[发明专利]一种耐磨损的可旋转切削齿钻头

说明书

本发明属于石油钻井技术领域，具体涉及一种耐磨损的可旋转切削齿钻头，包括：刀座，刀座内设有水道；刀翼，刀翼的其中一侧边缘设有嵌槽；切削齿，安装于所述嵌槽内，切削齿包括固定部和旋转部；水道包括连通至所述嵌槽的分支水道，固定部与所述旋转部之间设有液力驱动机构，液力驱动机构被装配为，当水道内充入高压液体时，高压液体能够通过所述液力驱动机构驱动旋转部相对于所述固定部转动。本发明将切削齿设置为可旋转式结构，并利用钻井作业时固有的高压水流来驱动切削齿主动转动，使切削齿的各个区域都有机会与工作面接触，从而使切削齿各个区域磨损均匀，提高了钻头使用寿命，另外高压水流从切削齿内部经过能够对切削齿进行高效降温。

技术领域

本发明属于石油钻井技术领域，具体涉及一种耐磨损的可旋转切削齿钻头。

背景技术

在钻井过程中，钻头是破碎岩石的主要工具，其与地层的匹配性与性能良好大大影响着钻井的机械速度和成本。钻头主要分为牙轮钻头和固定切削齿钻头（又称PDC钻头）。其中固定切削齿钻头的核心部件为聚晶金刚石（PDC）切削齿。聚晶金刚石具有硬度高，耐磨等特点，固定切削齿钻头已被广泛应该于石油钻采、地质勘探和水文监测等多行业用途。

聚晶金刚石切削齿主要分为负责切削地层的聚晶金刚石层和基体碳化物层。由于钻遇地层和工况环境的复杂性，因此逐渐发展了多种异性结构的切削齿。常规设计的PDC钻头通过钎焊等焊接技术使得切削齿与钻头本体相连接，由于切削齿固定，正常钻进过程中参与切削地层工作的区域仅为10-40%，仍有大部分区域未参与工作。同时切削齿的聚晶金刚石层与地层长时间接触工作，产生大量的摩擦热。用于粘结金刚石颗粒的金属相催化剂与金刚石本身的热膨胀系数不同，会产生较大的应力。金刚石颗粒在高温下逐渐转变为石墨。摩擦热导致温度升高加速切削齿的磨损，造成过早失效。在钻遇高硬度或高耐磨性性地层时，这种现象尤为明显，不仅机械钻速低下，同时使用寿命也较短。

为解决切削齿利用率低和单点受力摩擦生热的问题，提出旋转切削齿，其主要特点是在工作时受到侧向力影响，在钻头公转时产生自转，将原有的固定部位磨损优化为旋转周向均匀磨损，减少热量积累，降低摩擦阻力，以延长硬地层的使用寿命。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种耐磨损的可旋转切削齿钻头，其切削齿可主动旋转，以使切削齿各个区域均匀磨损，提高使用寿命。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种耐磨损的可旋转切削齿钻头，包括：

刀座，具有回转型外轮廓，所述刀座内设有水道；

刀翼，形成于所述刀座的顶部和侧部，所述刀翼的其中一侧边缘设有嵌槽；

切削齿，安装于所述嵌槽内，所述切削齿包括固定部和旋转部，所述固定部与所述嵌槽固接，所述旋转部与所述固定部转动连接，所述旋转部的至少部分区域凸出于所述固定部设置，且凸出部分的表面具有聚晶金刚石层；

所述水道包括连通至所述嵌槽的分支水道，所述固定部与所述旋转部之间设有液力驱动机构，所述液力驱动机构的进液口与所述分支水道连通，所述液力驱动机构的出液口贯通至所述固定部的表面；所述液力驱动机构被装配为，当所述水道内充入高压液体时，所述高压液体能够通过所述液力驱动机构驱动所述旋转部相对于所述固定部转动。

在本发明的一可选实施例中，所述固定部为筒状结构，所述旋转部转动设置于所述固定部的中心孔内；所述液力驱动机构包括沿所述固定部的内壁的周向设置的引导槽，所述引导槽的第一端相对于所述固定部的内壁形成直径骤变的台阶部，所述引导槽的第二端沿螺旋路径与所述固定部的内壁平滑过渡；所述液力驱动机构还包括沿所述旋转部的径向与所述旋转部活动连接的活板，所述活板凸出于所述旋转部的外壁设置，所述活板与所述旋转部之间设有第一压簧，以使所述活板的外端能够始终紧贴所述引导槽；所述液力驱动机构的进液口通过内部流道连通至所述台阶部；所述引导槽的第二端设有贯穿所述固定部的筒壁设置的出液孔，所述出液孔的外端形成所述液力驱动机构的出液口。