CN104358522A - 适应于页岩气井页岩地层钻进的pdc钻头 - Google Patents

适应于页岩气井页岩地层钻进的pdc钻头 Download PDF

Info

Publication number
CN104358522A
CN104358522A CN201410618305.9A CN201410618305A CN104358522A CN 104358522 A CN104358522 A CN 104358522A CN 201410618305 A CN201410618305 A CN 201410618305A CN 104358522 A CN104358522 A CN 104358522A
Authority
CN
China
Prior art keywords
drill bit
cutting teeth
section
inner cone
shale
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410618305.9A
Other languages
English (en)
Inventor
贺庆
王彦祺
沈建中
王洪亮
印中华
曹建山
汪琼
赵丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Petroleum and Chemical Corp
Original Assignee
China Petroleum and Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Petroleum and Chemical Corp filed Critical China Petroleum and Chemical Corp
Priority to CN201410618305.9A priority Critical patent/CN104358522A/zh
Publication of CN104358522A publication Critical patent/CN104358522A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/42—Rotary drag type drill bits with teeth, blades or like cutting elements, e.g. fork-type bits, fish tail bits
    • E21B10/43—Rotary drag type drill bits with teeth, blades or like cutting elements, e.g. fork-type bits, fish tail bits characterised by the arrangement of teeth or other cutting elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/60—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids

Abstract

本发明涉及页岩气的钻探设备，具体是一种适应于页岩气井页岩地层钻进的PDC钻头。该钻头包括有一个具有多个刀翼的冠部，所述冠部的回转轮廓线是由钻头冠部内凹的中心沿内锥向外延伸的内锥段、由内锥边缘延伸至外侧保径段的圆弧段以及直线轮廓的保径段这三段组成，其中圆弧段由多段不同半径圆弧组合而成，圆弧半径由内至外逐渐增大；在这三段轮廓上分布有切削齿。本发明能够适应页岩地层的钻进作业，并且钻进效率高、使用寿命长。

