CN109630025A - 一种异形齿pdc钻头 - Google Patents

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Abstract

一种异形齿PDC钻头，属于一种石油、地质用的回转钻进钻头，特别涉及一种异形齿特殊结构的钻头。它包括钻头本体和接头，钻头本体由多个刀翼和规径组成，在刀翼上还钎焊PDC异形齿，PDC异形齿是在基体上设置金刚石层，金刚石层垂直于各自的法线方向设置；金刚石层形成有前隆棱脊和后隆棱脊以及尖角。本发明具有的有益效果是：PDC异形齿的金刚石层垂直于各自的法线方向安装，使得金刚石层可以全部参与切削，钻头具有更强的抗研磨性能，提高钻头寿命；它还改变了金刚石层的受力方式，可以成倍地提高钻头轴向的抗冲击能力，减少了跳钻、顿钻对钻头造成损坏的可能。

Description

一种异形齿PDC钻头
技术领域
本发明属于一种石油、地质用的回转钻进钻头，特别涉及一种异形齿特殊结构的钻头。
背景技术
目前，在石油、地质勘探等领域进行钻井作业中，使用PDC齿作为切削齿的回转钻进钻头(简称PDC钻头)应用很广泛。PDC钻头具有机械钻速高，钻头进尺寿命长等优点。但是也存在以下问题：1、在塑性泥岩、页岩地层钻进中，地层具有很强的塑性，通俗的叫法就是“橡皮地层”，常规PDC钻头和牙轮钻头都不能有效的克服该地层，存在机械钻速极低，甚至完全打不动的情况，目前是一大难点。2、在研磨型极强的石英砂岩地层钻进中，常规PDC钻头上的PDC齿，金刚石层只有30～40％可参与地层切削，导致单只PDC钻头进尺少，多次起下钻，严重影响钻井周期，加大钻井成本。目前在研磨型极强的石英砂岩地层一般采用孕镶钻头钻进，采用孕镶钻头要求配合涡轮钻具使用，由于涡轮钻具要求固相含量低的泥浆，常规泥浆不能满足要求，必须更换泥浆体系，这些都会大量增加钻井成本。
发明内容
本发明要解决的问题就是针对上述现有技术存在的缺点，提供一种既能在塑性泥岩、页岩地层中快速钻进，又能在研磨型砂岩地层钻进中有足够寿命的PDC钻头。其技术方案如下：
它包括钻头本体和接头，钻头本体安装在接头上，钻头本体由多个刀翼和规径组成，刀翼上钎焊PDC齿。其关键技术是在刀翼上还钎焊PDC异形齿，PDC异形齿是在基体上设置金刚石层，金刚石层垂直于各自的法线方向设置；金刚石层左右两侧向下倾斜形成对称斜坡，对称斜坡相交形成中分线，金刚石层前后两侧向下倾斜形成非对称的前倾斜面和后倾斜面，前倾斜面形成快速隆起的前隆棱脊，后倾斜面形成缓慢下降的后隆棱脊，前倾斜面和后倾斜面相交形成棱脊线，中分线与棱脊线相交部位形成尖角。
所述对称斜坡的夹角a为120°～160°。
所述前隆棱脊和后隆棱脊形成夹角b，夹角b为80°～160°。
所述前隆棱脊与地层形成夹角c，夹角c为50°～80°。
所述后隆棱脊与地层形成夹角d，夹角d为10°～40°。
所述夹角c大于夹角d10°～40°
所述PDC异形齿的直径X为10～20mm。
所述棱脊线中点与前隆棱脊的起点的距离Y为3～10mm。
所述钻头刀翼数为4～7刀翼。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、PDC异形齿的金刚石层垂直于各自的法线方向安装，有以下优势：a、金刚石层全部裸露在刀翼表面，使得金刚石层可以全部参与切削，与常规钻头PDC齿金刚石层30％～40％参与切削相比，本发明钻头具有更强的抗研磨性能，提高钻头寿命；b、改变了金刚石层的受力方式，可以成倍地提高钻头轴向的抗冲击能力，减少了跳钻、顿钻对钻头造成损坏的可能。以上优势能保证该PDC钻头在研磨型石英砂岩地层的钻进中有足够的寿命。
2、PDC异形齿的中分线与棱脊线相交部位形成尖角，让该PDC钻头更容易压入地层(在相同钻压下，与常规PDC齿切削地层时截面是圆形相比，PDC异形齿有更大的比压)。
3、PDC异形齿靠前隆棱脊破碎岩石，其截面是尖的，常规PDC齿破碎岩石，其截面是一个圆形平面，显然尖型比平面更容易破坏地层，在塑性泥岩、页岩地层钻进中，有更快的机械钻速。
附图说明：
图1，是本发明结构示意图；
图2，是图1A向视图；
图3，是本发明PDC异形齿结构示意图；
图4，是图3B向视图；
图5，是图4C向视图；
图6，是图4D向视图；
图7，是本发明PDC异形齿工作状态示意图；
图8，是本发明PDC异形齿法线位置图。
具体实施方式：
参见图1～图8，本发明包括钻头本体和接头4，钻头本体安装在接头4上，钻头本体由多个刀翼5和规径3组成，刀翼5上钎焊PDC齿2。其关键技术是在刀翼5上还钎焊PDC异形齿1，PDC异形齿1是在基体1.2上设置金刚石层1.1，金刚石层1.1垂直于各自的法线1.9方向设置；金刚石层1.1左右两侧向下倾斜形成对称斜坡1.7，对称斜坡相交形成中分线1.8，金刚石层1.1前后两侧向下倾斜形成非对称的前倾斜面和后倾斜面，前倾斜面形成快速隆起的前隆棱脊1.4，后倾斜面形成缓慢下降的后隆棱脊1.6，前倾斜面和后倾斜面相交形成棱脊线1.5，中分线1.8与棱脊线1.5相交部位形成尖角1.3。
所述对称斜坡1.7的夹角a为120°～160°。
所述前隆棱脊1.4和后隆棱脊1.6形成夹角b，夹角b为80°～160°。
所述前隆棱脊1.4与地层6形成夹角c，夹角c为50°～80°。
所述后隆棱脊1.6与地层6形成夹角d，夹角d为(180°-b°-c°)，一般10°～40°。
所述夹角c大于夹角d10°～40°
所述PDC异形齿1的直径X为10～20mm。
所述棱脊线1.5中点与前隆棱脊1.4的起点的距离Y为3～10mm。
所述钻头刀翼数为4～7刀翼。
图7中箭头方向是钻头的切削方向。

