CN201588550U - 一种阶梯螺旋刀翼式pdc钻头 - Google Patents

一种阶梯螺旋刀翼式pdc钻头 Download PDF

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刘新军
尚明
王玲侠
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Abstract

本实用新型公开一种阶梯螺旋刀翼式PDC钻头,其特征是刀翼为阶梯螺旋状,阶梯螺旋刀翼上安装主切削齿,主切削齿采用负前角,阶梯螺旋刀翼外侧安装有聚晶条,钻头冠部端面及底部开设有均匀布局的喷水孔,副切削齿安装在主切削齿的后端。在钻头顺时针公转时,泥浆可以顺着阶梯螺旋刀翼的螺旋升角快速上返至井口,避免主切削齿重复破碎,可降低主切削齿磨损速度,从而延缓钻头机械转速的衰减速度。本实用新型广泛应用于石油、天然气、地质、煤田、水文勘探和开采,可以增大金刚石钻头外圈的布齿密度,灵活调整切削齿的侧转角度,有利于岩屑的及时排出,从而提高钻头的钻进效率和工作寿命。

Description

一种阶梯螺旋刀翼式PDC钻头
技术领域
[0001] 本发明涉及一种PDC钻头,具体是一种阶梯螺旋刀翼式PDC钻头,属于钻采工具领域。
背景技术
[0002] PDC钻头目前广泛应用于石油、天然气、地质、煤田、水文勘探和开采,如国家知识 产权局专利局于2005年8月10日公告(公告号CN2716486Y)的“一种新型PDC钻头”,为了 提高PDC钻头的机械转速和延长工作寿命,切削齿分布密度较低,切削出的岩屑颗粒较大, 理想是实现切削时岩屑翻转,避免重复破碎,但在实际应用中,受到钻机水力参数不足等条 件的限制,难以发挥结构优势。国家知识产权局专利局于2008年6月18日公告(公告号 CN 201074480Y)的“PDC钻头”,为了使PDC钻头更适合软硬交错分布地层的钻采作业需要, 其刀翼为长短刀翼交错分布,长刀翼为可更换活块,长刀翼通过卡块与钢体固定,通过更换 刀翼来满足不同地层的钻进需要,从而减少更换钻头次数,提高机械钻速。但是刀翼的刚性 不足,安全系数不大,因此难以得到推广。
实用新型内容
[0003] 本实用新型为了克服普通PDC钻头对地层变化敏感,研磨性地层外排切削齿磨损 速度较快,钻头寿命短,机械钻速衰减快的不足,而提供了一种阶梯螺旋刀翼式PDC钻头, 该钻头采用阶梯螺旋刀翼、外排高密度布齿,使其更适合复杂地层的钻井作业,安全系数 高,机械钻速稳定,钻头整体寿命长。
[0004] 本实用新型是通过以下技术方案来实现:
[0005] 在钻头钢体上连接有钻头冠部,钻头冠部和阶梯螺旋刀翼为一个整体,表面为碳 化物耐磨层,阶梯螺旋刀翼为阶梯螺旋状,阶梯螺旋刀翼上安装主切削齿,主切削齿采用负 前角,阶梯螺旋刀翼外侧安装有聚晶条,钻头冠部端面及底部开设有均勻布局的喷水孔,副 切削齿安装在主切削齿的后端。
[0006] 本实用新型在钻头顺时针公转时,泥浆可以顺着阶梯螺旋刀翼的螺旋升角快速上 返至井口,避免主切削齿重复破碎,可降低主切削齿磨损速度,从而延缓钻头机械转速的衰 减速度。另外阶梯螺旋形式使钻头受到井壁径向约束力有所增大,保径效果更为明显,大大 提高了钻井安全性和成井质量。
附图说明
[0007] 附图1为本实用新型的主视结构示意图。
[0008] 附图2为本实用新型的俯视结构示意图。
[0009] 附图标记说明如下:
[0010] 钻头钢体1、钻头冠部2、阶梯螺旋刀翼3、主切削齿4、聚晶条5、喷水孔6、副切削 齿7、碳化物耐磨层8。具体实施方式
[0011] 以下结合附图对本实用新型作进一步说明和描述:
[0012] 本实用新型由钻头钢体(1)和钻头冠部(2)组成支撑骨架,阶梯螺旋刀翼(3)按 一定角度分布在钻头冠部(2)的圆周和端面上,阶梯螺旋刀翼(3)以钻头中心产生一定升 角的螺旋,阶梯螺旋刀翼(3)和钻头冠部(2)为一个整体,表面为碳化物耐磨层(8),阶梯 螺旋刀翼(3)外侧安装有聚晶条(5),钻头冠部(2)端面及底部开设有均勻布局的喷水孔 (6),阶梯螺旋刀翼(3)上安装有主切削齿(4),主切削齿(4)的安装角度根据不同区域和井 深选择不同的仰角和侧片角度,副切削齿(7)安装在主切削齿⑷的后部。
[0013] 阶梯螺旋刀翼(3)的旋向可以是左旋也可以是右旋,阶梯数量可以为任意个数; 阶梯螺旋刀翼(3)上的金刚石复合片分布为阶梯式,阶梯形式可以前后出现、也可以上下 形成阶梯;阶梯螺旋刀翼(3)上面可以安装尖角形状的金刚石复合片,也可以安装圆柱形 或其他任意形状的金刚石复合片或金刚石切削齿。
[0014] 阶梯螺旋刀翼的螺旋升角根据钻机水力参数的配备情况而改变,水力参数不足将 选用较小的螺旋升角,水力参数足够时将选用较大的螺旋升角。阶梯螺旋刀翼端部的阶梯 形式根据地层的软硬平均情况改变大小,增加了钻头径向约束,从而降低钻头的横行震动, 提高钻头寿命和机械钻速,阶梯螺旋结构可以减小钻头钻进中横向振幅,增加泥浆上返速 度和携砂能力,高密度外排布齿减缓了外排齿的过度磨损,阶梯螺旋刀翼和钻头冠部表面 的碳化物耐磨层可在钻井工作中保护钻头胎体,降低泥浆流对它的冲蚀作用,聚晶条可保 护直径部分不被迅速磨损,防止机械钻速衰减过快,喷水孔喷出高速射流钻井液,可及时清 理井底破碎岩屑,主切削齿的安装角度根据不同区域和井深选择不同的仰角和侧片角度, 使不同半径上的主切削齿磨损速度和寿命接近,避免个别主切削齿受力过大而早期失效, 因此可以充分发挥每一个切削齿的作用,提高了 PDC钻头寿命。副切削齿可有效控制钻头 平稳工作,防止钻头在软硬交错地层中瞬时吃入岩石过深,避免钻柱扭矩瞬时增加。