Description

适应于页岩气井页岩地层钻进的PDC钻头
技术领域
本发明涉及页岩气的钻探设备，具体是一种适应于页岩气井页岩地层钻进的PDC钻头。
背景技术
页岩气资源作为常规油气资源的有效接替资源近年来备受重视，但在页岩气井实际钻井，尤其是页岩地层钻进过程中由于欠缺针对性PDC钻头，造成钻井效率低下，并严重影响页岩气的高效勘探开发。由于页岩地层普遍存在地层古老、抗压强度高，页岩中硅质、碳质含量高、甚至硅质条带大片发育的特点。常规PDC钻头无法单纯以剪切方式破碎岩石，而是以碾压、磨削及剪切等多种破岩方式工作，尤其是在钻遇硅质条带的时候，造成钻头锥顶和肩部的切削齿容易产生碎裂和先期磨损，失去破岩作用，从而影响了钻头使用寿命，无法取得理想机械钻速和进尺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够适应页岩地层的钻进作业，并且钻进效率高、使用寿命长的适应于页岩气井页岩地层钻进的PDC钻头。
本发明适应于页岩气井页岩地层钻进的PDC钻头包括有一个具有多个刀翼的冠部，所述冠部的回转轮廓线是由钻头冠部内凹的中心沿内锥向外延伸的内锥段、由内锥边缘延伸至外侧保径段的圆弧段以及直线轮廓的保径段这三段组成，其中圆弧段由多段不同半径圆弧组合而成，圆弧半径由内至外逐渐增大；在这三段轮廓上分布有切削齿。
所述切削齿在所述内锥段和保径段均匀分布，所述圆弧段布齿密度随圆弧半径的增大而增大。
所述切削齿的负切削角度数在内锥段为-15°，在圆弧段随圆弧半径的增大由-16°逐渐变至-19°，在保径段为-20°。
所述圆弧段的切削齿由成对设置的主切削齿和副切削齿组成，其中主切削齿直径大于负切削齿直径，主、副切削齿的露出高度差为主、副切削齿直径差的1/2，每一对主、副切削齿都在以钻头冠部中心为圆心的同一直径的圆上，且负切削角相同。
各刀翼中段之间设有可换喷嘴，距冠部中心最近的切削齿前设有一个不可换喷嘴，可换喷嘴直径大于不可换喷嘴直径。
本发明的有益效果在于，内锥段至保径段受力均衡，负切削角和布齿密度合适，保证了该部位切削齿可以均匀有效吃入地层，破碎岩石，避免了由于反复碾压、磨削造成的切削齿先期损坏；同时副切削齿的设置一方面避免了钻头钻遇硅质条带等高硬度地层由于钻压加载过大造成的切削齿局部受力过大而碎裂；另一方面在主切削齿损坏的情况下，代替主切削齿破岩。与常规PDC钻头相比较，本发明通过多种技术手段提高了钻头的使用寿命，增加了单只PDC钻头的综合使用效益。
附图说明
图1是本发明的端面结构示意图；
图2是本发明的冠部一半的轮廓线示意图。
具体实施方式
如图1所示，该PDC钻头包括有一个具有多个刀翼1的冠部2；如图2所示，所述冠部的回转轮廓线由三段组成：由钻头冠部内凹的中心沿内锥向外延伸的内锥段3、由内锥边缘延伸至外侧保径段的圆弧段4以及直线轮廓的保径段5；其中圆弧段4由多段不同半径圆弧组合而成，圆弧半径由内至外逐渐增大，从结构上保证了钻头受力均衡变化，避免了局部齿过分受力；在这三段轮廓上分布有切削齿6。
切削齿6在内锥段3和保径段4均匀分布，圆弧段布齿密度随圆弧半径的增大而增大。根据钻头不同部位切削作用力大小的不同，调整布齿密度，保证钻头均匀磨损。
切削齿6的负切削角度数在内锥段3为-15°，在圆弧段4随圆弧半径的增大由-16°逐渐变至-19°，在保径段5为-20°。冠部中心至内锥的负切削角较锐利，可以加速破碎中心部位岩石，圆弧段负切削角随圆弧半径变化保证每个切削齿在能有效吃入地层的前提下，受力均匀。
圆弧段4的切削齿6由成对设置的主切削齿61和副切削齿62组成，其中主切削齿直径大于负切削齿直径，主、副切削齿的露出高度差为主、副切削齿直径差的1/2，每一对主、副切削齿都在以钻头冠部中心为圆心的同一直径的圆上，且负切削角相同。一方面避免了钻头钻遇硅质条带等高硬度地层由于钻压加载过大造成的切削齿局部受力过大而碎裂；另一方面在主切削齿损坏的情况下，代替主切削齿破岩。
各刀翼1中段之间设有可换喷嘴7，距冠部中心最近的切削齿前设有一个不可换喷嘴8，可换喷嘴直径大于不可换喷嘴直径。保证钻头破岩的几个关键部位及时冷却，并充分携岩。

Claims (5)

1.一种适应于页岩气井页岩地层钻进的PDC钻头，包括有具有多个刀翼（1）的冠部（2）；所述冠部的回转轮廓线由三段组成：由钻头冠部内凹的中心沿内锥向外延伸的内锥段（3）、由内锥边缘延伸至外侧保径段的圆弧段（4）以及直线轮廓的保径段（5）；其特征是：圆弧段（4）由多段不同半径圆弧组合而成，圆弧半径由内至外逐渐增大；在这三段轮廓上分布有切削齿（6）。
2.根据权利要求1所述的适应于页岩气井页岩地层钻进的PDC钻头，其特征是：切削齿（6）在内锥段（3）和保径段（4）均匀分布，圆弧段（4）布齿密度随圆弧半径的增大而增大。
3.根据权利要求1所述的适应于页岩气井页岩地层钻进的PDC钻头，其特征是：切削齿（6）的负切削角度数在内锥段（3）为-15°，在圆弧段（4）随圆弧半径的增大由-16°逐渐变至-19°，在保径段（5）为-20°。
4.根据权利要求1所述的适应于页岩气井页岩地层钻进的PDC钻头，其特征是：圆弧段（4）的切削齿（6）由成对设置的主切削齿（61）和副切削齿（62）组成，其中主切削齿直径大于负切削齿直径，主、副切削齿的露出高度差为主、副切削齿直径差的1/2，每一对主、副切削齿都在以钻头冠部中心为圆心的同一直径的圆上，且负切削角相同。
5.根据权利要求1所述的适应于页岩气井页岩地层钻进的PDC钻头，其特征是：各刀翼（1）中段之间设有可换喷嘴（7），距冠部中心最近的切削齿前设有一个不可换喷嘴（8），可换喷嘴直径大于不可换喷嘴直径。
CN201410618305.9A 2014-11-06 2014-11-06 适应于页岩气井页岩地层钻进的pdc钻头 Pending CN104358522A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410618305.9A CN104358522A (zh) 2014-11-06 2014-11-06 适应于页岩气井页岩地层钻进的pdc钻头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410618305.9A CN104358522A (zh) 2014-11-06 2014-11-06 适应于页岩气井页岩地层钻进的pdc钻头

