聚晶金刚石复合片刀翼式钻头.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201921868264.3 (22)申请日 2019.11.01 (73)专利权人 大庆长垣能源科技有限公司 地址 163000 黑龙江省大庆市林甸县大祁 街北四段路西(西北街1-4-3-9) (72)发明人 高海洋刘新岩王玉孙伟 (74)专利代理机构 哈尔滨市邦杰专利代理事务 所(普通合伙) 23212 代理人 孙淑荣 (51)Int.Cl. E21B 10/55(2006.01) E21B 10/43(2006.01) E21B 10/26(2006.01) E21B 10。

2、/60(2006.01) (54)实用新型名称 一种聚晶金刚石复合片刀翼式钻头 (57)摘要 本实用新型公开了一种聚晶金刚石复合片 刀翼式钻头， 具体涉及油田钻探工具领域， 包括 基体、 主刀翼， 其特征在于： 主刀翼的数量为三个 并相互连接安装于基体的顶面及侧边， 基体的侧 边安装有三个副刀翼， 基体的顶面固定安装有喷 嘴， 基体的顶面开设有排屑槽， 主刀翼、 副刀翼的 表面固定安装有若干PDC齿并均匀分布， 主刀翼、 副刀翼靠近基体底端的表面安装有稳定齿， 基体 的内部固定安装有钻头主体。 本实用新型通过分 别设置三个主刀翼与副刀翼， 副刀翼位于基体的 边缘部为排屑预留较大空间， 并设置椭。

3、圆形的排 屑槽， 椭圆形状相较于传统的圆形其岩屑的排出 阻力更小， 排屑率更高， 不容易发生泥包现象， 且 六刀翼结构使得钻头稳定性大大提高。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 211058725 U 2020.07.21 CN 211058725 U 1.一种聚晶金刚石复合片刀翼式钻头， 包括基体 （1） 、 主刀翼 （2） ， 其特征在于： 所述主 刀翼 （2） 的数量为三个并相互连接固定安装于基体 （1） 的顶面及侧边， 所述基体 （1） 的侧边 固定安装有三个副刀翼 （4） 延伸至基体 （1） 的顶面边缘端， 所述基体 （1） 的顶面固定安装有 喷嘴 （3） ， 所述基体 （。

4、1） 的顶面开设有排屑槽 （5） ， 所述排屑槽 （5） 呈椭圆形并位于主刀翼 （2） 之间均匀分布， 所述主刀翼 （2） 、 副刀翼 （4） 的表面固定安装有若干PDC齿 （6） 并均匀分布， 所 述主刀翼 （2） 、 副刀翼 （4） 靠近基体 （1） 底端的表面固定安装有稳定齿 （8） ， 所述稳定齿 （8） 位 于同一水平面， 所述基体 （1） 的内部固定安装有钻头主体 （7） ， 所述钻头主体 （7） 的内部开设 有钻进液流道， 所述流道与喷嘴 （3） 、 排屑槽 （5） 相连通。 2.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片刀翼式钻头， 其特征在于： 所述PDC齿 （6） 包括掘进齿。

5、 （61） 、 犁进齿 （62） 、 扩孔齿 （63） ， 所述掘进齿 （61） 位于主刀翼 （2） 相连部位的 中心， 所述犁进齿 （62） 位于主刀翼 （2） 顶面的边缘部以及副刀翼 （4） 的顶面， 所述扩孔齿 （63） 位于主刀翼 （2） 、 副刀翼 （4） 的侧面。 3.根据权利要求2所述的一种聚晶金刚石复合片刀翼式钻头， 其特征在于： 所述掘进齿 （61） 包括固定部 （611） 、 切削面 （612） ， 所述固定部 （611） 的端部为圆弧状结构， 所述切削面 （612） 呈半圆状聚晶金刚石复合片结构， 所述切削面 （612） 与固定部 （611） 形成夹角。 4.根据权利要求。

6、1所述的一种聚晶金刚石复合片刀翼式钻头， 其特征在于： 所述喷嘴 （3） 、 排屑槽 （5） 呈椭圆形， 所述喷嘴 （3） 呈环状分布于主刀翼 （2） 、 副刀翼 （4） 之间， 所述排屑 槽 （5） 均匀环状分布于副刀翼 （4） 的前端。 5.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片刀翼式钻头， 其特征在于： 所述各个主 刀翼 （2） 、 副刀翼 （4） 的侧面与基体 （1） 的冠头中心线成8 -12 倾角， 所述主刀翼 （2） 的厚度 随距刀刃的距离而逐渐增厚， 尾部呈抛物线形状。 6.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片刀翼式钻头， 其特征在于： 所述基体 （1） 进行表面渗碳处理，。

