犁削式金刚石钻头.pdf

本发明属于石油地质钻井装置技术领域，特别涉及一种犁削式金刚石钻头，包括钻头本体，钻头本体的齿窝内焊接金刚石复合片，金刚石复合片包括圆形金刚石复合片，圆形金刚石复合片的外端面处焊接三角形金刚石复合片或者三角形TSP聚晶片。本发明结构简单，容易实现；前面的三角形金刚石复合片或三角形TSP聚晶片与后面的圆形金刚石复合片组成犁头形状，有利于岩石的破碎；三角形金刚石复合片或三角形TSP聚晶片与圆形金刚石复合片通过钎焊方式焊接在钻头本体上，金刚石复合片与钻头本体通过钎焊方式焊接，可提高钻头的整体质量，进而提高使用寿命。

权利要求书

犁削式金刚石钻头
技术领域
本发明涉及一种犁削式金刚石钻头，属于石油地质钻井装置技术领域。
背景技术
目前国际、国内石油地质钻井界所使用的金刚石及金刚石复合片（PDC）钻头上的切削齿都是圆片或三角形状以及圆锥形等单一形状镶嵌在钻头体上。如：普通使用的各类金刚石复合片钻头、三角聚晶（TSP）巴拉斯钻头、表镶圆锥聚晶及天然金刚石钻头、牙轮钻头。以上这些钻头普遍存在的问题是钻进速度慢、寿命短，像金刚石复合片（PDC）钻头,每个复合片在刮削硬岩石时比压大，而将岩石压碎，若用比压小时，则金刚石复合片不易吃入岩石，不能形成有效切削，使钻头在岩石上打滑，没有进尺。三角聚晶（TSP）巴拉斯钻头，是比较适应打硬地层的钻头，他的缺陷是，比较脆、易碎、寿命短。当三角形被磨损后，钻进速度明显减慢。圆锥形聚晶所制作的钻头与三角形聚晶制作的钻头性质相当，而且它的钻进速度下降的更快。这两种钻头生产工艺非常复杂、制作成本高，天然金刚石表镶钻头由于它颗粒小，镶嵌出露高度少，这样钻进速度很慢，而且材料成本过高，不能普遍使用。牙轮钻头寿命短，起下钻费用高，并且有井下安全隐患。
综上所述，目前针对硬至极硬地层的石油地质钻头都不是很理想，这样从钻井工艺方法上用空气钻打井，大幅提高了钻井速度，进尺也非常理想，但地层出水就无法钻进，因为这时不能将岩屑带向地面。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种结构简单，容易实现，且可提高钻井速度的犁削式金刚石钻头。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的犁削式金刚石钻头，包括钻头本体，钻头本体的齿窝内焊接金刚石复合片，金刚石复合片包括圆形金刚石复合片，圆形金刚石复合片的外端面处焊接三角形金刚石复合片或者三角形TSP聚晶片。
三角形金刚石复合片或三角形TSP聚晶片与圆形金刚石复合片组合形成犁头形状，有利于岩石的破碎，可大幅度提高钻井速度，减小钻头扭矩，工作时，三角形金刚石复合片或三角形TSP聚晶片把岩石犁开缝隙，将岩石的内应力释放，解除岩石围压，使岩石变得松散，有利于后面圆形金刚石复合片对岩石的刮削破碎，进而提高钻头对岩石的破碎能力，提高了钻井速度，其中，所述的圆形金刚石复合片的外端面处焊接三角形金刚石复合片或者三角形TSP聚晶片，是指钻头在旋转工作过程中，三角形金刚石复合片或者三角形TSP聚晶片，位于圆形金刚石复合片的前面，先进行对岩石的破碎。
所述的圆形金刚石复合片外部通过电泳沉积电镀或者化学镀有一层镍铬合金。可使圆形金刚石复合片的金刚石层具有钎焊能力，进而提高三角形复合片与圆形复合片的焊接质量。
所述的三角形金刚石复合片通过钎焊或者真空扩散焊的方式与圆形金刚石复合片焊接成一体。钎焊变形小，接头光滑美观，可提高金刚石复合片的质量。
所述的金刚石复合片通过钎焊的方式焊接在钻头本体的齿窝内。可提高钻头的整体质量，进而提高使用寿命。
本发明的有益效果是：
结构简单，容易实现；前面的三角形金刚石复合片或三角形TSP聚晶片与后面的圆形金刚石复合片组成犁头形状，有利于岩石的破碎；三角形金刚石复合片或三角形TSP聚晶片与圆形金刚石复合片通过钎焊方式焊接在钻头本体上，金刚石复合片与钻头本体通过钎焊方式焊接，可提高钻头的整体质量，进而提高使用寿命。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是金刚石复合片的结构示意图。
图3是图2的左视剖视结构示意图。
图4是在取芯钻头上安装金刚石复合片的结构示意图。
图中：1、圆形金刚石复合片2、三角形金刚石复合片3、钻头本体4、取芯钻头本体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
如图1～图4所示，本发明所述的犁削式金刚石钻头，包括钻头本体3，钻头本体3的齿窝内设置有金刚石复合片，金刚石复合片由圆形金刚石复合片1及焊接在圆形金刚石复合片1上的三角形金刚石复合片2构成。圆形金刚石复合片1外通过电泳沉积电镀或者化学镀有一层镍铬合金。三角形金刚石复合片2通过钎焊的方式焊接在圆形金刚石复合片1上。金刚石复合片通过钎焊的方式焊接在钻头本体3的齿窝内。
工作时，启动钻头本体3，三角形金刚石复合片2把岩石犁开多条缝隙，将岩石的内应力释放，解除岩石围压，使岩石变得松散，后面圆形金刚石复合片1对岩石的刮削破碎，其中，所述的三角形金刚石复合片2在圆形金刚石复合片1前面是根据钻头的旋转进行确定的。
以在取芯钻头本体4上焊接金刚石复合片为例进行齿形效果实验，其实验数据如下表：

其中：钻头序号1为取芯钻头本体4上焊接三角形金刚石复合片和圆形金刚石复合片的钻头（如图4所示），钻头序号2为取芯钻头本体4上只焊接圆形金刚石复合片的钻头。
由上表可见在水压和钻杆转速相同的情况下，序号1钻头的钻进速度比序号2钻头的钻进速度提高了68%。