Claims (5)

  1. 一种阶梯螺旋刀翼式PDC钻头,其特征在于:在钻头钢体(1)上连接有钻头冠部(2),钻头冠部(2)和阶梯螺旋刀翼(3)为一个整体,表面为碳化物耐磨层(8),阶梯螺旋刀翼(3)为阶梯螺旋状,阶梯螺旋刀翼(3)上安装主切削齿(4),主切削齿(4)采用负前角,阶梯螺旋刀翼(3)外侧安装有聚晶条(5),钻头冠部(2)端面及底部开设有均匀布局的喷水孔(6),副切削齿(7)安装在主切削齿(4)的后端。
  2. 2.根据权利要求1所述阶梯螺旋刀翼式PDC钻头,其特征在于钻头钢体(1)和钻头冠 部(2)组成支撑骨架,阶梯螺旋刀翼(3)分布在钻头冠部(2)的圆周和端面上,阶梯螺旋刀 翼(3)以钻头中心产生升角螺旋,阶梯螺旋刀翼(3)和钻头冠部(2)为一个整体,表面为碳 化物耐磨层(8),阶梯螺旋刀翼(3)外侧安装有聚晶条(5),钻头冠部(2)端面及底部开设 有均勻布局的喷水孔(6),阶梯螺旋刀翼(3)上安装有主切削齿(4),副切削齿(7)安装在 主切削齿(4)的后部。
  3. 3.根据权利要求1所述阶梯螺旋刀翼式PDC钻头,其特征在于所述阶梯螺旋刀翼(3) 的旋向是左旋或右旋。
  4. 4.根据权利要求1所述阶梯螺旋刀翼式PDC钻头,其特征在于阶梯螺旋刀翼(3)上的 金刚石复合片分布为阶梯式,阶梯形式为前后阶梯或上下阶梯。
  5. 5.根据权利要求1所述阶梯螺旋刀翼式PDC钻头,其特征在于阶梯螺旋刀翼(3)上面 安装尖角形状或圆柱形状的金刚石复合片或金刚石切削齿。
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