CN105804660B - 一种取心pdc钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于PDC钻头技术领域，公开了一种取心PDC钻头，用于解决现有PDC钻头因岩屑尺寸较小不能满足地质上对岩石信息进行鉴定要求的问题。本发明包括钻头基体，所述钻头基体上设置有刀翼，所述刀翼上布置PDC切削齿，相邻刀翼之间设置有排屑槽，所述钻头基体的中心区域设置有钻进时用于岩心进入的第一通孔，所述钻头基体上还设置有折断通孔和第二通孔，所述折断通孔的两端分别与第一通孔和第二通孔连通；所述折断通孔与第一通孔之间具有倾斜角度，所述第二通孔的出口位置位于远离刀翼端的钻头基体上；所述折断通孔和第二通孔的直径大于第一通孔的直径。
Description
技术领域
本发明属于PDC钻头技术领域，具体涉及一种取心PDC钻头。
背景技术
PDC（聚金刚石复合片）钻头广泛应用于石油、地质领域的一种钻头，其具有较高的硬度、耐磨性和使用寿命。PDC钻头破岩石的主要方式是切屑岩石，由于其一般具有3-7个刀翼，十几个复合片，岩石又是不均质的，因此PDC钻头在工作时存在剧烈的横向振动，削弱了破碎岩石的效率。为了抑制钻头的横向振动，部分钻头强化了保径结构，使保径结构的直径比钻头的直径略大，保径结构域井壁大面积紧密接触，从而有效抑制了横向振动。
现有技术中关于PDC的技术文献也较多，例如申请号为20142008408.2的专利公开了一种PDC钻头，包括圆柱形钻头体和设置在钻头体上的刀翼和喷嘴，刀翼包括上刀翼和位于上刀翼下方的下刀翼，上刀翼上设置有切屑齿，相邻两个下刀翼形成的沟道与钻头体的中轴线之间的夹角大于5度小于35度。
申请号为201420087416.7的专利公开了一种高效率PDC钻头，包括钻头体、均匀设置在钻头体上的6个刀翼、钻头体上端的喷嘴和钻头体下端的连接件，刀翼包括上刀翼和位于上刀翼下端的下刀翼，上刀翼上设置有两排切屑齿，每排切屑齿均有4个切屑齿，上刀翼与下刀翼不平行。
申请号为201420508187.1的专利公开了一种PDC钻头，包括组那头基体、流道、喷嘴孔、刀翼和切屑齿，刀翼设置在钻头基体上，刀翼包括切屑部和保径部，刀翼的切屑部上设置有切屑齿，保径部与切屑部相连接；两个刀翼之间构成流道，喷嘴孔设置在钻头基体上，还包括保径齿和保径平躺齿，保径齿及保径平躺齿设置在保径部上；切屑齿主体为圆柱形，一端为圆弧面另一端为平面，切屑齿横向设置在刀翼的两端，平面一端朝向刀翼的外侧，圆弧面一端朝向刀翼的内侧，并部分潜入刀翼内；切屑齿焊接在刀翼上；还包括减震齿，减震齿为硬质合金，减震齿镶嵌在刀翼的侧面；保径齿设置在保径部的前端，保径齿的形状及安装方式与切屑齿相同；保径平躺齿设置在保径部的侧面；保径平躺齿为圆柱形，其一端面为圆弧面，另一端面为平面，保径平躺齿的纵向轴线与保径齿部的侧面垂直，保径平躺齿的圆弧面朝向保径的外侧，平面端镶嵌保径部内部。
申请号为201520075329.4的专利公开了一种定位型PDC钻头，包括底座以及设置在底座上的钻头主体，钻头主体设置在底座上端并向上凸起，钻头主体上还设置有若干个复合片以及一个定位片，复合片排列设置在钻头主体的上端面同一侧的侧边上，任意两个钻头主体均不相互接触；钻头主体的数量为5个，5个钻头主体中的一个断头主体延伸至底座的中心轴位置处，定位片设置在该延伸至底座中心轴位置处的钻头主体，且该定位片的设置位置与底座的中心轴重合；定位片的设置高度高于位置最高的复合片2-3mm；底座上还设置有排杂孔，排杂孔的数量为5个，在两个相邻的钻头主体之间设置一排杂孔。
在地层较硬的情况下，一般不使用牙轮钻头，因为牙轮钻头机械钻速慢、寿命短，常常导致额外的起小钻作业，增加钻井时间和作业费用。因此，对于地层较硬的地方，通常采用机械钻速较快的PDC钻头，以提高钻井速度。但是常规PDC钻头存在钻出的岩屑尺寸较小的问题，不能满足地质上对岩石信息进行鉴定的要求，因此，为了获取符合地质要求的岩屑，有时不得不在地层较硬的情况下仍然使用牙轮钻头。
针对该问题，申请号为200910009190.2的专利公开了一种微取心PDC钻头，主要由钻头基体、刀翼、PDC切屑齿、喷嘴、流道和排屑槽组成，喷嘴安装在钻头基体上，刀翼固定在钻头基体上，PDC切屑齿布置在刀翼上，钻头中心区域没有布置PDC切削齿，钻头基体中心区域有一个允许钻头钻进时形成的微岩心进入的凹槽，该凹槽的一个侧面为斜平面，微岩心进入凹槽后与斜平面接触，与凹槽平滑连接为一体的大流道比其他流道深，大流道的轴向尺寸是随着钻头径向尺寸的增大而增大的，斜平面对着大流道；排屑槽在钻头径向上的宽度大于微岩心的直径。
