一種活齒pdc鉆頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種活齒PDC鉆頭，屬石油天然氣鉆井工具技術領域。
【背景技術】
[0002]PDC鉆頭是國外七十年代中期開始發展的一類用于鉆地熱井、石油及天然氣井、地質鉆探井的地下鉆進用的鉆頭。這類鉆頭使用人造金剛石復合材料的切削齒以切削方式鉆進，在軟到中級別的地層內使用可以取得比使用牙輪鉆頭及刮刀鉆頭高的經濟效益。
[0003]從1974年美國通用電氣公司研制出聚晶金剛石復合片開始，PDC鉆頭發展很快，七十年代后期PDC鉆頭在油田開始現場使用實驗，在通過油田現場使用實驗修改結構及設計的同時不斷改進材料及加工工藝。八十年代初，PDC鉆頭在油田開始工業性使用，并逐漸取得引人注目的經濟效益，被稱為80年代鉆井工業技術的重大突破之一，這種技術對石油鉆井工業的發展產生了巨大的影響。現場使用表明，PDC鉆頭用在中軟硬度地層鉆井具有機械鉆速高，壽命長，進尺多，工作穩定，井下事故少，鉆井勞動強度低，井身質量好等優點，并能很好的和井下動力鉆具組合作業于高速鉆井，合理使用PDC鉆頭不但可以縮短建井時間，也減少鉆頭下鉆次數，還降低鉆井成本和提高鉆井的經濟效益。在八十年代中期，已公認PDC鉆頭將會和牙輪鉆頭一樣成為一類在油、氣鉆井鉆進中占有一定使用數量比例的大量使用的鉆頭。
[0004]和牙輪鉆頭相比，在以下幾個方面，PDC鉆頭具有獨特的優越性:
(1)深井鉆井:在深井鉆井中，牙輪鉆頭壽命短，鉆速低，起下鉆頻繁。如使用PDC鉆頭鉆井，則可提尚機械鉆速以及鉆頭在井底的工作時間；
(2)小井眼鉆井:牙輪鉆頭在小于165.1mm (6 V2in)的井眼鉆井中限制了軸承能力。因此，牙輪鉆頭僅適用于低鉆壓，低機械鉆速的地方。而PDC鉆頭采用整體設計，因而不受此限制。此外，在較低鉆壓下，PDC鉆頭也能獲得較高的機械鉆速；
(3)定向鉆井:定向鉆井過程中，鉆頭承受的側向載荷較大，而PDC鉆頭抗磨能力強，又沒有活動的零件，可以避免井下事故發生，更適合用于定向鉆井；
(4)復雜地層鉆井:在某些復雜地層，如軟硬不一致地層，傾斜性地層等的鉆井，必須要將鉆壓控制在較小的范圍，要想在此種復雜地層中擁有較高的機械鉆速，就可以使用roc鉆頭;
(5)井底動力鉆具鉆井:井底動力鉆具的鉆速高，PDC鉆頭與井底馬達配合鉆井，可以取得很好的經濟效益；
(6)油基泥楽鉆井:PDC鉆頭鉆頭使用油基泥楽鉆井能提尚機械鉆速和鉆頭壽命，因此，在使用這種泥漿鉆井時，PDC鉆頭就必不可少了 ；
(7)異形尺寸井眼鉆井:由于胎體采用硬質合金燒結技術，使得PDC鉆頭的設計、制造靈活，能很好的滿足非標準異形尺寸鉆井的需要。
[0005]雖然roc鉆頭現在已廣泛應用于鉆探開發中，但通過使用情況表明有些roc鉆頭的使用壽命較低，主要原因是復合片切削齒磨損嚴重，尤其是非正常磨損，如崩齒、聚晶金石層脫落、掉片、齒柱沖蝕造成鉆頭先期損壞，從而使鉆頭工作不正常；同時，PDC鉆頭在設計時采用強制平衡設計，力求使每個復合片的受力、切削量、磨損量、受力沖洗力和扭矩盡量相等，因此一旦有一個切削齒出先期損失，其余的切削齒就要承受額外的作用力，加快磨損，鉆頭的使用壽命大大降低。因此有必要對鉆頭切削齒的磨損情況進行分析研究，以找出相應的改進措施，從而提高roc鉆頭的使用。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于:提供一種結構簡單，實用性好，鉆井過程中切削齒可以轉動，以達到和實現均勻磨損的目的，從而減少起鉆頻率，提高使用壽命的活齒PDC鉆頭。
