CN108661563A - 切削齿含有流体通道的pdc钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种切削齿含有流体通道的PDC钻头；包括钻头本体和切削齿，钻头本体上布置多个切削齿，钻头本体上设置主通道，钻头本体上设置第一流体通道，第一流体通道与主通道连通设置，各切削齿上设置第二流体通道，第二流体通道和第一流体通道连通设置。该切削齿含有流体通道的PDC钻头具有自冷却、自清洗功能，钻头的寿命得到延长，减少起下钻次数和时间，可极大地提高一次下钻的钻井时长和钻井进尺，降低了作业劳动强度，大大降低钻井成本，提高钻井效益。
Description
技术领域
本发明涉及应用于石油天然气钻井领域，特别适合于高温高压井的钻井作业，尤其涉及一种切削齿含有流体通道的PDC钻头。
背景技术
钻井用钻头的失效多源于钻头上复合切削齿的过早磨损或碎裂；复合切削齿的磨损源于机械作用和热效应，二者双重作用的叠加使得钻头后期切削能力显著降低。磨损后的切削齿会出现大的磨损平面，切削边由锐变钝，切割能力下降。根据热应力分析表明，摩擦热最集中的地方在磨损表面的中间，导致热裂纹产生、扩展，进而导致了切削齿的失效，失去钻进能力。为此，提高切削齿的寿命可以有效提高钻头的寿命。同时，在钻井过程中，由于岩屑不能及时有效排走，钻井液和岩屑(泥砂)易形成泥饼包裹在钻头上，俗称泥包，泥包的存在会降低钻头的切削能力，影响钻速。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种切削齿含有流体通道的PDC钻头，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种切削齿含有流体通道的PDC钻头，克服现有技术中存在的切削齿易产生热裂纹、钻头上易形成泥包等问题，该切削齿含有流体通道的PDC钻头具有自冷却、自清洗功能，钻头的寿命延长，减少起下钻次数和时间，可极大地提高一次下钻的钻井时长和钻井进尺，降低了作业劳动强度，大大降低钻井成本，提高钻井效益。
本发明的目的是这样实现的，本发明的实施例提供一种切削齿含有流体通道的PDC钻头；包括钻头本体和切削齿，所述钻头本体上布置多个切削齿，所述钻头本体上设置主通道，所述钻头本体上设置第一流体通道，所述第一流体通道与所述主通道连通设置，各所述切削齿上设置第二流体通道，所述第二流体通道和所述第一流体通道连通设置。
在本发明的一较佳实施方式中，各所述切削齿内设置贯通的切削齿透孔，各所述切削齿透孔的入口端与所述第一流体通道连通设置，各所述切削齿透孔的出口端位于各所述切削齿的切削端，各所述切削齿透孔构成所述第二流体通道。
由上所述，本发明提供的切削齿含有流体通道的PDC钻头具有如下有益效果：
本发明的切削齿含有流体通道的PDC钻头中，设置向切削齿喷射钻井液的第一流体通道和位于切削齿上的第二流体通道，钻井过程中，在压力作用下，部分钻井液通过第一流体通道和第二流体通道流向切削齿的切削端，实现了切削齿的自冷却、自清洗，有效提高切削齿的寿命，进而提高钻头的寿命；自第二流体通道流出的钻井液可以进一步冲刷岩层，改变井底流场，避免钻头泥包的形成，进一步提高钻头寿命，提高钻井速度，减少起下钻次数和时间，极大地提高一次下钻的钻井时长和钻井进尺，降低了作业劳动强度，大大降低钻井成本，提高钻井效益；本发明的切削齿含有流体通道的PDC钻头中，第二流体通道可以根据实际使用需求设置为多种结构形式，有利于推广使用。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明的切削齿含有流体通道的PDC钻头的结构示意图。
图2：为本发明的切削齿含有流体通道的PDC钻头的等轴测示意图。
图3：为本发明的含有圆柱通孔的圆柱形切削齿示意图。
图4：为本发明的含有圆锥通孔的圆柱形切削齿示意图。
图5：为本发明的含有螺旋圆柱通孔的圆柱形切削齿示意图。
图6：为本发明的含有圆柱通孔和流体横槽道的圆柱形切削齿示意图。
图7：为本发明的含有圆柱通孔的尖锥形切削齿示意图。
图8：为本发明的含有V形设置的两个圆柱孔的斧头形切削齿示意图。
图9：为本发明的外壁上设置切削齿外槽道的圆柱形切削齿示意图。
图中：
100、切削齿含有流体通道的PDC钻头；
1、钻头本体；
11、主通道；12、第一流体通道；
2、切削齿；
21、第二流体通道；
211、流体横槽道；
3、水眼。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2所示，本发明提供一种切削齿含有流体通道的PDC钻头100，包括钻头本体1，钻头本体1上设置多个切削齿2，钻头本体1的一端一般通过锥螺纹连接上部钻杆(现有技术)，钻头本体1的另一端沿周向间隔设置多个切削齿组，各切削齿组包括多个沿轴向间隔设置的切削齿2，钻头本体1上还设置水眼3(现有技术，用于钻井过程中向外喷射钻井液)，钻头本体1内设置能与水眼3连通的主通道11(钻头本体1的内腔，其与水眼3连通设置，现有技术)，钻头本体1上设置第一流体通道12，第一流体通道12与主通道11连通设置，各切削齿2上设置第二流体通道21(切削齿流体通道)，第二流体通道21与第一流体通道12连通设置。
