PDC-牙輪復合鉆頭演示教具制造技術

本實用新型專利技術是一套可以演示牙輪鉆頭，PDC-鉆頭和PDC-牙輪混合鉆頭的演示教具，包括主體(1)、PDC刀翼(2)、PDC切削齒(3)、牙輪(4)、牙輪切削齒(5)、牙掌(6)、臺架(7)。本實用新型專利技術屬于石油鉆井井下工具技術教學領域，特別是涉及利用PDC鉆頭剪切原理破巖和牙輪鉆頭沖擊破巖過程機理的理論學習分析的教學領域。本實用新型專利技術的特點是：能夠方便教師在上課期間言簡意賅的講述出鉆頭的結構特性、破巖原理，特別是形象直觀的展示出PDC鉆頭、牙輪鉆頭、PDC-牙輪復合鉆頭的破巖工作過程，讓學生更容易接受、理解和掌握這些原理。該演示教具可拆卸，質量輕，易調節，有效降低教學成本，潛在經濟效益好。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于石油鉆井井下工具技術教學領域，特別是涉及利用PDC鉆頭剪切原理破巖和牙輪鉆頭沖擊破巖過程機理的理論學習分析的教學領域。
技術介紹
目前運用最廣的兩類鉆頭，一是牙輪鉆頭，主要靠滾動產生的沖擊壓碎作用來破碎巖石；二是PDC鉆頭，主要靠鍥入式刮切方式破碎巖石，但是目前學習兩類鉆頭結構及破巖機理的教具還達不到好的展示效果，并且也沒有把兩種鉆頭演示教具破巖機理有機的結合起來。
技術實現思路
本技術是一套可以演示牙輪鉆頭，PDC-鉆頭和PDC-牙輪混合鉆頭的演示教具，包括主體、PDC刀翼、PDC切削齒、牙輪、牙輪切削齒、牙掌、臺架；本專利技術屬于石油鉆井井下工具技術教學領域，特別是涉及利用PDC鉆頭剪切原理破巖和牙輪鉆頭沖擊破巖過程機理的理論學習分析的教學領域；本專利技術的特點是：能夠方便教師在上課期間言簡意賅的講述出鉆頭的結構特性、破巖原理，特別是形象直觀的展示出PDC鉆頭、牙輪鉆頭、PDC-牙輪符合鉆頭的破巖工作過程，讓學生更容易接受、理解和掌握這些原理。該演示教具可拆卸，質量輕，易調節，有效降低教學成本，潛在經濟效益好。本技術PDC-牙輪復合鉆頭演示教具,采用如下技術方案：PDC-鉆頭教具與牙輪鉆頭教具集成，形成復合鉆頭教具，再與臺架組合，形成PDC-牙輪復合鉆頭演示教具，其特征在于：通過改變牙掌在主體上的裝配關系，實現PDC-鉆頭教具、牙輪鉆頭教具和PDC-牙輪復合鉆頭教具；再與臺架組合，實現PDC-鉆頭演示教具、牙輪鉆頭演示教具和PDC-牙輪復合鉆頭演示教具。本技術PDC-牙輪復合鉆頭演示教具；結構特點包括：(1)PDC-牙輪復合鉆頭演示教具由鉆頭和臺架組成，臺架手動控制，模擬鉆井過程，PDC切削齒、牙輪切削齒演示切削破巖過程；(2)通過改變牙掌在主體上的裝配關系，實現PDC-鉆頭教具、牙輪鉆頭教具和PDC-牙輪復合鉆頭教具；再與臺架組合，實現PDC-鉆頭演示教具、牙輪鉆頭演示教具和PDC-牙輪復合鉆頭演示教具。(3)通過改變牙掌在主體上的裝配關系，實現PDC-鉆頭教具、牙輪鉆頭教具和PDC-牙輪復合鉆頭教具，方便老師結合理論給學生講解鉆頭的結構知識。所述的PDC-牙輪復合鉆頭教具由兩個PDC刀翼和兩個牙輪構成。(4)主體：采用鋁材數車制成，質量較輕，可以達到輕便易拿以方便老師上課的目的。(5)PDC刀翼：和主體材料相同，鋁材加工中心銑成，數目>＝1。(6)PDC切削齒：形狀包括勺形齒、楔形齒、錐球齒、球形齒、錐臺齒、圓柱截頭齒、棱錐齒；所述的PDC切削齒材質為硬質合金、立方氮化硼、陶瓷；所述的PDC切削齒數目>＝1。(7)牙輪：采用鋁材加工中心銑成，質量輕，牙輪數目>＝1。(8)牙輪切削齒：形狀包括勺形齒、楔形齒、錐球齒、球形齒、錐臺齒、圓柱截頭齒、棱錐齒；所述的牙輪切削齒材質為硬質合金、立方氮化硼、陶瓷；所述的牙輪切削齒數目>＝1。(9)牙掌：采用鋁材數銑制成，質量輕，牙掌上鉆有兩個孔，用于實驗牙輪的單獨演示和PDC-牙輪的復合演示過程，牙掌數目>＝1。(10)臺架：為演示實驗臺架，臺架上可以放巖石等材料配合鉆頭演示切削過程和反應切削軌跡(11)PDC-牙輪復合鉆頭演示教具包括鉆進過程、切削機理、鉆頭結構的演示。根據上述技術，已于2014年5月制成實物，在教學、科研中用于實踐，收到廣大使用者的好評，效果良好。