專利名稱：一種用于石油勘探鉆井的金剛石鉆頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適于具有一定研磨性或軟硬交錯夾層或某些礫石層的中軟至中硬地層的石油勘探鉆井用的金剛石鉆頭。
近年來，金剛石鉆頭在石油勘探鉆井工程中得到了廣泛地應用。金剛石鉆頭由鉆頭體、切削齒和水力結構等組成，它是通過切削齒與地層巖石的接觸對其產生擠壓和剪切巖層來破碎巖石的。通常金剛石鉆頭在軟至中硬的大段勻質地層中鉆井時可以取得較高的機械鉆速，但是由于其切削元件所采用的各種超硬材料如PDC(聚晶金剛石)齒、TSP齒等的抗沖擊性以及在研磨性較強的地層中其耐磨性較差，從而限制了這種鉆頭在具有研磨性或軟硬交錯夾層或礫石層的地層中的使用。
另一方面，金剛石鉆頭作為一種切削結構固定的鉆頭，它具有使用壽命長、進尺高、機械鉆速快、井下事故少的優點，因而人們不斷地研究擴展其使用范圍，其中包括如何將其應用于具有研磨性或軟硬交錯夾層或某些礫石層的地層。為達到上述目的，一個最為常用的方法是增加鉆頭的布齒密度，但單純采用增加布齒密度的方法難以達到良好的效果。另一種方法是在鉆頭的切削齒后一定位置設置比切削齒的出刃高度低的“減振墊”，如在美國專利4991670和5090492中所描述的。“減振墊”不能切削地層，但可以通過它來限制切削齒吃入地層的深度以增強切削齒的抗沖擊性能從而達到最佳切削效果。采用這種結構對齒的耐磨性要求較高，因為一旦切削齒磨損到與“減振墊”一樣高時，鉆壓就很難加上，由此會導致機械鉆速過慢而影響鉆頭的使用性能。
本實用新型的目的在于克服現有技術中存在的不足而提供一種適于具有一定研磨性或軟硬交錯夾層或某些礫石層的中軟至中等硬度地層的石油勘探鉆井用的金剛石鉆頭。
實現本實用新型目的的技術方案為包括有鉆頭體，鉆頭體上設置有主刀翼3和副刀翼4，主、副刀翼上安設有主切削齒2，其不同之處在于主切削齒后方設置1～2排出刃高度低于主切削齒的副切削齒1。
按上述方案，所述的副切削齒為圓柱形或多棱柱形或者為圓柱形和多棱形的混合設置；副切削齒的外形尺寸(直徑和截面)小于主切削齒的外形尺寸；副切削齒可設置在主刀翼上的主切削齒后方，副切削齒也可設置在副刀翼上的主切削齒后方，也可同時設置在主、副刀翼的主切削齒后方，副切削齒由TSP(熱穩定聚晶金剛石)齒構成。
本實用新型通過在鉆頭的主切削齒后設置副切削齒來增強鉆頭的抗研磨性和耐沖擊性。當鉆頭在較軟地層中鉆進時，在前的主切切削齒起主要切削作用；當鉆遇較硬地層時，在后的副切削齒既可以限制前面主切削齒吃入地層的深度以減小振動，又可以承擔部分切削任務；當鉆遇硬夾層或研磨性較強地層或礫石層時，隨著前面主切削齒的磨損，副切削齒將承擔切削任務，在鉆出這些地層后，由于鉆頭的切削元件仍然具有較強的切削能力，所以鉆頭仍能以令人滿意的速度鉆進，由此可使金剛石鉆頭的切削性能和使用范圍得到有效的拓展。


圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12分別為本實用新型各個實施例的鉆頭冠部投影圖。
圖13、14、15分別為幾種不同形狀的副切削齒布設時鉆頭冠部側向輪廓示意圖。
圖16為本實用新型的主、副切削齒后傾角示意圖。
以下結合附圖進一步說明本實用新型的實施例，包括有鉆頭體，鉆頭體上設置有主刀翼3和副刀翼4，主、副刀翼之間開有下凹的面槽7，鉆頭體的端部開設有噴嘴5，在主、副刀翼上安設有主切削齒2，主切削齒為圓柱形，尾部呈半球狀，在主刀翼上主切削齒后安設有1排副切削齒1，在主、副切削齒之間設置積屑槽6，副切削齒為圓柱形或三棱柱形，或者由圓柱形和三棱形相互交錯混合布設，副切削齒的出刃高度低于主切削齒0.5～2mm，副切削齒的外形尺寸小于主切削齒的外形尺寸，如圖9、10所示，副切削齒的后傾角b2≥主切削齒的后傾角b1，從鉆頭中心向外側沿伸的副切削齒可以有逐漸增大的后傾角，b2的取值通常為20°～30°，副切削齒的布設從鉆頭體的鼻部8開始，到鉆頭體輪廓外側9結束，如
