊槽6与同刀翼的后备切削齿2的镶焊槽8之间、一个后备切削齿的镶焊槽与同刀翼其它后备切削齿的镶焊槽之间，可以通过连接槽7相互通连，也可以相互不通连。

后备切削结构可以只包括一级后备切削齿，也可包括二级或二级以上的后备切削齿。

主切削齿1和后备切削齿2可为完整的圆形复合片，也可为非圆形复合片。

后备切削齿2可布置在钻头每个刀翼上，也可布置在部分刀翼上。

本实用新型的优点如下：

一、在新的切削结构中，后备切削齿不被切割，且采用一级或多级后备切削齿，从而最大限度地增加了复合切削结构金刚石层的有效磨损长度，所以能够提高钻头在复杂难钻地层中的使用寿命。

二、在新的后备切削结构的设计中，后备切削齿在钻头刀翼上的位置可以独立设置，不必与主切削齿一一对应，因此使后备切削结构设计方案的选择范围得以拓宽，有利于充分发挥了后备切削齿的作用，改善钻头的性能。

三、后备切削齿的切削刃位于钻头体的冠部轮廓面4之内，只有钻头的刀翼本体磨损至一定程度时，后备切削齿才开始工作。所以，该钻头特别适合于上部地层可钻性较好，而下部地层可钻性很差的条件下使用。

四、后备切削齿不占据钻头冠部表面的布齿空间，故可与表镶的其它辅助切削结构(如后置齿、缓冲节等)完全相容，可以同时采用。

附图说明

图1为具有独立式纵向后备切削结构的聚晶金刚石复合片钻头结构示意图。

图2为本实用新型在后备切削齿的镶焊槽与主切削齿的镶焊槽相互连通时钻头的刀翼布齿结构示意图。

图3为图2中的切削齿剖面示意图。

图4为本实用新型在后备切削齿的镶焊槽与主切削齿的镶焊槽不连通时钻头的刀翼布齿结构示意图。