开云体育股份有限公司-PDC钻头牙轮钻头金刚石取芯钻头厂家

　　本发明涉及油气行业石油勘探钻井作业中使用的钻头，具体涉及一种pdc钻头切削齿及布齿方法。

　　1、石油天然气钻井常用聚晶金刚石切削齿合金钻头(简称pdc钻头)，pdc钻头由钻头本体、刀翼和切削齿组成。如图1所示。目前典型的pdc钻头切削齿结构，其外形为圆柱体，具有切削齿轴，圆柱体分为底端部分和顶端部分，圆柱体底端部分也即基底2通常由诸如碳化钨的硬质复合材料制成，而顶端部分也称为超硬层3通常由诸如聚晶金刚石(pcd)的硬质耐磨材料制成。

　　2、对于典型的切削齿，超硬层3的顶面(也称为切削面)是平坦的并且平行于基底的底面，即垂直于切削齿轴。切削面上任意点相对于基底的底面的高度等于切削齿高度，即超硬层3的厚度是基本均匀的，切削面与切削齿轴之间的切削面角为90度。然而该传统结构切削齿在工作时，常发生钻头打滑、上跳，发生跳钻，钻头自稳定性差，使切削齿在井底处于一种不稳定的工作状态，加速钻头切削齿的破坏，从而降低钻进速度，影响钻进效率。

　　3、因此，研发人员对pdc钻头的切割结构以及切削齿结果进行大量研发和改进，例如：专利文献一种带复合齿的pdc钻头cn218862539u，公开了切削齿为斜齿，切削齿顶面上的聚晶金刚石复合片平面在钻头钻进时与钻进面之间保持55～85°的锐角作为进刀角，对切削齿结构进行改进。专利文献一种锥形基体的聚晶金刚石复合片cn213330909u，公开了硬质合金基体可以为直线型圆锥形的、曲线型圆锥形的和台阶型圆锥形的；对基底形状进行改进。然而，上述改进的效果在实际应用中并不明显，尤其是硬塑性地层。

　　1、有鉴于此，本发明目的是提供一种pdc钻头切削齿，通过设计切削齿的结构及安装位置，改变切削齿切削面的工作角度，使切削齿工作面倾向朝斜上方，从而改变切削齿的工作状态，以解决上述现有技术中难以攻克的发生钻头打滑、跳钻、以及自稳定性差，影响钻头寿命等技术难题。

　　2、本发明另一目的是提供一种pdc钻头布齿方法，将切削齿通过调整布齿位置和角度安装在pdc钻头刀翼上，并对刀翼进行合理排布，解决现有技术中的技术难题。

　　4、本发明涉及一种pdc钻头切削齿,设置在pdc钻头的刀翼上，所述切削齿具有基底和位于基底顶端的超硬层，所述超硬层的顶面为切削面，切削时，所述切削齿按其切削面相对于待破碎地层平面呈α角进行切削工作，α角大于90度。进一步地，所述切削齿按其切削面与待破碎地层平面呈α角，且所述切削面沿切削齿的中轴线按顺时针或逆时针方向旋转一定角度θ的方位安装在刀翼上。在一些实施例中，所述θ角为15°～30°；优选地，θ角为20°～25°。

　　5、在一些实施例中，所述的pdc钻头切削齿，所述超硬层为不等厚斜面柱体，所述不等厚斜面柱体的最薄处厚度不小于1.2mm。进一步地，不等厚斜面柱体的最薄处厚度为1.2～2.4mm。所述不等厚斜面柱体的顶端为斜面，所述斜面相对于所述基底的底面的倾斜角为β，所述β为5°～30°；作为优选，所述β为10°～20°；进一步优选，所述β为10°；所述斜面为切削面，所述斜面具有倾斜低端和倾斜高端，所述倾斜高端作为主切削刃作用于待破碎地层。

　　6、本发明还涉及一种pdc钻头布齿方法，采用上述的pdc钻头切削齿，包括如下步骤：s1在pdc钻头上设置至少4个刀翼，每个刀翼上至少具有一个切削齿的安装位；s2将所述切削齿按其切削面相对于待破碎地层平面呈α角的角度方位安装在所述安装位中，α角大于90度。作为优选，将所述切削齿按其切削面与待破碎地层平面呈α角，且所述切削面沿切削齿的中轴线按顺时针或逆时针方向旋转一定角度θ的方位安装在所述安装位中。作为优选，同一刀翼上的切削齿的切削面旋转方向和角度θ相同。

