CN117536553A - 一种针对强研磨地层的钻头切削结构及pdc钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油矿场机械、油气井建井、地热能源装备技术领域，公开了一种针对强研磨地层的钻头切削结构及PDC钻头，包括A型切削结构和B型切削结构，A型切削结构与钻头内锥部分对应设置，B型切削结构与钻头曲率部分对应设置；A型切削结构和B型切削结构均由前排一体式复合片和后排锥形齿组成；还包括钻头本体，钻头本体上设置有若干刀翼，刀翼上设置有常规独立复合片；A型切削结构和B型切削结构设置在刀翼上；刀翼上设置有前排齿位和后排齿位，前排一体式复合片和后排锥形齿分别设置在前排齿位和后排齿位上。本发明保证较高的破岩效率下进一步提高钻头在强研磨地层中的寿命及进尺，降低钻井成本。
Description
技术领域
本发明涉及石油矿场机械、油气井建井、地热能源装备技术领域，特别是涉及一种针对强研磨地层的钻头切削结构及PDC钻头。
背景技术
在油气井建井及地热能建井过程中，无法避免钻遇石英砂岩、浊积沙、花岗岩等致密强研磨性地层，通常在钻遇该类岩性时，PDC钻头鼻部部分由于其曲率相对较高，且率先接触地层，在近钻端高速冲旋作用下，复合片出刃部分与地层产生局部高温，加速出刃部分附近硬质合金产生热应力加剧磨损速度，也可能因高温导致复合层与硬质合金间的烧结材料软化导致聚晶金刚石复合层脱落，以至于钻头磨损速度过快导致提前失效，因此在多数的失效案例中，鼻肩部环磨现象(即鼻肩部分切削结构过早失去聚晶金刚石复合层后仅金属基体与地层接触，导致基体磨损后出现环状凹槽)最为常见，而在某些钻遇致密强研磨性地层的工况中，钻头的内锥部分也会提前磨损过快导致出芯(即内锥部分切削结构过早失去聚晶金刚石复合层后仅金属基体与地层接触)，最终导致不得不起钻更换钻头，增加建井风险和成本，这极大地制约了在致密强研磨地层中PDC钻头的机械钻速和总进尺量。
针对该问题，现有技术手段主要在钻头某部分降低齿径，通过分段式刀翼增加布齿空间进一步加密布齿密度(刘八仙等人.一种防环切的PDC钻头[P].中国专利：CN116427855A,2023.07.14)，研制非平面聚晶金刚石复合片增加齿面冷却效率降低磨损速度(DiGiovanni,Anthony.Innovative Non-Planar Face PDC Cutters Demonstrate 21％Drilling Efficiency Improvement in Interbedded Shales and Sand.IADC/SPEDrilling Conference and Exhibition,Fort Worth,Texas,USA,March 2014.)，或使用连续聚晶金刚石切削结构，降低全钻头与地层的摩擦面积，防止热磨损现象出现，在现有的各类技术手段中，直接加密布齿密度将有可能降低PDC钻头的破岩效率导致进尺速度能力下降，非平面聚晶金刚石复合片虽能够改善单齿齿面热应力加速磨损的问题，但在整个径向布齿剖面上，齿间暴露出的钻头合金基体面积仍然过多，环磨风险不能够个性化地避免，连续聚晶金刚石复合片钎焊设计虽然能够大大提高钻头进尺能力，但是该设计因完全填充了整个径向布齿剖面导致整个钻头齿间无间隙，进而导致钻头无法形成齿间高应力集中区以提高破岩效率，这样就牺牲了过多进尺速度能力，仅能够在钻头寿命上有一定提高。
在油气井建井和干热岩建井工程中，致密强研磨地层主要包括致密砂岩、大理岩、花岗岩、玄武岩等岩石类别，主要成分为石英、二氧化硅、三氧化二铝、方解石、白云石、长石等，这类岩性几乎不含粘土成分，遇水后粘性较小，在流体通过后能够迅速被冲刷和移除。
切削结构主要包括前排齿和后排齿。前排齿，也称为一排齿，作为钻头破碎地层的主要切削元件，有时单独出现，有时在局部与二排齿组成某种切削结构；后排齿，也称为二排齿，通常以与前排齿同轨的方式以一定的高低差布置于前排齿后侧，目的在于提前致裂地层(后排齿高于前排齿)或控制前排齿的切深(后排齿低于前排齿)，齿形可以是平面齿、球头齿、锥形齿、平头齿等，与前排齿共同组成切削结构。