7、 所述PDC齿 （6） 与主刀翼 （2） 、 副刀翼 （4） 通过钎焊焊接为一体。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211058725 U 2 一种聚晶金刚石复合片刀翼式钻头 技术领域 0001 本实用新型涉及油田钻探工具技术领域， 更具体地说， 本实用新型具体为一种聚 晶金刚石复合片刀翼式钻头。 背景技术 0002 聚晶金刚石复合片钻头简称PCD钻头,主要采用的金刚石聚晶模式， 在聚晶过程中 采用的是黑色金属线和有色金属线材料， 和一般的硬质合金拉丝模相比， 其在耐用度上提 升了数百倍， 因此， PCD钻头在使用钻井中应用的主要优势， 即在保障硬度的前提下耐用性 极高， 目前钴是最为常用的。

8、一种PCD钻头结合剂， 其具有强度高、 耐磨性好等诸多优势， 同时 拉丝的成本也很低， 十分适用于石油钻井作业中。 0003 但是其在实际使用时， 仍旧存在一些缺点， 目前在用的PDC钻头主要是刀翼式布 齿， 所有的PDC切削齿都布置在刀翼上， 如果刀翼数量较少， 则排屑槽较大， 钻头在钻进时就 不容易发生泥包现象， 但钻头的稳定性较差， 容易导致钻头先期损坏； 如果刀翼数量较多， 则钻头的稳定性比较高， 但排屑槽较小， 岩屑的排出阻力较大， 因此钻头在钻进时容易发生 泥包现象。 0004 因此， 现亟需一种稳定性高， 又不容易发生泥包现象的聚晶金刚石复合片刀翼式 钻头。 实用新型内容 000。

9、5 为了克服现有技术的上述缺陷， 本实用新型的实施例提供一种聚晶金刚石复合片 刀翼式钻头， 通过分别设置三个主刀翼与副刀翼， 副刀翼位于基体的边缘部为排屑预留较 大空间， 并设置椭圆形的排屑槽， 椭圆形状相较于传统的圆形其岩屑的排出阻力更小， 排屑 率更高， 不容易发生泥包现象， 且六刀翼结构使得钻头稳定性大大提高； 另外， 本使用新型 通过在基体与PDC齿表面设置高含量钴元素的聚晶金刚石复合片制成的耐磨层， 进一步提 高该钻头的耐磨性， 且钻头基体内提高铬元素含量， 铬能大大提高合金钢的强度和塑性， 将 聚晶金刚石复合片高的抗压强度、 硬度和耐磨性结合起来， 故能轻易破碎岩石的同时具有 极高。

10、的寿命， 提高施工掘进效率， 以解决上述背景技术中提出的问题。 0006 为实现上述目的， 本实用新型提供如下技术方案： 一种聚晶金刚石复合片刀翼式 钻头， 包括基体、 主刀翼， 所述主刀翼的数量为三个并相互连接固定安装于基体的顶面及侧 边， 所述基体的侧边固定安装有三个副刀翼延伸至基体的顶面边缘端， 所述基体的顶面固 定安装有喷嘴， 所述基体的顶面开设有排屑槽， 所述排屑槽呈椭圆形并位于主刀翼之间均 匀分布， 所述主刀翼、 副刀翼的表面固定安装有若干PDC齿并均匀分布， 所述主刀翼、 副刀翼 靠近基体底端的表面固定安装有稳定齿， 所述稳定齿位于同一水平面， 所述基体的内部固 定安装有钻头主体。

11、， 所述钻头主体的内部开设有钻进液流道， 所述流道与喷嘴、 排屑槽相连 通。 0007 在一个优选地实施方式中， 所述PDC齿包括掘进齿、 犁进齿、 扩孔齿， 所述掘进齿位 说明书 1/4 页 3 CN 211058725 U 3 于主刀翼相连部位的中心， 所述犁进齿位于主刀翼顶面的边缘部以及副刀翼的顶面， 所述 扩孔齿位于主刀翼、 副刀翼的侧面。 0008 在一个优选地实施方式中， 所述掘进齿包括固定部、 切削面， 所述固定部的端部为 圆弧状结构， 所述切削面呈半圆状聚晶金刚石复合片结构， 所述切削面与固定部形成夹角。 0009 在一个优选地实施方式中， 所述喷嘴、 排屑槽呈椭圆形， 所述喷。