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104358522A true CN104358522A (zh) 2015-02-18

Family

ID=52525819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410618305.9A Pending CN104358522A (zh) 2014-11-06 2014-11-06 适应于页岩气井页岩地层钻进的pdc钻头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104358522A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108463609A (zh) * 2015-12-18 2018-08-28 史密斯国际有限公司 非平面切削元件的放置
CN113404436A (zh) * 2021-07-29 2021-09-17 东北石油大学 一种适用于软硬夹层的定向双齿自平衡pdc钻头

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6298930B1 (en) * 1999-08-26 2001-10-09 Baker Hughes Incorporated Drill bits with controlled cutter loading and depth of cut
US20090145663A1 (en) * 2007-12-10 2009-06-11 Smith International, Inc. Drill Bit Having Enhanced Stabilization Features
CN201292773Y (zh) * 2008-11-03 2009-08-19 中国石油集团长城钻探工程有限公司 一种用于软硬交互地层钻进的pdc钻头
CN101611213A (zh) * 2006-12-07 2009-12-23 贝克休斯公司 具有导向切削件结构的旋转刮刀钻头以及利用所述旋转刮刀钻头使地下岩层预破碎的方法
CN101672163A (zh) * 2008-09-09 2010-03-17 中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院 适应于钻高研磨性地层的pdc钻头
CN101688434A (zh) * 2007-05-30 2010-03-31 霍利贝顿能源服务公司 带有具有改进的可操纵性和降低的磨损的保径垫的旋转钻头
CN201546625U (zh) * 2009-11-09 2010-08-11 成都迪普金刚石钻头有限责任公司 防止泥包的负切削角pdc钻头
US20100224417A1 (en) * 2009-03-03 2010-09-09 Baker Hughes Incorporated Hybrid drill bit with high bearing pin angles
CN201778659U (zh) * 2010-07-28 2011-03-30 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 适应复杂地层的pdc钻头
CN201874472U (zh) * 2010-11-26 2011-06-22 周东 一种双排齿pdc钻头
CN202338205U (zh) * 2011-10-21 2012-07-18 山东陆海石油装备有限公司 一种新型pdc钻头
CN202401970U (zh) * 2011-11-01 2012-08-29 上海中盟石油天然气有限公司 一种上行破阻pdc钻头
CN202970487U (zh) * 2012-02-26 2013-06-05 袁淑英 一种长保径双向钻进pdc钻头
CN103343667A (zh) * 2013-07-16 2013-10-09 江汉石油钻头股份有限公司 一种齿穴防冲蚀钢体pdc钻头
CN203420640U (zh) * 2013-09-13 2014-02-05 廊坊市鼎鑫联拓工贸有限公司 一种带有加长型喷嘴的pdc钻头
CN203515332U (zh) * 2013-10-24 2014-04-02 河北锐石钻头制造有限公司 一种塑性地层用pdc钻头
CN203669757U (zh) * 2014-01-13 2014-06-25 中国石油化工股份有限公司 适应于多种岩性及硬度地层的pdc钻头
CN204212697U (zh) * 2014-11-06 2015-03-18 中国石油化工股份有限公司 适应于页岩气井页岩地层钻进的pdc钻头