喷嘴分布在钻头体不同径向位置和周向位置上，钻井冷却流体从喷嘴喷射以冷却齿面，清除齿面岩屑，在前述强研磨地层中，岩屑主要以岩粉的形式出现且粘度较小，能够被迅速移除，几乎不会在齿面形成黏附在聚晶金刚石层上形成保温层，这为本发明所提出含沟槽一体式复合片(加速冷却聚晶金刚石复合层)提供了既成条件。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对强研磨地层的钻头切削结构及PDC钻头，以解决上述现有技术存在的问题，能够通过新型抗研磨提速切削结构灵活放置于钻头内锥部分、鼻部部分、肩部或规径部分，个性化地调整全钻头齿间高应力集中区域大小，在尽可能减少机速牺牲的前提下钻头寿命和进尺能力。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于PDC钻头的切削结构，
包括：A型切削结构和B型切削结构，所述A型切削结构和所述B型切削结构均由前排一体式复合片和后排锥形齿组成；
所述A型切削结构的所述前排一体式复合片和所述后排锥形齿用于设置于PDC钻头的内锥部分，所述B型切削结构的所述前排一体式复合片和所述后排锥形齿用于设置于PDC钻头的曲率部分；
其中，基于所述A型切削结构和所述B型切削结构在所述PDC钻头上分布的数量与地层研磨性强弱的关系，确定所述A型切削结构和所述B型切削结构在所述PDC钻头上分布的数量。
优选的，所述前排一体式复合片的截面为长方形，所述长方形的宽为L2，所述长方形的高为H2+H3，所述前排一体式复合片的齿面上开设有沟槽，所述沟槽与求差工具体对应设置，所述求差工具体的截面底部长度为L1，所述求差工具体的截面高度为H1，H1≤H2/2，L1≤1/6×L2，L2的长度为13.44mm-25mm。
优选的，所述求差工具体的截面与所述长方形之间设置有夹角α1和夹角α2，所述夹角α1、所述夹角α2为0°-90°。
优选的，所述A型切削结构中所述前排一体式复合片上设置有点i1和点i2，所述点i1和所述点i2之间曲线无曲率；所述B型切削结构中所述前排一体式复合片上设置有点i3和点i4，所述点i3和所述点i4之间设置有曲率，且所述点i3和所述点i4之间的曲率与钻头上曲率部位的曲率一致。
优选的，所述前排一体式复合片的高度小于所述后排锥形齿的高度。
一种针对强研磨地层的PDC钻头，
包括钻头本体，所述钻头本体上设置有若干刀翼和若干喷嘴组8，所述刀翼上设置有常规独立复合片；
所述A型切削结构和所述B型切削结构设置在所述刀翼上；
所述刀翼上设置有前排齿位和后排齿位，所述前排一体式复合片和所述后排锥形齿分别设置在所述前排齿位和所述后排齿位上。
优选的，刀翼径向线与前排齿位径向布齿线之间形成前排齿出刃高度ΔL1，所述前排齿位径向布齿线和后排齿位径向布齿线之间形成前后排齿高低差ΔL2，0＜ΔL2/ΔL1≤0.5。
优选的，所述前排齿位径向布齿线和所述后排齿位径向布齿线中，l1为所述后排锥形齿的中心轴线，l1 1、l1 2为l1的变体，l1、l1 1、l1 2与所述前排齿位径向布齿线相交并垂直，若所述前排齿位径向布齿线具有曲率，则l1、l1 1、l1 2与交点处圆弧所引切线Tl1、Tl2、Tl3垂直，可通过调整l1的位置至l1 1、l1 2来调整所述后排锥形齿在ΔL2下的径向位置。
优选的，
当钻遇地层已知为强研磨性地层且邻井同层段起出钻头发生环磨现象时，在所述钻头本体鼻肩部设置若干B型切削结构；
当邻井同层段起出钻头发生出芯现象时，在所述钻头本体内锥部分设置若干A型切削结构；
当环磨和出芯同时发生时，同时在所述钻头本体上设置若干A型切削结构和若干B型切削结构。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
