[其他]一種改進(jìn)的溝槽切削型鉆頭

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 86100885
• 申請(qǐng)日: 1986-01-23
• 公開（公告）號(hào): CN86100885A
• 公開（公告）日: 1986-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃·I·新;亞歷山大·K·梅斯基;羅伯特·特魯吉洛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 諾頓-克里斯坦森公司
• 主分類號(hào): E21B10/46
• 分類號(hào): E21B10/46
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 宋敏,章社杲

本發(fā)明涉及地質(zhì)鉆探工具的領(lǐng)域，特別論及應(yīng)用多晶體人造金剛鉆齒作為切削元件的旋轉(zhuǎn)鉆頭。

旋轉(zhuǎn)切削型鉆頭和滾輪錐體鉆頭的切削動(dòng)作方面所具有的一個(gè)基本區(qū)別是：旋轉(zhuǎn)切削型鉆頭用剪切動(dòng)作進(jìn)行切削，而滾輪錐體鉆是由擠壓作用進(jìn)行切削。通過采用可以用作切削元件的人造多晶體金剛鉆元件，旋轉(zhuǎn)切削型鉆頭的性能已經(jīng)顯著地提高了。本發(fā)明的承擔(dān)者已經(jīng)在人造金剛鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭的設(shè)計(jì)和把這種金剛鉆齒附著到并保持在鉆頭的表面上并且從該表面上露出，方面首創(chuàng)性地提供了有實(shí)用價(jià)值的切削作用的方法。

一般說來，在旋轉(zhuǎn)鉆頭上的金剛鉆齒將在鉆孔的底部向巖石結(jié)構(gòu)內(nèi)切出薄片或剪切出溝槽。按照在技術(shù)上眾所周知的設(shè)計(jì)，鉆齒都是用搭接排列的方式集結(jié)地布置在鉆頭表面上。舉例來說，一列金剛鉆齒后面將典型地配置著一列偏移位置的金剛鉆齒。在某些設(shè)計(jì)中，偏移的這列齒用徑向分布的方式配置在鉆頭端面上，雖然它們是按方位安排在前一列的后面，這種方式使齒位于前列的齒與齒之間的空間中央。另外一些設(shè)計(jì)設(shè)想用別的分步徑向增量的方法布置隨后的各列齒，例如三列聚合地組成一個(gè)切削單元，使每列從方位上徑向偏移前一列的量為齒間空隙的三分之一。

其結(jié)果是在鉆孔的底部巖石結(jié)構(gòu)面上被第一列齒切入許多條溝槽。第二列齒旋轉(zhuǎn)通過同一給定的徑向線并在毗鄰第一列齒切出的溝槽上又切削出毗鄰的圓形間隔的三分之一或一半。這個(gè)切削程序繼續(xù)進(jìn)行下去直至全部齒與齒之間的殘留間隔從巖石結(jié)構(gòu)上切削完。就這樣，在毗鄰各列上相應(yīng)的齒將從巖面上切削出一個(gè)完整的圓環(huán)。毗鄰的各組齒切出的圓環(huán)也是毗連的，因此其結(jié)果從鉆孔的巖面上鉆掉整個(gè)一層。切削元件的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)通常是隨著相鄰的、連續(xù)的徑向增量不斷徑向地向外運(yùn)動(dòng)，或者可以設(shè)計(jì)成隨遞次徑向增量向內(nèi)作切削運(yùn)動(dòng)。

雖然現(xiàn)行切削實(shí)踐的主要形式是如上面所述的，但是盡管很少采用，通過截切溝槽的切削方法卻早已為人所知曉。在美國專利2，960，312號(hào)康德爾（Kandle）的“鉆頭切削刃部”（“Drill????Cutting????Head”）中可以找到一個(gè)軟巖石切削刃具的例子。康德爾的例子有兩個(gè)同心的圓輪，每個(gè)輪帶著許多個(gè)鑲在旋轉(zhuǎn)切削鉆頭上的鉆齒，切出兩個(gè)圓形的切槽，而介于兩個(gè)切槽之間的中間堤帶將由在中間的兩個(gè)清底刃具之一去切削、推毀或軋碎。雖然清底刃具幾乎是事后考慮添加到設(shè)計(jì)中去的，康德爾是在巖石結(jié)構(gòu)中切入彼此留有一定間隔的切槽，而中間殘留的巖石用一個(gè)溝槽之間的刃具清除的情況的一個(gè)例子。

相鄰切槽之間或由溝槽切割所產(chǎn)生的脊背的清除，也已經(jīng)在某種程度上應(yīng)用到巖石鉆頭或滾輪錐體鉆頭上了。在美國專利4，343，371號(hào)貝克（Baker）的“混合巖石鉆頭”〔“Hybrid????Rock????Bit”〕的斯垂特派克斯（Stratapax）刃具都配置在兩個(gè)相對(duì)滾輪錐體之間的鉆頭體上兩個(gè)相對(duì)伸出的部位上。用滾輪錐體上的許多個(gè)鉆齒切出的溝槽遺留隆起的堤帶隨后由部分地起切削鉆頭作用的斯垂特派克斯刃具所清除。

溝槽切削方法在一定程度上也已經(jīng)在滾輪錐體本身內(nèi)使用，如同美國專利4，202，419號(hào)Youngblood的“帶大的和小的鑲接齒列的滾輪刃具”〔“Roller????Cutter????With????Major????and????Minor????Insert????Rows”〕所舉例說明的。

但是，沒有一項(xiàng)現(xiàn)有技術(shù)在設(shè)計(jì)有效地?cái)U(kuò)大或開發(fā)溝槽切削方面有任何進(jìn)展。事實(shí)上，即使溝槽切削方法獨(dú)自使用在旋轉(zhuǎn)切削鉆頭上，它也是必然合乎需要和有利的，在各種意義上超過其他類型的切削作用，這一事實(shí)仍然實(shí)質(zhì)上未被人們鑒賞。

所以，需要的是設(shè)計(jì)一種旋轉(zhuǎn)式切削型鉆頭，它能極大地?cái)U(kuò)大旋轉(zhuǎn)鉆頭的切削作用，特別當(dāng)切削元件是人造多晶體金剛鉆元件的時(shí)候，更是如此。

本發(fā)明是一個(gè)鉆頭端面上配置著許多個(gè)多晶體金剛鉆齒的旋轉(zhuǎn)鉆頭的一種改進(jìn)。這項(xiàng)改進(jìn)至少包含用于切割溝槽的第一和第二多晶體金剛鉆齒。一個(gè)第三多晶金剛鉆齒與第一和第二多晶體金剛鉆齒協(xié)同工作并配置在兩者之間，是用來清理存在于第一和第二齒所切割溝槽之間的材料。第三齒至少相對(duì)于第一和第二齒中的一個(gè)是有方位偏移的。由于元件的這種組合，用第一，第二和第三齒聯(lián)合動(dòng)作來作溝槽切割是對(duì)鉆頭的最優(yōu)化。

更準(zhǔn)確地說，這項(xiàng)改進(jìn)可用四個(gè)實(shí)施方案來說明。在第一實(shí)施方案中，第一和第二齒實(shí)質(zhì)上是在相同的方位位置配置在鉆頭上。第一和第二齒在徑向有一定間距，第三齒在方位上配置成位于第一和第二鉆齒的后面，或者說跟隨第一和第二鉆齒，其前后方位由旋轉(zhuǎn)鉆頭的旋轉(zhuǎn)方向來確定。