[实用新型]PDC-牙轮复合钻头演示教具

说明书

技术领域

本实用新型属于石油钻井井下工具技术教学领域，特别是涉及利用PDC钻头剪切原理破岩和牙轮钻头冲击破岩过程机理的理论学习分析的教学领域。

背景技术

目前运用最广的两类钻头，一是牙轮钻头，主要靠滚动产生的冲击压碎作用来破碎岩石；二是PDC钻头，主要靠锲入式刮切方式破碎岩石，但是目前学习两类钻头结构及破岩机理的教具还达不到好的展示效果，并且也没有把两种钻头演示教具破岩机理有机的结合起来。

发明内容

本实用新型是一套可以演示牙轮钻头，PDC-钻头和PDC-牙轮混合钻头的演示教具，包括主体、PDC刀翼、PDC切削齿、牙轮、牙轮切削齿、牙掌、台架；本发明属于石油钻井井下工具技术教学领域，特别是涉及利用PDC钻头剪切原理破岩和牙轮钻头冲击破岩过程机理的理论学习分析的教学领域；本发明的特点是：能够方便教师在上课期间言简意赅的讲述出钻头的结构特性、破岩原理，特别是形象直观的展示出PDC钻头、牙轮钻头、PDC-牙轮符合钻头的破岩工作过程，让学生更容易接受、理解和掌握这些原理。该演示教具可拆卸，质量轻，易调节，有效降低教学成本，潜在经济效益好。

本实用新型PDC-牙轮复合钻头演示教具,采用如下技术方案：

PDC-钻头教具与牙轮钻头教具集成，形成复合钻头教具，再与台架组合，形成PDC-牙轮复合钻头演示教具，其特征在于：通过改变牙掌在主体上的装配关系，实现PDC-钻头教具、牙轮钻头教具和PDC-牙轮复合钻头教具；再与台架组合，实现PDC-钻头演示教具、牙轮钻头演示教具和PDC-牙轮复合钻头演示教具。

本实用新型PDC-牙轮复合钻头演示教具；结构特点包括：

(1)PDC-牙轮复合钻头演示教具由钻头和台架组成，台架手动控制，模拟钻井过程，PDC切削齿、牙轮切削齿演示切削破岩过程；

(2)通过改变牙掌在主体上的装配关系，实现PDC-钻头教具、牙轮钻头教具和PDC-牙轮复合钻头教具；再与台架组合，实现PDC-钻头演示教具、牙轮钻头演示教具和PDC-牙轮复合钻头演示教具。

(3)通过改变牙掌在主体上的装配关系，实现PDC-钻头教具、牙轮钻头教具和PDC-牙轮复合钻头教具，方便老师结合理论给学生讲解钻头的结构知识。

所述的PDC-牙轮复合钻头教具由两个PDC刀翼和两个牙轮构成。

(4)主体：采用铝材数车制成，质量较轻，可以达到轻便易拿以方便老师上课的目的。

(5)PDC刀翼：和主体材料相同，铝材加工中心铣成，数目>＝1。

(6)PDC切削齿：形状包括勺形齿、楔形齿、锥球齿、球形齿、锥台齿、圆柱截头齿、棱锥齿；所述的PDC切削齿材质为硬质合金、立方氮化硼、陶瓷；所述的PDC切削齿数目>＝1。

(7)牙轮：采用铝材加工中心铣成，质量轻，牙轮数目>＝1。

(8)牙轮切削齿：形状包括勺形齿、楔形齿、锥球齿、球形齿、锥台齿、圆柱截头齿、棱锥齿；所述的牙轮切削齿材质为硬质合金、立方氮化硼、陶瓷；所述的牙轮切削齿数目>＝1。

(9)牙掌：采用铝材数铣制成，质量轻，牙掌上钻有两个孔，用于实验牙轮的单独演示和PDC-牙轮的复合演示过程，牙掌数目>＝1。

(10)台架：为演示实验台架，台架上可以放岩石等材料配合钻头演示切削过程和反应切削轨迹

(11)PDC-牙轮复合钻头演示教具包括钻进过程、切削机理、钻头结构的演示。

根据上述实用新型，已于2014年5月制成实物，在教学、科研中用于实践，收到广大使用者的好评，效果良好。

本实用新型PDC-牙轮复合钻头演示教具的性能特点包括：

(1)演示PDC钻头刮切破岩机理：经过钻进，产生块状岩屑，减慢钻进过程，可以观察到多种岩石被刮切掉时的断裂裂纹形态；同时显示出钻进后的井底同心圆。

(2)演示牙轮钻头冲击压碎的破岩机理：经过钻进，岩石经过冲击而从岩层表明脱落，可以观察到岩石冲击破碎的裂纹，以及破岩后井底被牙轮切削齿冲击后的痕迹。

(3)演示PDC-牙轮复合钻头破岩机理：通过调节牙掌的装配位置，可以观察到PDC刮切后牙轮压碎岩屑、牙轮冲击出坑后PDC刮切最后牙轮再压碎岩屑的破岩机理，从而直观形象的解释出PDC-牙轮复合钻头钻进提速的缘由。