本发明提供的一种针对强研磨地层的钻头切削结构及PDC钻头，所提出钻头在曲率部分至少包括A型切削结构、B型切削结构。新型切削结构能够凭借锥形齿对研磨性硬地层的犁削作用率先对接触到的地层进行点对面式预致裂破碎效果并形成无侧限岩脊，然后依靠前排常规独立复合片或前排一体式复合片快速移除无侧限岩脊，前排一体式复合片较大程度上提高了钻头在强研磨地层中的耐热磨损特性，从而能够在保证较高的破岩效率下进一步提高钻头在强研磨地层中的寿命，这就允许设计者根据地层研磨性大小灵活布置一体式复合片数量及覆盖程度，在保证钻头寿命的前提下最大限度地保留单齿布齿方式中齿间高应力集中区空间以提高机械钻速，最终降低钻井成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为本发明钻头顶面示意图；
图2为发明针对强研磨性地层的新型切削结构的示意图；
图3为本发明前排一体式复合片几何特征的示意图；
图4为针对钻头有(无)曲率部分所设计新型切削结构的示意图
图5为本发明针对钻头有(无)曲率部分所设计新型切削结构装配方式的示意图；
图6为本发明钻头整体结构示意图；
其中，1、前排一体式复合片；2、后排锥形齿；3、钻头本体；4、刀翼；5、常规独立复合片；6、前排齿位径向布齿线；7、后排齿位径向布齿线；8、喷嘴组；9、内锥部分；10、鼻部部分；11、肩部及规径部分；12、求差工具体的截面；13、扫掠轨迹；14、二维拉伸截面；15、刀翼径向线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-图6，本发明提供一种用于PDC钻头的切削结构，
包括：A型切削结构和B型切削结构，A型切削结构和B型切削结构均由前排一体式复合片1和后排锥形齿2组成；
A型切削结构的前排一体式复合片1和后排锥形齿2用于设置于PDC钻头的内锥部分9，B型切削结构的前排一体式复合片1和后排锥形齿2用于设置于PDC钻头的曲率部分；
进一步优化方案，前排一体式复合片1的截面为长方形，长方形的宽为L2，长方形的高为H2+H3，前排一体式复合片1的齿面上开设有沟槽，沟槽与求差工具体对应设置，求差工具体的截面12底部长度为L1，求差工具体的截面12高度为H1，H1≤H2/2，L1≤1/6×L2，L2的长度为13.44mm-25mm。
求差工具体的截面12底部长度L1及求差工具体的截面12高度H1、求差工具体的截面12斜角α1及α2在前述允许范围内调整，使得沟槽更深更宽，具备更大的换热面积和更多的换热流体容积，防止聚晶金刚石复合层的热磨损失效风险。
H2代表聚晶金刚石层厚度，H3代表硬质合金层厚度。
复合片原始三维拉伸体的二维拉伸截面14由同刀翼4以单齿布齿方式所布齿C1和齿C2在前排齿位径向布齿线6所在视图的投影及C1及C2间的曲线Q1、Q2组成：当为内锥设计前排一体式复合片1时，曲线曲线Q1、Q2为直线，将该拉伸截面沿C1或C2面的法向拉伸，拉伸长度为H2+H3，拉伸完成后形成一体式复合片原始拉伸体，将求差工具体的截面12沿扫掠轨迹13扫掠为求差工具体，将复合片原始拉伸体与求差工具体作布尔差后形成构成A型切削结构或B型切削结构所需的前排一体式复合片1；该前排一体式复合片1因其齿面具有沟槽，钻井流体通过齿面会将粘性较小的研磨性岩屑即时移除，并在沟槽中形成液流，增加冷却面积，充分冷却齿面，降低聚晶金刚石层的热磨损程度。
进一步优化方案，求差工具体的截面12与长方形之间设置有夹角α1和夹角α2，夹角α1、夹角α2为0°-90°。
α1及α2分别代表求差工具体的截面12的斜角，均可在0°至90°之间变化。
进一步优化方案，A型切削结构中前排一体式复合片1上设置有点i1和点i2，点i1和点i2之间曲线无曲率；B型切削结构中前排一体式复合片1上设置有点i3和点i4，点i3和点i4之间设置有曲率，且点i3和点i4之间的曲率与钻头上曲率部位的曲率一致。
A型切削结构针对钻头的内锥部分9设计，B型切削结构针对具有一定曲率的部分设计，如鼻部部分10、肩部及规径部分11，曲率与前排常规独立复合片5或前排一体式复合片1所在前排齿位径向布齿线6中鼻部部分10或肩部及规径部分11一致。
进一步优化方案，前排一体式复合片1的高度小于后排锥形齿2的高度。
前排一体式复合片1的高度小于后排锥形齿2的高度，且径向布齿线能够完整地覆盖井底。