虽然该微取心PDC钻头在钻进的过程中能够形成微心岩，但是微心岩断裂后在重力的作用下会下落，下落的过程中由于PDC钻头高速的旋转会破损微心岩，还是不能获得比较完成的微心岩，不能满足地质上对岩石信息进行鉴定的要求。
发明内容
本发明为了解决现有PDC钻头因岩屑尺寸较小不能满足地质上对岩石信息进行鉴定要求的问题；而提供一种取心PDC钻头，能够获取到满足地质上对岩石信息进行鉴定要求的岩屑。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种取心PDC钻头，包括钻头基体，所述钻头基体上设置有刀翼，所述刀翼上布置PDC切削齿，相邻刀翼之间设置有排屑槽，其特征在于，所述钻头基体的中心区域设置有钻进时用于岩心进入的第一通孔，所述钻头基体上还设置有折断通孔和第二通孔，所述折断通孔的两端分别与第一通孔和第二通孔连通；所述折断通孔与第一通孔之间具有倾斜角度，所述第二通孔的出口位置位于远离刀翼端的钻头基体上；所述折断通孔和第二通孔的直径大于第一通孔的直径。
所述折断通孔和第二通孔为弧形通孔。
所述钻头基体上还设置有保径齿，所述第二通孔的出口位于远离保径齿的钻头基体上。
所述钻头基体还连接有保径短节；所述保径短节的下方设置有标准扣，所述钻头基体的上端设置有与标准扣相互适配的公扣。
所述钻头基体上开设有喷流孔，所述喷流孔倾斜的设置在钻头基体上。
所述喷流孔倾斜的方向与钻头基体旋转的方向相反。
每个刀翼上设置有第一切削齿排和第二切削齿排，第一切削齿排和第二切削齿排上的切削齿的出露高度不同。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的取心PDC钻头，包括钻头基体，所述钻头基体上设置有刀翼，所述刀翼上布置PDC切削齿，相邻刀翼之间设置有排屑槽，所述钻头基体的中心区域设置有钻进时用于岩心进入的第一通孔，所述钻头基体上还设置有折断通孔和第二通孔，所述折断通孔的两端分别与第一通孔和第二通孔连通；所述折断通孔与第一通孔之间具有倾斜角度，所述第二通孔的出口位置位于远离刀翼端的钻头基体上；所述折断通孔和第二通孔的直径大于第一通孔的直径。当在钻进的过程中，钻头基体中心区域的岩层不会被刀翼上的切削齿切削，在挤压的作用下岩层进入第一通孔内，然后进入到折断通孔内，由于折断通孔与第一通孔之间具有倾斜角度因此在挤压的过程中岩层被折断，在后续岩层的持续挤压作用下，折断的岩层经第二通孔排除进而排除井眼；本发明的取心钻头获得的岩心（岩层）在折断后不会受到刀翼和切屑齿的破碎作用，因此能够获得较大尺寸的岩心，满足地质上对岩石信息进行鉴定的要求。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构示意图；
图2是本发明另一实施例的结构示意图；
图3是本发明的第一通孔、折断通孔和第二通孔在钻头基体上的结构示意图；
图中标记：1、钻头基体，2、刀翼，3、第一切削齿排，4、第二切削齿排，5、排屑槽，6、第一通孔，7、保径齿，8、公扣，9、喷流孔，10、保径结构，11、保径节，12、标准扣，13、折断通孔，14、第二通孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
结合附图，本发明的取心PDC钻头，包括钻头基体1，所述钻头基体1上设置有刀翼2，所述刀翼2上布置PDC切削齿，相邻刀翼2之间设置有排屑槽5，所述钻头基体1的中心区域设置有钻进时用于岩心进入的第一通孔6，所述钻头基体1上还设置有折断通孔13和第二通孔14，所述折断通孔13的两端分别与第一通孔6和第二通孔14连通；所述折断通孔13与第一通孔6之间具有倾斜角度，所述第二通孔14的出口位置位于远离刀翼2端的钻头基体1上；所述折断通孔13和第二通孔14的直径大于第一通孔6的直径。当在钻进的过程中，钻头基体中心区域的岩层不会被刀翼上的切削齿切削，在挤压的作用下岩层进入第一通孔内，然后进入到折断通孔内，由于折断通孔与第一通孔之间具有倾斜角度因此在挤压的过程中岩层被折断，在后续岩层的持续挤压作用下，折断的岩层经第二通孔排除进而排除井眼；本发明的取心钻头获得的岩心（岩层）在折断后不会受到刀翼和切屑齿的破碎作用，因此能够获得较大尺寸的岩心，满足地质上对岩石信息进行鉴定的要求。