本技術PDC-牙輪復合鉆頭演示教具的性能特點包括：(1)演示PDC鉆頭刮切破巖機理：經過鉆進，產生塊狀巖屑，減慢鉆進過程，可以觀察到多種巖石被刮切掉時的斷裂裂紋形態；同時顯示出鉆進后的井底同心圓。(2)演示牙輪鉆頭沖擊壓碎的破巖機理：經過鉆進，巖石經過沖擊而從巖層表明脫落，可以觀察到巖石沖擊破碎的裂紋，以及破巖后井底被牙輪切削齒沖擊后的痕跡。(3)演示PDC-牙輪復合鉆頭破巖機理：通過調節牙掌的裝配位置，可以觀察到PDC刮切后牙輪壓碎巖屑、牙輪沖擊出坑后PDC刮切最后牙輪再壓碎巖屑的破巖機理，從而直觀形象的解釋出PDC-牙輪復合鉆頭鉆進提速的緣由。本技術的有益效果：鉆頭在石油天然氣鉆探工程、礦山開采、地質鉆探、建筑工程、隧道工程、盾構及非開挖設備
占據著，舉足輕重的位置，它的角色不容忽視，然而，由于沒有合適的鉆頭教具讓相關人員對其形象直觀的學習，導致鉆頭的科研經費高得驚人，直接影響到鉆頭的成本，影響到相關行業的成本，我們設計出這款教具，有益于相關人員對鉆頭更好更形象直觀的學習，讓鉆頭與理論有機的結合起來，加快鉆頭科技的進步步伐，更好的為提高國民經濟服務。該演示教具可拆卸，質量輕，易調節，有效降低教學成本，潛在經濟效益好。附圖說明本技術附圖說明如下：圖1為本技術PDC-牙輪復合鉆頭演示教具的鉆頭部分。圖2為本技術PDC-牙輪復合鉆頭演示教具，其為鉆頭(圖1)和臺架(7)的組合。圖2中：1.主體，2.PDC刀翼，3.PDC切削齒，4.牙輪，5.牙輪切削齒，6.牙掌，7.臺架。具體實施方式本技術基于牙輪鉆頭、PDC鉆頭及PDC-牙輪復合鉆頭三種鉆頭的破巖機理演示。如圖2所示：PDC-牙輪復合鉆頭演示教具包括主體、PDC刀翼、PDC切削齒、牙輪、牙輪切削齒、牙掌、臺架。其中牙輪鉆頭破巖機理演示：把牙輪與牙掌軸承相連，用螺釘將牙掌固定于鉆頭上較上方的螺孔，通過旋轉手柄可以看到上面的齒是通過沖擊壓碎的方式進行破碎巖石。PDC鉆頭破巖機理演示：把牙掌及上面的牙輪一并拆卸下來，旋轉手柄可以看到PDC齒通過刮切作用破巖石。PDC-牙輪復合鉆頭破巖演示：將牙輪與牙掌軸承相連，用螺釘將牙掌固定于鉆頭上較下方的螺孔，通過旋轉手柄可以看到齒通過上述兩種方式破碎巖石。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種PDC?牙輪復合鉆頭演示教具，包括鉆頭主體(1)、PDC刀翼(2)、PDC切削齒(3)、牙輪(4)、牙輪切削齒(5)、牙掌(6)、臺架(7)，其特征在于：通過軸承將牙輪(4)與牙掌(6)連接起來，即可實現演示時牙輪(4)的自轉與公轉；將牙掌(6)做成可拆卸式，可實現三種不同鉆頭的破巖演示過程；通過彈簧的預壓縮，實現鉆進過程的反向加壓；手動控制鉆頭的轉動，能清晰的觀察到不同切削齒的破碎巖過程；將鉆頭拆分下來，可以對鉆頭的結構進行直觀的講解。

【技術特征摘要】
1.一種PDC-牙輪復合鉆頭演示教具，包括鉆頭主體(1)、PDC刀翼(2)、PDC切削齒
(3)、牙輪(4)、牙輪切削齒(5)、牙掌(6)、臺架(7)，其特征在于：通過軸承將牙輪(4)
與牙掌(6)連接起來，即可實現演示時牙輪(4)的自轉與公轉；將牙掌(6)做成可拆卸式，
可實現三種不同鉆頭的破巖演示過程；通過彈簧的預壓縮，實現鉆進過程的反向加壓；手動
控制鉆頭的轉動，能清晰的觀察到不同切削齒的破碎巖過程；將鉆頭拆分下來，可以對鉆頭
的結構進行直觀的講解。
2.根據權利要求1所述的PDC-牙輪復合鉆頭演示教具，其特征在于：所述的演示教具由
鉆頭和實驗演示臺架構成。
3.根據權利要求1所述的PDC-牙輪復合鉆頭演示教具，其特征在于：所述的主體(1)
采用鋁材制成，質量較輕，可以達到輕便易拿以方便老師上課的目的。
4.根據權利要求1所述的PDC-牙輪復合鉆頭演示教具，其特征在于：所述的PDC刀翼
(2)數目>＝1。
5.根據權利要求1或4所述的PDC-牙輪復合鉆頭演示教具，其特征在于：所述的PDC
切削齒(3)形狀包括勺形齒、楔形齒、錐...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭光亮，范誠，袁波，包澤軍，祝效華，
申請(專利權)人：西南石油大學，
類型：新型
國別省市：四川;51