一种针对强研磨地层的PDC钻头，
包括钻头本体3，钻头本体3上设置有若干刀翼4和若干喷嘴组8，刀翼4上设置有常规独立复合片5；
A型切削结构和B型切削结构设置在刀翼4上；
刀翼4上设置有前排齿位和后排齿位，前排一体式复合片1和后排锥形齿2分别设置在前排齿位和后排齿位上。
参照图1，每个刀翼4至少在内锥部分9(在径向平面视图中为91)、鼻部部分10(在径向平面视图中为101)、或者肩部及规径部分11(在径向平面视图中为111)拥有A型切削结构或者B型切削结构，内锥部分9、鼻部部分10、肩部及规径部分11的划分如图1所示，其中，内锥部分9无曲率，鼻部部分10、肩部及规径部分11具有一定曲率。当全钻头某部分为常规独立复合片5设计时，在破岩过程中，独立单齿之间会形成高应力集中区域S，有助于提高机械钻速，同时也会增加钻头在该部分受到的热磨损风险；当全钻头某部分为A型切削结构或者B型切削结构设计时，前排一体式复合片1上具备的沟槽特征能够加速聚晶金刚石层的冷却，同时会降低钻头在该部分受到的热磨损风险，但同时会减少高应力集中区域S的形成，导致机械钻速降低。因此，需根据地层研磨性强弱来灵活调整A型切削结构或者B型切削结构的数量，在尽可能少损失机械钻速的情况下提高钻头寿命，以增加钻头总进尺，降低钻井工程成本。
进一步优化方案，刀翼径向线15与前排齿位径向布齿线6之间形成前排齿出刃高度ΔL1，前排齿位径向布齿线6和后排齿位径向布齿线7之间形成前后排齿高低差ΔL2，0＜ΔL2/ΔL1≤0.5。
在允许范围内增加前排齿位径向布齿线6和后排齿位径向布齿线7之间形成前后排齿高低差ΔL2，使得无侧限岩脊更高，以提高一体式复合片切削岩脊的破碎效率；且钻头依靠ΔL2形成无侧限岩脊，无侧限岩脊高度约等于ΔL2，无侧限岩脊高度越高，越容易被前排齿破碎。在允许范围内增加前排齿位径向布齿线和后排齿位径向布齿线之间形成前后排齿高低差ΔL2，使得无侧限岩脊更高，以提高一体式复合片切削岩脊的破碎效率。
进一步优化方案，前排齿位径向布齿线6和后排齿位径向布齿线7中，l1为后排锥形齿2的中心轴线，l1 1、l1 2为l1的变体，l1、l1 1、l1 2与前排齿位径向布齿线6相交并垂直，若前排齿位径向布齿线6具有曲率，则l1、l1 1、l1 2与交点处圆弧所引切线Tl1、Tl2、Tl3垂直，可通过调整l1的位置至l1 1、l1 2来调整后排锥形齿2在ΔL2下的径向位置。
进一步优化方案，
当钻遇地层已知为强研磨性地层且邻井同层段起出钻头发生环磨现象时，在钻头本体3鼻肩部设置若干B型切削结构；
当邻井同层段起出钻头发生出芯现象时，在钻头本体3内锥部分9设置若干A型切削结构；
当环磨和出芯同时发生时，同时在钻头本体3上设置若干A型切削结构和若干B型切削结构。
在进行钻头设计时，可根据地层研磨性强弱程度和致密程度，决定保留齿间高应力区域S的多少，并在钻头局部设置若干A型切削结构和若干B型切削结构。
当钻遇地层已知为强研磨性地层且邻井同层段起出钻头发生环磨现象时，可考虑在钻头本体3的鼻肩部装配若干B型切削结构，具体数量视地层研磨性强弱而定；
当邻井同层段起出钻头发生出芯现象时，在钻头本体3内锥部分9设置若干A型切削结构，具体数量视地层研磨性强弱而定；
当环磨和出芯同时发生时，当环磨和出芯同时发生时，同时在钻头本体3上设置若干A型切削结构和若干B型切削结构，具体数量视地层研磨性强弱而定。
具体的：每个刀翼4至少在内锥部分9(在径向平面视图中为91)、鼻部部分10(在径向平面视图中为101)、或者肩部及规径部分11(在径向平面视图中为111)拥有所述A型新型切削结构或者B型新型切削结构，(所述内锥、鼻部、肩部及规径部分的划分如图1所示)。
为防止内锥部分9出芯，在内锥部分9装配A型切削结构，但为保留鼻部部分10、肩部及规径部分11的齿间高应力集中区域S以保证机械钻速，在该几部分采用前排常规独立复合片N进行常规单齿布齿设计；
为防止鼻部部分10环磨，在鼻部部分10装配至少1个B型切削结构，数量不多于刀翼4总数量，在内锥部分9及肩部及规径部分11仍采用前排常规独立复合片5进行常规单齿布齿设计以保留对应部分的齿间高应力集中区域S以保证机械钻速；
