CN105275403A - 一种适用于硬地层的犁切型pdc钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于硬地层的犁切型PDC钻头，包括钻头基体、刀翼、切削齿，所述钻头基体上设置至少两个刀翼，相邻刀翼之间设置有排屑槽，所述刀翼上布置切削齿，所述切削齿包括每个刀翼上均设置的锥形PDC齿和聚晶金刚石复合片。聚晶金刚石复合片以后耙角切削岩石，锥形PDC齿则以正前角犁削岩石。锥形PDC齿顶部尖锐，容易吃入岩石，并在井底形成“犁沟”，释放井底岩石内应力，降低岩石强度；聚晶金刚石复合片工作面较大，可以大面积地切削岩石。两种不同结构PDC齿的有机结合，可大大提高钻头的破岩效率，有效解决硬地层钻井速度慢、钻头寿命低等问题，达到提高钻井效率、缩短钻井周期、降低钻井成本的目的。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气钻井用钻头，具体地说是一种适用于硬地层的犁切型PDC钻头。
背景技术
PDC钻头作为一种高效破岩工具，在油气钻井中得到了越来越广泛的应用，其在软到中硬地层中，钻速快，进尺高。然而，在深井和复杂地质条件下的油气钻探工作中，经常钻遇碳酸盐岩、火成岩和变质岩等难钻地层，其强度高，硬度大，可钻性差，研磨性强。采用常规PDC钻头钻进上述地层，PDC切削齿磨损速度较快，导致机械钻速慢，钻头进尺低、寿命短，钻井周期长、成本高。因此，有必要设计一种专门用于硬地层钻井的PDC钻头。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于硬地层的犁切型PDC钻头，能够有效解决深井和复杂地质条件下钻井过程中出现的钻头寿命短、钻进效率低等问题，达到提高钻井效率、缩短钻井周期、降低钻井成本的目的。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种适用于硬地层的犁切型PDC钻头，包括钻头基体、刀翼、切削齿，所述钻头基体上设置至少两个刀翼，相邻刀翼之间设置有排屑槽，所述刀翼上布置切削齿，所述切削齿包括每个刀翼上均设置的锥形PDC齿和聚晶金刚石复合片。
所述聚晶金刚石复合片作为主切削齿以后倾方式布置在刀翼上，后倾角范围7度到13度；锥形PDC齿作为后排齿以前倾方式布置在刀翼上，前倾角范围13度到18度。
所述聚晶金刚石复合片作为主切削齿，按等磨损原则沿井底轮廓线布齿，所述锥形PDC齿作为后排齿，采用与聚晶金刚石复合片同轨或交错的布齿方式。
所述锥形PDC齿与聚晶金刚石复合片交错布齿时，锥形PDC齿的井底切削轨迹位于井底轮廓线上相邻两个聚晶金刚石复合片井底切削轨迹之间。
所述锥形PDC齿与聚晶金刚石复合片同轨布置时，锥形PDC齿的井底切削轨迹与井底轮廓线上其中一个聚晶金刚石复合片井底切削轨迹相同。
所述的锥形PDC齿和聚晶金刚石复合片采用交错布置时，两者在刀翼上的出刃高度相同。
所述锥形PDC齿和聚晶金刚石复合片采用同轨布置时，锥形PDC齿的出刃高度低于聚晶金刚石复合片2mm以下。
所述排屑槽内设有喷嘴，喷嘴镶装于钻头基体上。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的犁切型PDC钻头在钻井过程中，锥形PDC齿以前倾角犁削岩石，由于锥形齿顶部尖锐，容易吃入岩石，在井底形成“犁沟”，能够有效破坏岩石内应力，降低岩石强度；而后，聚晶金刚石复合片以后倾角切削岩石，由于自身工作面较大，可高效破碎岩石，实现快速钻进。
其中锥形PDC齿与聚晶金刚石复合片交错布置时，锥形PDC切削齿首先在岩石表面犁削出沟槽，由于锥形PDC齿破岩工作面较小，在井底轮廓线上相邻的两个锥形PDC齿间形成未破坏岩脊，随后被上述两个锥形PDC齿轨迹之间的聚晶金刚石复合片切削破碎，完成井底的全面碎岩。
其中锥形PDC齿与聚晶金刚石复合片同轨布置时，锥形PDC切削齿首先在岩石表面形成沟槽，随后与其同轨的聚晶金刚石复合片继续沿沟槽切削，使原有沟槽加宽，完成井底的全面碎岩。
该型PDC钻头具有良好的硬地层破岩能力和较高的机械钻速，能够有效解决深井和复杂地质条件下钻井过程中出现的钻头寿命短、钻进效率低等问题，达到提高钻井效率、缩短钻井周期、降低钻井成本的目的。
附图说明
图1为本发明的一种适用于硬地层的犁切型PDC钻头的结构示意图；
图2是锥形PDC齿与聚晶金刚石复合片交错布齿示意图；
图3是锥形PDC齿与聚晶金刚石复合片同轨布齿示意图；
图4是锥形PDC齿与聚晶金刚石复合片交错布齿破岩示意图；
图5是锥形PDC齿与聚晶金刚石复合片同轨布齿破岩示意图。