本发明的切削齿含有流体通道的PDC钻头中，除了现有技术PDC钻头中设置的钻井液喷射口——水眼外，还设置向切削齿2喷射钻井液的第一流体通道12和位于切削齿上的第二流体通道21，钻井过程中，部分钻井液通过水眼向外喷射，在压力作用下，部分钻井液通过第一流体通道和第二流体通道流向切削齿的切削端，实现了切削齿的自冷却、自清洗，有效提高切削齿的寿命，进而提高钻头的寿命；自第二流体通道21流出的钻井液可以进一步冲刷岩层，改变井底流场，避免钻头泥包的形成，进一步提高钻头寿命，提高钻井速度，减少起下钻次数和时间，极大地提高一次下钻的钻井时长和钻井进尺，降低了作业劳动强度，大大降低钻井成本，提高钻井效益。本发明的切削齿含有流体通道的PDC钻头在“小小”的变化中实现了PDC钻头寿命的提升，体现了大道至简的哲学理念。
进一步，第二流体通道21(切削齿流体通道)可以设置于切削齿2内，也可以设置于切削齿2的外壁上，第二流体通道21(切削齿流体通道)还可以由连接管构成。
第二流体通道21设置于切削齿2内时：各切削齿2内设置贯通的切削齿透孔，各切削齿透孔的入口端与第一流体通道12连通设置，各切削齿透孔的出口端位于各切削齿2的切削端，各切削齿透孔构成第二流体通道21。
根据切削齿2的结构不同，切削齿透孔的结构有所不同，其可以存在多种结构形式，具体包括但不限于以下结构：
如图3所示，各切削齿2为圆柱形切削齿，各切削齿透孔为圆柱通孔。
如图4所示，各切削齿2为圆柱形切削齿，各切削齿透孔为圆锥通孔，各圆锥通孔可以通过改变流体过流截面积大小改变流体压力，进而有效冲刷切屑齿及岩石层。
如图5所示，各切削齿2为圆柱形切削齿，各切削齿透孔为螺旋圆柱通孔，流体通过螺旋圆柱通孔时，可以形成旋流，进而改变流体流速、压力和流场形式，使其达到较佳的冷却和冲洗效果。
如图6所示，各切削齿2为圆柱形切削齿，各切削齿透孔为圆柱通孔，各切削齿的切削端沿径向设置流体横槽道211，圆柱通孔的出口端与流体横槽道211连通设置。流体横槽道211可以使出口端的流体过流面积增大，流体与切削齿或岩层的接触面积加大，可以达到较佳冷却、清洗效果。
如图7所示，各切削齿为尖锥形切削齿，各切削齿透孔为倾斜设置的圆柱通孔，各圆柱通孔的出口端与尖锥形切削齿的顶点呈间隔设置。
如图8所示，各切削齿为斧头形切削齿，各切削齿透孔为呈V形设置的两个圆柱孔，两个圆柱孔的出口端呈间隔设置。
第二流体通道21设置于切削齿2的外壁上时：各切削齿的外壁上设置切削齿外槽道，各第一流体通道的出口端开放且与各切削齿外槽道相对设置，各切削齿外槽道构成前述的第二流体通道21(切削齿流体通道)。该类切削齿及切削齿流体通道结构形式，适用于工况不大恶劣，切削齿可以形成外部流体连通冷却的工况。
在本发明的一具体实施例中，如图9所示，各切削齿为圆柱形切削齿，各切削齿的切削端设置径向贯通的所述切削齿外槽道，各切削齿外槽道的横截面呈圆形设置。
由上所述，本发明提供的切削齿含有流体通道的PDC钻头具有如下有益效果：
本发明的切削齿含有流体通道的PDC钻头中，设置向切削齿喷射钻井液的第一流体通道和位于切削齿上的第二流体通道，钻井过程中，在压力作用下，部分钻井液通过第一流体通道和第二流体通道流向切削齿的切削端，实现了切削齿的自冷却、自清洗，有效提高切削齿的寿命，进而提高钻头的寿命；自第二流体通道流出的钻井液可以进一步冲刷岩层，改变井底流场，避免钻头泥包的形成，进一步提高钻头寿命，提高钻井速度，减少起下钻次数和时间，极大地提高一次下钻的钻井时长和钻井进尺，降低了作业劳动强度，大大降低钻井成本，提高钻井效益；本发明的切削齿含有流体通道的PDC钻头中，第二流体通道可以根据实际使用需求设置为多种结构形式，有利于推广使用。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (2)
1.一种切削齿含有流体通道的PDC钻头；包括钻头本体和切削齿，所述钻头本体上布置多个切削齿，所述钻头本体上设置主通道，其特征在于，所述钻头本体上设置第一流体通道，所述第一流体通道与所述主通道连通设置，各所述切削齿上设置第二流体通道，所述第二流体通道和所述第一流体通道连通设置。
2.如权利要求1所述的切削齿含有流体通道的PDC钻头，其特征在于，各所述切削齿内设置贯通的切削齿透孔，各所述切削齿透孔的入口端与所述第一流体通道连通设置，各所述切削齿透孔的出口端位于各所述切削齿的切削端，各所述切削齿透孔构成所述第二流体通道。
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