12、嘴呈环状分布于主 刀翼、 副刀翼之间， 所述排屑槽均匀环状分布于副刀翼的前端。 0010 在一个优选地实施方式中， 所述各个主刀翼、 副刀翼的侧面与基体的冠头中心线 成8 -12 倾角， 所述主刀翼的厚度随距刀刃的距离而逐渐增厚， 尾部呈抛物线形状。 0011 在一个优选地实施方式中， 所述基体为硬质合金材质构件， 所述基体各原料所占 的质量百分比分别为： C0.24-0.30、 Ni3.1-3.5、 Mn0.6-0.8、 Cr1.7-1.9、 Mo0.2- 0.4、 V0.8-1.0、 杂质P0.02、 杂质S0.02， 余量Fe。 0012 在一个优选地实施方式中， 所述基体、 PDC齿、。

13、 稳定齿表面设有0.1-0.5mm厚度的耐 磨层， 所述耐磨层的各原料所占的质量百分比分别为： 金刚石80-82， Co12-13， Si6-7。 0013 在一个优选地实施方式中， 所述基体进行表面渗碳处理， 所述PDC齿与主刀翼、 副 刀翼通过钎焊焊接为一体。 0014 本实用新型的技术效果和优点： 0015 1、 本使用新型通过分别设置三个主刀翼与副刀翼， 副刀翼位于基体的边缘部为排 屑预留较大空间， 并设置椭圆形的排屑槽， 椭圆形状相较于传统的圆形其岩屑的排出阻力 更小， 排屑率更高， 不容易发生泥包现象， 且六刀翼结构使得钻头稳定性大大提高； 0016 2、 本使用新型通过在基体与P。

14、DC齿表面设置高含量钴元素的聚晶金刚石复合片制 成的耐磨层， 进一步提高该钻头的耐磨性， 且钻头基体内提高铬元素含量， 铬能大大提高合 金钢的强度和塑性， 将聚晶金刚石复合片高的抗压强度、 硬度和耐磨性结合起来， 故能轻易 破碎岩石的同时具有极高的寿命， 提高施工掘进效率。 附图说明 0017 图1为本实用新型的整体结构示意图。 0018 图2为本实用新型的钻头主体结构示意图。 0019 图3为本实用新型的钻头主体横截面结构示意图。 0020 图4为本实用新型的PDC齿结构示意图。 0021 附图标记为： 1、 基体； 2、 主刀翼； 3、 喷嘴； 4、 副刀翼； 5、 排屑槽； 6、 PDC。

15、齿； 7、 钻头主 体； 8、 稳定齿； 61、 掘进齿； 62、 犁进齿； 63、 扩孔齿； 611、 固定部； 612、 切削面。 具体实施方式 0022 下面将结合本实用新型实施例中的附图， 对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例， 而不是全部的 实施例。 基于本实用新型中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例， 都属于本实用新型保护的范围。 0023 如附图1-4所示的一种聚晶金刚石复合片刀翼式钻头， 包括基体1、 主刀翼2， 主刀 说明书 2/4 页 4 CN 211058。

16、725 U 4 翼2的数量为三个并相互连接固定安装于基体1的顶面及侧边， 基体1的侧边固定安装有三 个副刀翼4延伸至基体1的顶面边缘端， 基体1的顶面固定安装有喷嘴3， 基体1的顶面开设有 排屑槽5， 排屑槽5呈椭圆形并位于主刀翼2之间均匀分布， 主刀翼2、 副刀翼4的表面固定安 装有若干PDC齿6并均匀分布， 主刀翼2、 副刀翼4靠近基体1底端的表面固定安装有稳定齿8， 稳定齿8位于同一水平面， 基体1的内部固定安装有钻头主体7， 钻头主体7的内部开设有钻 进液流道， 流道与喷嘴3、 排屑槽5相连通。 0024 实施方式具体为： 通过分别设置三个主刀翼2与副刀翼4， 副刀翼41位于基体的边 。