[0007]本發明的技術方案是:
一種活齒PDC鉆頭，包括鉆頭主體，鉆頭主體上設置有主刀翼、副刀翼和噴嘴；主刀翼和副刀翼上分別安裝有PDC切削齒，其特征在于:所述的PDC切削齒由底座桶、底座、導向柱、導向柱彈簧和底座彈簧構成，底座桶內通過底座彈簧活動安裝有底座；所述的底座為T字狀的圓筒體，底座的中間部位橫向設置有導向孔，導向孔內裝有導向柱彈簧，導向柱彈簧兩端的導向孔內裝有導向柱；底座桶的內壁圓周上設置有波浪狀的導向槽，底座通過導向柱和導向槽的配合與底座桶滑動連接；所述的底座頂部焊裝有耐磨復合片。
[0008]所述的導向柱上方的底座套裝有密封圈。
[0009]所述的耐磨復合片為聚晶金剛石復合片。
[0010]所述的耐磨復合片厚度為0.5_。
[0011]本發明的優點在于:
該活齒PDC鉆頭結構簡單，實用性好，鉆井過程中；耐磨復合片受力；使底座通過導向柱與底座桶上的導向槽緊密貼合，此時的導向柱位于導向槽的波谷底部，從而使底座不能沿著徑向運動。當起鉆或者遇到巖石破碎鉆頭回轉時，切削力消失，在底座彈簧的作用下底座上升，導向柱沿導向槽運動并回位于導向槽的波峰位置；當耐磨復合片再次受到切肩力的時候，導向柱又沿導向槽運動至導向槽的另一波谷底部，如此反復，導向柱沿導向槽不斷上下運動，從而實現了底座的旋轉，由于耐磨復合片焊裝在底座頂部，進而實現了耐磨復合片的轉動，由此達到和實現耐磨復合片均勻磨損的目的，從而減少了起鉆頻率，提高了鉆頭的使用壽命。解決了現有鉆頭切削齒磨損嚴重，尤其是非正常磨損，致使鉆頭工作不正常；以及鉆頭使用壽命低的問題。特別適用于石油天然氣鉆井使用。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明的PDC切削齒的剖視結構示意圖；
圖3為本發明的PDC切削齒的截面結構示意圖。
[0013]圖中:1、鉆頭主體，2、主刀翼，3、副刀翼，4、PDC切削齒，5、底座桶，6、底座，7、導向柱，8、導向柱彈簧，9、底座彈簧，10、導向孔，11、密封圈，12、導向槽，13、耐磨復合片；14、噴嘴。
【具體實施方式】
[0014]該活齒PDC鉆頭包括鉆頭主體1，鉆頭主體I上設置有主刀翼2、副刀翼3和噴嘴14 ;主刀翼2和副刀翼3上分別安裝有PDC切削齒4。主刀翼2上的PDC切削齒4數量為5個；副刀翼3上的PDC切削齒4數量為3個。該活齒PDC鉆頭的PDC切削齒4由底座桶5、底座6、導向柱7、導向柱彈簧8和底座彈簧9構成。底座桶5內通過底座彈簧9活動安裝有底座6。底座6為T字狀的圓筒體，底座6的中間部位橫向設置有導向孔10，導向孔10內裝有導向柱彈簧8，導向柱彈簧8兩端的導向孔10內裝有導向柱7 ;導向柱7上方的底座6上套裝有密封圈11，以保證底座6與底座桶5之間的密封性，防止巖肩進入至底座桶5內。
[0015]底座桶5的內壁圓周上設置有波浪狀的導向槽12，底座6通過導向柱7和導向槽12的配合與底座桶5滑動連接；正常情況下在導向柱彈簧8的作用下，導向柱7與導向槽12緊密貼合，從而防止底座6從底座桶5內滑出。底座的頂部焊裝有厚度為0.5mm的耐磨復合片13。耐磨復合片13為聚晶金剛石復合片。