为防止肩部及规径部分11环磨，在肩部及规径部分11装配至少1个B型切削结构，数量不多于刀翼4总数量，在内锥部分9及鼻部部分10仍采用前排常规独立复合片5进行常规单齿布齿设计以保留对应部分的齿间高应力集中区域S以保证机械钻速；
为同时防止内锥部分9出芯，鼻部部分10环磨，在内锥部分9、鼻部部分10分别至少装配1个A型切削结构或B型切削结构(不多于刀翼4总数量)；肩部及规径部分11仍采用前排常规独立复合片5进行常规单齿布齿设计以保留对应部分的齿间高应力集中区域S以保证机械钻速；
为防止内锥部分9出芯、鼻部部分10环磨、肩部及规径部分11环磨同时发生，在内锥部分9、鼻部部分10、肩部及规径部分11分别装配1个A型切削结构或B型切削结构(不多于刀翼4总数量)，且保留A型切削结构或B型切削结构之间的高应力集中区域S，以减少钻头机械钻速牺牲的程度；
为防止内锥部分9出芯、鼻部部分10环磨、肩部及规径部分11环磨同时发生，在内锥部分9、鼻部部分10、肩部及规径部分11分别装配A型切削结构或B型切削结构，且A型切削结构或B型切削结构几乎没有高应力集中区域S，以保证钻头能够以“犁削+磨削”的方式缓慢钻进极强研磨性地层而不至于快速报废。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于PDC钻头的切削结构，其特征在于，包括：A型切削结构和B型切削结构，所述A型切削结构和所述B型切削结构均由前排一体式复合片(1)和后排锥形齿(2)组成；
所述A型切削结构的所述前排一体式复合片(1)和所述后排锥形齿(2)用于设置于PDC钻头的内锥部分(9)，所述B型切削结构的所述前排一体式复合片(1)和所述后排锥形齿(2)用于设置于PDC钻头的曲率部分；
其中，基于所述A型切削结构和所述B型切削结构在所述PDC钻头上分布的数量与地层研磨性强弱的关系，确定所述A型切削结构和所述B型切削结构在所述PDC钻头上分布的数量。
2.根据权利要求1所述的一种用于PDC钻头的切削结构，其特征在于：所述前排一体式复合片(1)的截面为长方形，所述长方形的宽为L2，所述长方形的高为H2+H3，所述前排一体式复合片(1)的齿面上开设有沟槽，所述沟槽与求差工具体对应设置，所述求差工具体的截面(12)底部长度为L1，所述求差工具体的截面(12)高度为H1，H1≤H2/2，L1≤1/6×L2，L2的长度为13.44mm-25mm。
3.根据权利要求2所述的一种用于PDC钻头的切削结构，其特征在于：所述求差工具体的截面(12)与所述长方形之间设置有夹角α1和夹角α2，所述夹角α1、所述夹角α2为0°-90°。
4.根据权利要求3所述的一种用于PDC钻头的切削结构，其特征在于：所述A型切削结构中所述前排一体式复合片(1)上设置有点i1和点i2，所述点i1和所述点i2之间曲线无曲率；所述B型切削结构中所述前排一体式复合片(1)上设置有点i3和点i4，所述点i3和所述点i4之间设置有曲率，且所述点i3和所述点i4之间的曲率与钻头上曲率部位的曲率一致。
5.根据权利要求4所述的一种用于PDC钻头的切削结构，其特征在于：所述前排一体式复合片(1)的高度小于所述后排锥形齿(2)的高度。
6.一种针对强研磨地层的PDC钻头，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的用于PDC钻头的切削结构。
7.根据权利要求6所述的一种针对强研磨地层的PDC钻头，其特征在于，还包括钻头本体(3)，所述钻头本体(3)上设置有若干刀翼(4)和若干喷嘴组(8)，所述刀翼(4)上设置有常规独立复合片(5)；
所述A型切削结构和所述B型切削结构设置在所述刀翼(4)上；
所述刀翼(4)上设置有前排齿位和后排齿位，所述前排一体式复合片(1)和所述后排锥形齿(2)分别设置在所述前排齿位和所述后排齿位上。