作为本发明一种选择的方式，为了便于岩心的排除，所述折断通孔13和第二通孔14为弧形通孔，优选地，第二通孔的直径大于折断通孔13的直径。
所述钻头基体1上还设置有保径齿7，所述第二通孔14的出口位于远离保径齿7的钻头基体1上。即是说本发明的第二通孔的出口位置高于保径齿7的安装位置（本发明的方向是从钻杆的方向朝向PDC钻头的方向查看，即从井口的方向朝向井底的方向查看）。
结合图2，本发明的钻头基体1还连接有保径短节11；所述保径短节11的下方设置有标准扣12，所述钻头基体1的上端设置有与标准扣12相互适配的公扣8。其中标注扣12可以采用API标准扣，公扣8采用API公扣。本发明通过设置一个保径节11能够起到纠偏的作用，提高井眼钻进的质量。其中，保径节11上还设置有保径结构10。
本发明的钻头基体1上开设有喷流孔9，所述喷流孔9倾斜的设置在钻头基体1上；所述喷流孔9倾斜的方向与钻头基体1旋转的方向相反，使得本发明的喷流孔在喷出的高压水能够朝向刀翼上喷出，进而对刀翼上覆盖的岩层进行冲击，便于及时排除岩屑。
作为本发明一种优选的方式，每个刀翼2上设置有第一切削齿排3和第二切削齿排4，第一切削齿排3和第二切削齿排4上的切削齿的出露高度不同。通过这种结构设计，能够在保证钻进速度的同时提高排屑槽的宽度，从而提高排屑的速度。其中，排屑槽9的截面从钻头基体1的端朝向PDC切削齿端逐渐增大。
实施例一
本实施例的取心PDC钻头，包括钻头基体，所述钻头基体上设置有刀翼，所述刀翼上布置PDC切削齿，相邻刀翼之间设置有排屑槽，所述钻头基体的中心区域设置有钻进时用于岩心进入的第一通孔，所述钻头基体上还设置有折断通孔和第二通孔，所述折断通孔的两端分别与第一通孔和第二通孔连通；所述折断通孔与第一通孔之间具有倾斜角度，所述第二通孔的出口位置位于远离刀翼端的钻头基体上；所述折断通孔和第二通孔的直径大于第一通孔的直径。
实施例二
本实施例的取心PDC钻头，包括钻头基体，所述钻头基体上设置有刀翼，所述刀翼上布置PDC切削齿，相邻刀翼之间设置有排屑槽，所述钻头基体的中心区域设置有钻进时用于岩心进入的第一通孔，所述钻头基体上还设置有折断通孔和第二通孔，所述折断通孔的两端分别与第一通孔和第二通孔连通；所述折断通孔与第一通孔之间具有倾斜角度，所述第二通孔的出口位置位于远离刀翼端的钻头基体上；所述折断通孔和第二通孔的直径大于第一通孔的直径；所述折断通孔和第二通孔为弧形通孔。
实施例三
在实施例一或实施例二的基础之上，所述钻头基体上还设置有保径齿，所述第二通孔的出口位于远离保径齿的钻头基体上。
实施例四
在上述任一实施例的基础之上，所述钻头基体还连接有保径短节；所述保径短节的下方设置有标准扣，所述钻头基体的上端设置有与标准扣相互适配的公扣。
实施例五
在上述任一实施例的基础之上，所述钻头基体上开设有喷流孔，所述喷流孔倾斜的设置在钻头基体上。
实施例六
在实施例五的基础之上，所述喷流孔倾斜的方向与钻头基体旋转的方向相反。
实施例七
在上述任一实施例的基础之上，每个刀翼上设置有第一切削齿排和第二切削齿排，第一切削齿排和第二切削齿排上的切削齿的出露高度不同。
Claims (4)
1.一种取心PDC钻头，包括钻头基体，所述钻头基体上设置有刀翼，所述刀翼上布置PDC切削齿，相邻刀翼之间设置有排屑槽，其特征在于，所述钻头基体的中心区域设置有钻进时用于岩心进入的第一通孔，所述钻头基体上还设置有折断通孔和第二通孔，所述折断通孔的两端分别与第一通孔和第二通孔连通；所述折断通孔与第一通孔之间具有倾斜角度，所述第二通孔的出口位置位于远离刀翼端的钻头基体上；所述折断通孔和第二通孔的直径大于第一通孔的直径；所述折断通孔和第二通孔为弧形通孔；所述钻头基体上还设置有保径齿，所述第二通孔的出口位于远离保径齿的钻头基体上；所述钻头基体还连接有保径短节；所述保径短节的下方设置有标准扣，所述钻头基体的上端设置有与标准扣相互适配的公扣。
2.根据权利要求1所述的取心PDC钻头，其特征在于，所述钻头基体上开设有喷流孔，所述喷流孔倾斜的设置在钻头基体上。
3.根据权利要求2所述的取心PDC钻头，其特征在于，所述喷流孔倾斜的方向与钻头基体旋转的方向相反。
4.根据权利要求1所述的取心PDC钻头，其特征在于，每个刀翼上设置有第一切削齿排和第二切削齿排，第一切削齿排和第二切削齿排上的切削齿的出露高度不同。
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