[发明专利]凸脊型非平面切削齿及金刚石钻头

说明书

技术领域

本发明有关于一种切削齿及钻头，尤其有关于一种石油勘探钻井钻头技术领域中应用的凸脊型非平面切削齿及金刚石钻头。

背景技术

目前，石油勘探钻井中主要使用金刚石钻头。该类钻头由碳化钨材料烧结或者以金属材料作为基材的加工而成的钻头本体部分以及钎焊在钻头刀翼切削面前端的金刚石复合片切削齿组成。在钻进过程中，金刚石复合片切削岩石，同时自身承受较大的来自岩石的冲击力，在钻进高砾石含量夹杂地层或者硬质地层时容易产生冲击损伤，导致切削面被破坏。另一方面，在钻进页岩、泥岩等地层时，金刚石复合片切削产生的岩屑容易形成长条型岩屑，这类岩屑由于尺寸较大，容易附着在钻头刀翼及本体上形成泥包，从而使钻头刀翼切削工作面被包裹无法继续切削岩石，最终导致机械钻速下降，钻头无进尺等问题。在钻井过程中的日费成本很高，由于钻头抗冲击性差或者泥包导致的钻头机械钻速下降后起钻更换钻头会带来高昂的经济成本，因此有效的提高钻头的抗冲击性和抗泥包能力成为当务之急。

发明内容

本发明的目的是提供一种凸脊型非平面切削齿，具有较大的抗冲击性和抗泥包性，将该凸脊型非平面切削齿安装在钻头上，可提高钻头的机械钻速和进尺。

本发明的另一目的是提供一种金刚石钻头，该金刚石钻头上排布有凸脊型非平面切削齿，可有效提高钻头的抗冲击性和抗泥包性，提高钻头的机械钻速和进尺。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种凸脊型非平面切削齿，其包括圆柱本体，所述圆柱本体的端部表面设有一条主切削凸脊及两条非切削凸脊，所述圆柱本体包括由碳化钨材料制成的基体及连接于所述基体上方的聚晶金刚石层，所述主切削凸脊及两条所述非切削凸脊位于所述聚晶金刚石层的上表面，所述主切削凸脊的内端与两条所述非切削凸脊的内端在所述圆柱本体的端部表面相交汇，所述主切削凸脊的外端与两条所述非切削凸脊的外端延伸至所述圆柱本体的端部表面外缘，所述主切削凸脊两侧的所述圆柱本体的端部表面为切削斜面，所述主切削凸脊及两条所述非切削凸脊均为直线，所述主切削凸脊及两条所述非切削凸脊相交于一点，所述主切削凸脊位于所述聚晶金刚石层上表面边缘的外端为切削点，在切削过程中，从该切削点起岩屑可自动形成两个分支，并由所述主切削凸脊两侧的切削斜面挤压排出。

在优选的实施方式中，两个所述非切削凸脊之间的所述圆柱本体的端部表面为背斜面。

在优选的实施方式中，两个所述非切削凸脊之间的所述圆柱本体的端部表面为背平面。

在优选的实施方式中，两个所述切削斜面之间的夹角为150°到175°。

在优选的实施方式中，所述主切削凸脊的长度与所述非切削凸脊的长度相等。

在优选的实施方式中，所述主切削凸脊的长度大于所述非切削凸脊的长度。

在优选的实施方式中，所述主切削凸脊的长度为所述圆柱本体直径的1/2～2/3倍。

本发明还提供一种金刚石钻头，其包括：

钻头本体，其内设有沿轴向贯通的水道，所述钻头本体的一端形成有连接部，所述钻头本体的另一端设有多个水眼，多个所述水眼与所述水道相连通；

多个刀翼，其沿圆周方向连接在所述钻头本体的另一端，所述刀翼的一侧并排设有多个切削齿，多个所述切削齿包括如上所述的凸脊型非平面切削齿。

在优选的实施方式中，所述刀翼具有内侧面和外侧面，所述内侧面和所述外侧面之间连接有刀翼顶面，多个所述切削齿设置在所述刀翼顶面靠近所述内侧面的外缘上；所述刀翼顶面由所述钻头本体的中心轴径向向外分为依次相连的心部、鼻部、肩部及保径部，所述心部靠近所述钻头本体的中心轴设置，所述保径部位于所述钻头本体的侧壁，所述切削齿分布于所述刀翼的心部、鼻部、肩部及保径部。

在优选的实施方式中，多个所述刀翼上还布置有多个副切削齿，所述副切削齿沿所述钻头本体的旋转切削方向布置在多个所述切削齿的后排，多个所述副切削齿包括所述凸脊型非平面切削齿。

在优选的实施方式中，所述凸脊型非平面切削齿设置在所述刀翼的心部。

在优选的实施方式中，所述凸脊型非平面切削齿设置在所述刀翼的肩部。

在优选的实施方式中，多个所述切削齿还包括常规平面切削齿，所述凸脊型非平面切削齿与所述常规平面切削齿沿所述钻头本体的轴心径向向外方向交错布置。

本发明的凸脊型非平面切削齿及金刚石钻头的特点及优点是：