17、缘部为排屑预留较大空间， 并设置椭圆形的排屑槽5， 椭圆形状相较于传统的圆形其岩屑的 排出阻力更小， 排屑率更高， 不容易发生泥包现象， 且六刀翼结构使得钻头稳定性大大提 高； 另外， 本使用新型通过在基体1与PDC齿6表面设置高含量钴元素的聚晶金刚石复合片制 成的耐磨层， 进一步提高该钻头的耐磨性， 且钻头基体内提高铬元素含量， 铬能大大提高合 金钢的强度和塑性， 将聚晶金刚石复合片高的抗压强度、 硬度和耐磨性结合起来， 故能轻易 破碎岩石的同时具有极高的寿命， 提高施工掘进效率。 0025 其中， PDC齿6包括掘进齿61、 犁进齿62、 扩孔齿63， 掘进齿61位于主刀翼2相连部位 的中。

18、心， 犁进齿62位于主刀翼2顶面的边缘部以及副刀翼4的顶面， 扩孔齿63位于主刀翼2、 副刀翼4的侧面， 分别进行掘进、 犁进、 扩孔程序。 0026 其中， 掘进齿61包括固定部611、 切削面612， 固定部611的端部为圆弧状结构， 切削 面612呈半圆状聚晶金刚石复合片结构， 切削面612与固定部611形成夹角， 使得掘进齿61更 加锋利， 提高掘进效率。 0027 其中， 喷嘴3、 排屑槽5呈椭圆形， 喷嘴3呈环状分布于主刀翼2、 副刀翼4之间， 排屑 槽5均匀环状分布于副刀翼4的前端， 椭圆形的排屑槽5， 椭圆形状相较于传统的圆形其岩屑 的排出阻力更小， 排屑率更高。 0028 其。

19、中， 各个主刀翼2、 副刀翼4的侧面与基体1的冠头中心线成8 -12 倾角， 主刀翼2 的厚度随距刀刃的距离而逐渐增厚， 尾部呈抛物线形状， 使得主刀翼2、 副刀翼4的结构更加 牢固。 0029 其中， 基体1为硬质合金材质构件， 基体1各原料所占的质量百分比分别为： C0.24- 0.30、 Ni3.1-3.5、 Mn0.6-0.8、 Cr1.7-1.9、 Mo0.2-0.4、 V0.8-1.0、 杂质P 0.02、 杂质S0.02， 余量Fe， 高含量的Cr有助于提升基体1的耐磨性。 0030 其中， 基体1、 PDC齿6、 稳定齿8表面设有0.1-0.5mm厚度的耐磨层， 耐磨层的各原料。

20、 所占的质量百分比分别为： 金刚石80-82， Co12-13， Si6-7， 增加钻头的耐磨 性。 0031 其中， 基体1进行表面渗碳处理， PDC齿6与主刀翼2、 副刀翼4通过钎焊焊接为一体， 使得PDC齿6与主刀翼2、 副刀翼4之间连接更牢固。 0032 本实用新型工作原理： 0033 首先将该钻头安装于油田钻进机械的端部， 利用钻进机械的动力带动该钻头高速 旋转掘进的同时保证钻井液的持续供应以起到冲洗岩屑以及散热的功能， 由PDC材料制成 的掘进齿61、 犁进齿62、 扩孔齿63分别进行掘进、 犁进、 扩孔程序， 分别设置三个主刀翼2与 副刀翼4， 副刀翼41位于基体的边缘部为排屑预。

21、留较大空间， 并设置椭圆形的排屑槽5， 椭圆 形状相较于传统的圆形其岩屑的排出阻力更小， 排屑率更高， 不容易发生泥包现象， 且六刀 说明书 3/4 页 5 CN 211058725 U 5 翼结构使得钻头稳定性大大提高。 0034 最后应说明的几点是： 首先， 在本申请的描述中， 需要说明的是， 除非另有规定和 限定， 术语 “安装” 、“相连” 、“连接” 应做广义理解， 可以是机械连接或电连接， 也可以是两个 元件内部的连通， 可以是直接相连，“上” 、“下” 、“左” 、“右” 等仅用于表示相对位置关系， 当 被描述对象的绝对位置改变， 则相对位置关系可能发生改变； 0035 其次： 。

22、本实用新型公开实施例附图中， 只涉及到与本公开实施例涉及到的结构， 其 他结构可参考通常设计， 在不冲突情况下， 本实用新型同一实施例及不同实施例可以相互 组合； 0036 最后： 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已， 并不用于限制本实用新型， 凡 在本实用新型的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本实用 新型的保护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 211058725 U 6 图1 说明书附图 1/3 页 7 CN 211058725 U 7 图2 说明书附图 2/3 页 8 CN 211058725 U 8 图3 图4 说明书附图 3/3 页 9 CN 211058725 U 9 。