[0016]該活齒PDC鉆頭的PDC切削齒4通過焊接的方式分別固定安裝于主刀翼2和副刀翼3上；工作時，耐磨復合片13受力；使底座6通過導向柱7與底座桶5上的導向槽12緊密貼合，此時的導向柱7位于導向槽12的波谷底部，從而使底座6不能沿著徑向運動。當起鉆或者遇到巖石破碎鉆頭回轉時，切削力消失，在底座彈簧9的作用下底座6上升，導向柱7沿導向槽12運動并進入至導向槽12的波峰位置；當耐磨復合片13再次受到切肩力的時候，導向柱7又沿導向槽12運動至導向槽12的另一波谷底部，如此反復，在底座彈簧9和切肩力的作用下，底座6通過導向柱7沿導向槽12的走向不斷上下運動，從而實現了底座6的旋轉，由于耐磨復合片13焊裝在底座6頂部，進而實現了耐磨復合片13的轉動，由此達到和實現使耐磨復合片13均勻磨損的目的。
[0017]該活齒PDC鉆頭通過對PDC切削齒4的改進，不僅提高了鉆頭使用壽命，而且減少起鉆頻率，大大提高鉆頭的經濟效益；解決了現有鉆頭切削齒磨損嚴重，尤其是非正常磨損，致使鉆頭工作不正常；以及鉆頭使用壽命低的問題。滿足非標準異形尺寸鉆井的需要；特別適用于石油天然氣鉆井使用。
【主權項】
1.一種活齒PDC鉆頭，包括鉆頭主體(I)，鉆頭主體(I)上設置有主刀翼(2)、副刀翼(3)和噴嘴(14);主刀翼(2)和副刀翼(3)上分別安裝有PDC切削齒(4)，其特征在于:所述的PDC切削齒(4)由底座桶(5)、底座(6)、導向柱(7)、導向柱彈簧(8)和底座彈簧(9)構成，底座桶(5)內通過底座彈簧(9)活動安裝有底座(6);所述的底座(6)為T字狀的圓筒體，底座(6)的中間部位橫向設置有導向孔(11)，導向孔(10)內裝有導向柱彈簧(8)，導向柱彈簧(8)兩端的導向孔(10)內裝有導向柱(7);底座桶(5)的內壁圓周上設置有波浪狀的導向槽(12)，底座(6)通過導向柱(7)和導向槽(12)的配合與底座桶(5)滑動連接；所述的底座(6)頂部焊裝有耐磨復合片(13)。2.根據權利要求1所述的一種活齒PDC鉆頭，其特征在于:所述的導向柱(7)上方的底座套裝有密封圈(11)。3.根據權利要求1所述的一種活齒PDC鉆頭，其特征在于:所述的耐磨復合片(13)為聚晶金剛石復合片。4.根據權利要求1所述的一種活齒PDC鉆頭，其特征在于:所述的耐磨復合片(13)厚度為0.5mm。
【專利摘要】本發明涉及一種活齒PDC鉆頭，屬石油天然氣鉆井工具技術領域。該鉆頭包括鉆頭主體，鉆頭主體上設置有主刀翼、副刀翼和噴嘴；主刀翼和副刀翼上分別安裝有PDC切削齒，所述的PDC切削齒由底座桶、底座、導向柱、導向柱彈簧和底座彈簧構成，底座桶內通過底座彈簧活動安裝有底座；底座的中間部位橫向設置有導向孔，導向孔內裝有導向柱彈簧，導向柱彈簧兩端的導向孔內裝有導向柱；底座通過導向柱和導向槽的配合與底座桶滑動連接。該鉆頭不僅提高了鉆頭使用壽命，而且減少起鉆頻率，解決了現有鉆頭切削齒磨損嚴重，尤其是非正常磨損，致使鉆頭工作不正常；以及鉆頭使用壽命低的問題，滿足了非標準異形尺寸鉆井的需要。
【IPC分類】E21B10/55, E21B10/43
【公開號】CN105156035
【申請號】CN201510520847
【發明人】李美求, 邢臺, 周思柱, 華劍
【申請人】長江大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月24日