Claims (9)

1.一种异形齿PDC钻头，包括钻头本体和接头(4)，钻头本体安装在接头(4)上，钻头本体由多个刀翼(5)和规径(3)组成，刀翼(5)上钎焊PDC齿(2)，其特征是在刀翼(5)上还钎焊PDC异形齿(1)，PDC异形齿(1)是在基体(1.2)上设置金刚石层(1.1)，金刚石层(1.1)垂直于各自的法线(1.9)方向设置；金刚石层(1.1)左右两侧向下倾斜形成对称斜坡(1.7)，对称斜坡相交形成中分线(1.8)，金刚石层(1.1)前后两侧向下倾斜形成非对称的前倾斜面和后倾斜面，前倾斜面形成快速隆起的前隆棱脊(1.4)，后倾斜面形成缓慢下降的后隆棱脊(1.6)，前倾斜面和后倾斜面相交形成棱脊线(1.5)，中分线(1.8)与棱脊线(1.5)相交部位形成尖角(1.3)。
2.根据权利要求1所述一种异形齿PDC钻头，其特征是对称斜坡(1.7)的夹角a为120°～160°。
3.根据权利要求1所述一种异形齿PDC钻头，其特征是前隆棱脊(1.4)和后隆棱脊(1.6)形成夹角b，夹角b为80°～160°。
4.根据权利要求1所述一种异形齿PDC钻头，其特征是前隆棱脊(1.4)与地层(6)形成夹角c，夹角c为50°～80°。
5.根据权利要求1所述一种异形齿PDC钻头，其特征是后隆棱脊(1.6)与地层(6)形成夹角d，夹角d为10°～40°。
6.根据权利要求4或5所述一种异形齿PDC钻头，其特征是夹角c大于夹角d10°～40°。
7.根据权利要求1所述一种异形齿PDC钻头，其特征是PDC异形齿(1)的直径X为10～20mm。
8.根据权利要求1所述一种异形齿PDC钻头，其特征是棱脊线(1.5)中点与前隆棱脊(1.4)的起点的距离Y为3～10mm。
9.根据权利要求1所述一种异形齿PDC钻头，其特征是钻头刀翼数为4～7刀翼。
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