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6298930B1 (en) * 1999-08-26 2001-10-09 Baker Hughes Incorporated Drill bits with controlled cutter loading and depth of cut
CN101611213A (zh) * 2006-12-07 2009-12-23 贝克休斯公司 具有导向切削件结构的旋转刮刀钻头以及利用所述旋转刮刀钻头使地下岩层预破碎的方法
CN101688434A (zh) * 2007-05-30 2010-03-31 霍利贝顿能源服务公司 带有具有改进的可操纵性和降低的磨损的保径垫的旋转钻头
US20100163312A1 (en) * 2007-05-30 2010-07-01 Shilin Chen Rotary Drill Bits with Gage Pads Having Improved Steerability and Reduced Wear
US20090145663A1 (en) * 2007-12-10 2009-06-11 Smith International, Inc. Drill Bit Having Enhanced Stabilization Features
CN101672163A (zh) * 2008-09-09 2010-03-17 中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院 适应于钻高研磨性地层的pdc钻头
CN201292773Y (zh) * 2008-11-03 2009-08-19 中国石油集团长城钻探工程有限公司 一种用于软硬交互地层钻进的pdc钻头
US20100224417A1 (en) * 2009-03-03 2010-09-09 Baker Hughes Incorporated Hybrid drill bit with high bearing pin angles
CN201546625U (zh) * 2009-11-09 2010-08-11 成都迪普金刚石钻头有限责任公司 防止泥包的负切削角pdc钻头
CN201778659U (zh) * 2010-07-28 2011-03-30 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 适应复杂地层的pdc钻头
CN201874472U (zh) * 2010-11-26 2011-06-22 周东 一种双排齿pdc钻头
CN202338205U (zh) * 2011-10-21 2012-07-18 山东陆海石油装备有限公司 一种新型pdc钻头
CN202401970U (zh) * 2011-11-01 2012-08-29 上海中盟石油天然气有限公司 一种上行破阻pdc钻头
CN202970487U (zh) * 2012-02-26 2013-06-05 袁淑英 一种长保径双向钻进pdc钻头
CN103343667A (zh) * 2013-07-16 2013-10-09 江汉石油钻头股份有限公司 一种齿穴防冲蚀钢体pdc钻头
CN203420640U (zh) * 2013-09-13 2014-02-05 廊坊市鼎鑫联拓工贸有限公司 一种带有加长型喷嘴的pdc钻头
CN203515332U (zh) * 2013-10-24 2014-04-02 河北锐石钻头制造有限公司 一种塑性地层用pdc钻头
CN203669757U (zh) * 2014-01-13 2014-06-25 中国石油化工股份有限公司 适应于多种岩性及硬度地层的pdc钻头
CN204212697U (zh) * 2014-11-06 2015-03-18 中国石油化工股份有限公司 适应于页岩气井页岩地层钻进的pdc钻头

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108463609A (zh) * 2015-12-18 2018-08-28 史密斯国际有限公司 非平面切削元件的放置
CN113404436A (zh) * 2021-07-29 2021-09-17 东北石油大学 一种适用于软硬夹层的定向双齿自平衡pdc钻头

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PL2156002T3 (pl) Hybrydowy świder wiertniczy oraz sposób wiercenia
CN204212697U (zh) 适应于页岩气井页岩地层钻进的pdc钻头
CN102022084B (zh) 一种复合式单牙轮钻头
CN104358522A (zh) 适应于页岩气井页岩地层钻进的pdc钻头
WO2019119987A1 (zh) 一种镶齿牙轮混合钻头
CN203669757U (zh) 适应于多种岩性及硬度地层的pdc钻头
CN104110263B (zh) 一种用于tbm的刀盘结构
CN106285490A (zh) 一种牙轮布置在刀翼上的复合钻头
CN106522847A (zh) 具有模块切削齿的pdc钻头
CN104196543A (zh) 一种大直径全断面冲击破碎硬岩的刀盘装置
CN203867472U (zh) 一种pdc钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头
CN103089154A (zh) 一种混合钻头
CN203296701U (zh) 新型内凹钻头
CN203961801U (zh) 三刀翼聚晶金刚石复合片钻头
CN203669752U (zh) 一种石油钻井用六刀翼pdc钻头
CN205477376U (zh) 一种适用于硬夹层钻进的pdc钻头
CN203856407U (zh) 高密度布齿聚晶金刚石复合片钻头
CN203669758U (zh) 一种中硬塑性地层快速钻进pdc钻头
CN203905817U (zh) 一种六刀翼超高机械强度的pdc钻头
CN203716856U (zh) 孕镶pdc跨界钻头
CN203669753U (zh) 一种新型四刀翼pdc钻头
CN203452652U (zh) 一种pdc钻头
CN203961799U (zh) 四刀翼聚晶金刚石复合片钻头
CN202483448U (zh) 一种定心凿岩钻头
CN102364032B (zh) 一种固定切削齿钻头

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150218