8.根据权利要求7所述的一种针对强研磨地层的PDC钻头，其特征在于：刀翼径向线(15)与前排齿位径向布齿线(6)之间形成前排齿出刃高度ΔL1，所述前排齿位径向布齿线(6)和后排齿位径向布齿线(7)之间形成前后排齿高低差ΔL2，0＜ΔL2/ΔL1≤0.5。
9.根据权利要求8所述的一种针对强研磨地层的PDC钻头，其特征在于：所述前排齿位径向布齿线(6)和所述后排齿位径向布齿线(7)中，l1为所述后排锥形齿(2)的中心轴线，l1 1、l1 2为l1的变体，l1、l1 1、l1 2与所述前排齿位径向布齿线(6)相交并垂直，若所述前排齿位径向布齿线(6)具有曲率，则l1、l1 1、l1 2与交点处圆弧所引切线Tl1、Tl2、Tl3垂直，可通过调整l1的位置至l1 1、l1 2来调整所述后排锥形齿(2)在ΔL2下的径向位置。
10.根据权利要求9所述的一种针对强研磨地层的PDC钻头，其特征在于：
当钻遇地层已知为强研磨性地层且邻井同层段起出钻头发生环磨现象时，在所述钻头本体(3)鼻肩部设置若干B型切削结构；
当邻井同层段起出钻头发生出芯现象时，在所述钻头本体(3)内锥部分(9)设置若干A型切削结构；
当环磨和出芯同时发生时，同时在所述钻头本体(3)上设置若干A型切削结构和若干B型切削结构。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105275403A (zh) * | 2014-07-01 | 2016-01-27 | 中国石油化工集团公司 | 一种适用于硬地层的犁切型pdc钻头 |
| CN111894470A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-11-06 | 中国石油天然气股份有限公司 | Pdc钻头、确定其排屑槽的螺旋角度的方法及钻井方法 |
| US20210025242A1 (en) * | 2019-07-24 | 2021-01-28 | Precise Drilling Components Ltd | Hole opener for directional drilling |
| CN213980653U (zh) * | 2020-12-29 | 2021-08-17 | 中石化江钻石油机械有限公司 | 一种延长使用寿命的pdc钻头 |
| US20230287743A1 (en) * | 2020-06-26 | 2023-09-14 | Zac Andrew Wilson | Improved drill bit |
-
2023
- 2023-12-20 CN CN202311756192.4A patent/CN117536553A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105275403A (zh) * | 2014-07-01 | 2016-01-27 | 中国石油化工集团公司 | 一种适用于硬地层的犁切型pdc钻头 |
| US20210025242A1 (en) * | 2019-07-24 | 2021-01-28 | Precise Drilling Components Ltd | Hole opener for directional drilling |
| US20230287743A1 (en) * | 2020-06-26 | 2023-09-14 | Zac Andrew Wilson | Improved drill bit |
| CN111894470A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-11-06 | 中国石油天然气股份有限公司 | Pdc钻头、确定其排屑槽的螺旋角度的方法及钻井方法 |
| CN213980653U (zh) * | 2020-12-29 | 2021-08-17 | 中石化江钻石油机械有限公司 | 一种延长使用寿命的pdc钻头 |
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