　　7、作为优选，刀翼数量为偶数，至少两个刀翼上切削齿的切削面与其它刀翼上切削齿的切削面旋转方向不同；所述刀翼在pdc钻头上呈对称设置，对称刀翼上的切削齿的切削面旋转方向相同。

　　9、(1)本发明通过调整布齿位置和角度，使切削齿工作面与地层平面(或井底平面)成直角或钝角，并使切削齿切削面(即工作面)倾向朝斜上方，从而改变切削齿工作状态从而改变待破碎岩石及切削齿受力状态，使原剪切破碎改变为拉伸剪切破碎，降低切削齿破碎等体积岩石所需的输入功，同时保持钻头在井底的稳定，从而实现提高钻进速度的目的。

　　10、(2)本发明切削齿不受钻头外形影响，可应用于任何类型的pdc钻头；

　　11、(3)本发明从外界出发，充分利用了岩石抗拉强度最小的特点，能够在较小的输入功的情况下破碎等体积的岩石，有效提高钻井效率。

　　12、(4)本发明切削齿及布齿方法适应地层广，尤其在硬塑性地层，钻头更加稳定地破碎岩石；适用于油气、水文地质、煤炭等钻井pdc钻头提高钻进速度和钻头的稳定性，提高钻井综合效益。

　　1.一种pdc钻头切削齿,设置在pdc钻头的刀翼上，所述切削齿具有基底和位于基底顶端的超硬层，所述超硬层的顶面为切削面，其特征在于：切削时，所述切削齿按其切削面相对于待破碎地层平面呈α角进行切削工作，所述α角大于90度。

　　2.如权利要求1所述的pdc钻头切削齿，其特征在于：所述切削齿按其切削面与待破碎地层平面呈α角，且所述切削面沿切削齿的中轴线按顺时针或逆时针方向旋转一定角度θ的方位安装在刀翼上。

　　3.如权利要求2所述的pdc钻头切削齿，其特征在于：所述θ角为15°～30°。

　　4.如权利要求1所述的pdc钻头切削齿，其特征在于：所述超硬层为不等厚斜面柱体，所述不等厚斜面柱体的顶端为斜面，所述斜面为切削面，所述斜面具有倾斜低端和倾斜高端，所述倾斜高端作为主切削刃作用于待破碎地层。

　　5.如权利要求4所述的pdc钻头切削齿，其特征在于：所述不等厚斜面柱体的最薄处厚度不小于1.2mm。

　　6.如权利要求4所述的pdc钻头切削齿，其特征在于：所述斜面相对于所述基底的底面的倾斜角为β，所述β为5°～30°。

　　7.一种pdc钻头布齿方法，其特征在于：采用如权利要求1-6中任一项所述的pdc钻头切削齿，包括如下步骤，

　　8.如权利要求7所述的pdc钻头布齿方法，其特征在于：所述步骤s2，将所述切削齿按其切削面与待破碎地层平面呈α角，且所述切削面沿切削齿的中轴线按顺时针或逆时针方向旋转一定角度θ的方位安装在所述安装位中。

　　9.如权利要求8所述的pdc钻头布齿方法，其特征在于：所述步骤s2中同一刀翼上的切削齿的切削面旋转方向和角度θ相同。

　　10.如权利要求8所述的pdc钻头布齿结构，其特征在于：所述刀翼数量为偶数，至少两个刀翼上切削齿的切削面与其它刀翼上切削齿的切削面旋转方向不同；

　　本发明公开一种PDC钻头切削齿及布齿方法，切削齿设置在PDC钻头的刀翼上，所述切削齿具有基底和位于基底顶端的超硬层，所述超硬层的顶面为切削面，所述切削齿按其切削面相对于待破碎地层平面呈α角的角度方位安装在刀翼上，所述α角大于90度。通过调整布齿位置和角度，使切削齿工作面与井底平面成钝角，并使切削齿工作面倾向朝斜上方，从而改变切削齿工作状态从而改变待破碎岩石及切削齿受力状态，使原剪切破碎改变为拉伸剪切破碎，降低切削齿破碎等体积岩石所需的输入功，同时保持钻头在井底的稳定，从而实现提高钻进速度的目的。

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