图中：1-钻头基体；2-刀翼；3-聚晶金刚石复合片；4-锥形PDC切削齿；5-喷嘴；6-排屑槽。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
如图1所示，犁切型PDC钻头，包括：钻头基体1、刀翼2、聚晶金刚石复合片3、锥形PDC齿4、喷嘴5及排屑槽6等部件，刀翼2位于钻头体1上，相邻刀翼2间设置有排屑槽6，排屑槽6内设有喷嘴5，喷嘴5镶装于钻头体1上。刀翼2上布置有若干聚晶金刚石复合片3和锥形PDC齿4，聚晶金刚石复合片3作为主切削齿，按等磨损原则沿井底轮廓线布齿，锥形PDC齿4作为后排齿，采用与聚晶金刚石复合片3同轨或交错的布齿方式。
实施例1
当锥形PDC齿4与聚晶金刚石复合片3交错布置时，如图2所示，锥形PDC齿4的井底切削轨迹位于井底轮廓线上相邻聚晶金刚石复合片3井底切削轨迹之间。所述聚晶金刚石复合片作为刀翼的主切削齿，以后倾方式布置在刀翼上，复合片的后倾角范围7度到13度。所述锥形PDC齿作为刀翼的后排齿，以前倾方式布置在刀翼上，锥形齿的前倾角范围13度到18度。所述的锥形PDC齿和聚晶金刚石复合片采用交错布齿时，两者出刃高度相同。
如图3所示，采用上述布齿方式的犁切型钻头钻进过程中，锥形PDC齿4以正前角犁削岩石，在岩石表面形成沟槽，在井底轮廓线上相邻的两个锥形PDC齿4间形成未破坏岩脊，被上述两个锥形PDC齿4轨迹之间的聚晶金刚石复合片3切削破碎，完成井底的全面碎岩。
实施例2
当锥形PDC齿4与聚晶金刚石复合片3同轨布置时，如图4所示，锥形PDC切削齿4的井底切削轨迹与井底轮廓线上其中一个聚晶金刚石复合片3井底切削轨迹相同。所述聚晶金刚石复合片作为刀翼的主切削齿，以后倾方式布置在刀翼上，复合片的后倾角范围7度到13度。所述锥形PDC齿作为刀翼的后排齿，以前倾方式布置在刀翼上，锥形齿的前倾角范围13度到18度。所述的锥形PDC齿和聚晶金刚石复合片采用同轨布齿时，锥形PDC齿的出刃高度低于聚晶金刚石复合片2mm以下。
如图5所示，采用上述布齿方式的犁切型钻头钻进过程中，锥形PDC齿4以正前角犁削岩石，在岩石表面形成沟槽，聚晶金刚石复合片3以后倾角将剩余岩石切削破碎，使原有沟槽加宽并相连，完成井底的全面碎岩。
犁切型PDC钻头采用了聚晶金刚石复合片与锥形PDC齿的混合设计，利用锥形PDC齿与岩石接触面积小、易吃入岩石的特点，先行破碎岩石，从而改变了井底地应力条件，再利用聚晶金刚石复合片切削面积大、碎岩效率高的特点，完成后续破岩。犁切型PDC钻头能有效解决坚硬地层钻井过程中，钻井速度慢、钻头磨损快、寿命低等问题，到达提高钻井效率、缩短钻井周期、降低钻井成本的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。
Claims (8)
1.一种适用于硬地层的犁切型PDC钻头，包括钻头基体、刀翼、切削齿，所述钻头基体上设置至少两个刀翼，相邻刀翼之间设置有排屑槽，所述刀翼上布置切削齿，其特征在于，所述切削齿包括每个刀翼上均设置的锥形PDC齿和聚晶金刚石复合片。
2.根据权利要求1所述的一种适用于硬地层的犁切型PDC钻头，其特征在于，所述聚晶金刚石复合片作为主切削齿以后倾方式布置在刀翼上，后倾角范围7度到13度；锥形PDC齿作为后排齿以前倾方式布置在刀翼上，前倾角范围13度到18度。
3.根据权利要求1所述的一种适用于硬地层的犁切型PDC钻头，其特征在于，所述聚晶金刚石复合片作为主切削齿，按等磨损原则沿井底轮廓线布齿，所述锥形PDC齿作为后排齿，采用与聚晶金刚石复合片同轨或交错的布齿方式。
4.根据权利要求3所述的一种适用于硬地层的犁切型PDC钻头，其特征在于，所述锥形PDC齿与聚晶金刚石复合片交错布齿时，锥形PDC齿的井底切削轨迹位于井底轮廓线上相邻两个聚晶金刚石复合片井底切削轨迹之间。
5.根据权利要求3所述的一种适用于硬地层的犁切型PDC钻头，其特征在于，所述锥形PDC齿与聚晶金刚石复合片同轨布置时，锥形PDC齿的井底切削轨迹与井底轮廓线上其中一个聚晶金刚石复合片井底切削轨迹相同。
6.根据权利要求3所述的一种适用于硬地层的犁切型PDC钻头，其特征在于，所述的锥形PDC齿和聚晶金刚石复合片采用交错布置时，两者在刀翼上的出刃高度相同。
7.根据权利要求3所述的一种适用于硬地层的犁切型PDC钻头，其特征在于，所述锥形PDC齿和聚晶金刚石复合片采用同轨布置时，锥形PDC齿的出刃高度低于聚晶金刚石复合片2mm以下。
8.根据权利要求3所述的一种适用于硬地层的犁切型PDC钻头，其特征在于，所述排屑槽内设有喷嘴，喷嘴镶装于钻头基体上。
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