圖13、14所示。本實用新型可在上述設置一排副切削齒的基礎上，在主刀翼上第1排副切削齒后安設第2排副切削齒1，第2排副切削齒可與第1排副切削齒并列對齊安設，或者與第1排副切削齒并列交錯安設，兩排副切削齒可采用相同形狀的齒形，或者也可為不同形狀的齒形，第2排副削齒的出刃高度小等于第1排副切削齒的出刃高度，第2排副切削齒的后傾角小等于第1排副切削齒的后傾角。
本實用新型第二個實施例如
圖1所示，它是在主、副刀翼的主切削齒后部設置1～2排出刃高度低于主切削齒的副切削齒1，即在主刀翼的主切削齒后安設1～2排副切削齒，在副刀翼的主切削齒后也安設1～2排副切削齒，安設的方式可與主刀翼上的相同，在副刀翼的主切削齒和副切削齒之間也設置有積屑槽6。
本實用新型第三個實施例如圖2所示，它的特點是在副刀翼4的主切削齒2后安設1～2排出刃高度低于主切削齒的副切削齒1，副切削齒的結構參數與第一個實施例相同。
權利要求1.一種用于石油勘探鉆井的金剛石鉆頭，包括有鉆頭體，鉆頭體上設置有主刀翼(3)和副刀翼(4)，主、副刀翼上安設有主切削齒(2)，其特征在于主切削齒后方設置1～2排出刃高度低于主切削齒的副切削齒(1)。
2.按權利要求1所述的用于石油勘探鉆井的金剛石鉆頭，其特征在于所述的副切削齒設置在主刀翼(3)上的主切削齒后方。
3.按權利要求1或2所述的用于石油勘探鉆井的金剛石鉆頭，其特征在于副切削齒設置在副刀翼(4)上的主切削齒后方。
4.按權利要求1或2所述的用于石油勘探鉆井的金剛石鉆頭，其特征在于副切削齒(1)為圓柱形或多棱柱形或者為圓柱形和多棱形的混合設置，副切削齒的外形尺寸小于主切削齒的外形尺寸。
5.按權利要求1或2所述的用于石油勘探鉆井的金剛石鉆頭，其特征在于副切削齒的出刃高度低于主切削齒0.5～2mm。
6.按權利要求1或2所述的用于石油勘探鉆井的金剛石鉆頭，其特征在于副切削齒的后傾角b2≥主切削齒的后傾角b1，從鉆頭中心向外側沿伸的副切削齒有逐漸增大的后傾角，b2的取值通常為20°～30°。
7.按權利要求1或2所述的用于石油勘探鉆井的金剛石鉆頭，其特征在于在主刀翼(3)上第1排副切削齒后安設第2排副切削齒(1)，第2排副切削齒與第1排副切削齒并列對齊安設，或者與第1排副切削齒并列交錯安設，兩排副切削齒采用相同形狀的齒形，或者為不同形狀的齒形，第2排副削齒的出刃高度小等于第1排副切削齒的出刃高度，第2排副切削齒的后傾角小等于第1排副切削齒的后傾角。
8.按權利要求7所述的用于石油勘探鉆井的金剛石鉆頭，其特征在于在副刀翼(4)的主切削齒后也安設1～2排副切削齒。
9.按權利要求1或2所述的用于石油勘探鉆井的金剛石鉆頭，其特征在于主、副刀翼之間開有下凹的面槽(7)，鉆頭體的端部開設有噴嘴(5)，在主、副切削齒之間設置積屑槽(6)。
專利摘要本實用新型涉及一種用于石油勘探鉆井的金剛石鉆頭，它包括有鉆頭體，鉆頭體上設置有主刀翼和副刀翼，主、副刀翼上安設有主切削齒，其不同之處在于主切削齒后方設置1～2排出刃高度低于主切削齒的副切削齒。本實用新型的副切削齒既可限制主切削齒吃入地層的深度以減小振動，又可承擔部分切削任務，使鉆頭具備較強的切削性能，能適用于具有一定研磨性或軟硬交錯夾層或某些礫石層的中軟至中硬地層的鉆探，并能取得較好的效果。
文檔編號E21B10/46GK2451714SQ0023242
公開日2001年10月3日 申請日期2000年11月16日 優先權日2000年11月16日
發明者韓育民, 張建平 申請人:江漢石油鉆頭股份有限公司