CN203701990U - 一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头,包括钻头本体,所述钻头本体上设置有若干个刀翼,刀翼上均设置有若干个金刚石复合片;刀翼上均设置有若干个金刚石孕镶块,在同一个刀翼上,每一个金刚石孕镶块对应设置在其中一个金刚石复合片的运动轨迹上。能够对不同硬度的地层进行钻探,提高了钻井效率;大大减少起下钻具的时间,节省钻井费用。

Description

一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头
技术领域
本实用新型涉及石油钻探领域,具体地,涉及一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头。
背景技术
在石油地质钻井工程中,针对不同的地层岩性,需要选用不同的钻头,其中最常用的是金刚石复合片钻头,它的特点是金刚石复合片有较好的耐磨性和一定的抗冲击能力,在中等硬度及中等硬度以下的地层中钻进,机械钻速高,寿命较长,钻井效率高,但是如果遇到坚硬地层和研磨性很强的地层,复合片会因为快速磨损或冲击破裂而失去切削能力,钻头很快失效,在这种情况下,就必须换用耐磨性强的钻头,金刚石孕镶块钻头的耐磨性好,而且有很好的“自锐”能力,在坚硬地层中寿命长,但是它的机械钻速慢,钻井效率低,特别是对较软的地层,甚至可能产生“泥包”,完全不能钻进,由于这个原因,在石油钻探工程中,都是采用换钻头的方法来对付地层岩性的变化,然而石油钻井一般井深都有3000——5000m,更换钻头就必须起下钻具,一次起下钻具,少则需要花几小时,多则需要几十小时,既费时又费钱,这是钻探工程中的一个难题。
专利号为“201320440467.9”的中国专利公开了一种聚晶金刚石复合片钻头,包括碳化钨胎体,钻头的碳化钨胎体冠部沿圆周依次布置有五个切削齿,分别为第一序齿,第二序齿,第三序齿,第四序齿,第五序齿,第一序齿有梯次布置的三排聚晶金刚石复合片,第一排的第一个聚晶金刚石复合片在钻头中心位置,依次向外布置有四个聚晶金刚石复合片,第二排聚晶金刚石复合片在第一排聚晶金刚石复合片的空格处布置三个聚晶金刚石复合片,第三排的二个聚晶金刚石复合片中后一个布置在钻头最大直径位置。该专利提供一种交错排列,由PDC钻头中心向外呈梯次增加聚晶金刚石复合片的方法,解决造成钻头冠部的聚晶金刚石复合片磨损速度不同,造成短板效应,降低整个PDC钻头的寿命的问题。这种钻头仅适用于对中硬地层进行钻探。
专利号为“201320156830.4”的中国专利公开了一种防泥包聚晶金刚石复合片PDC钻头,包括钻头体和刀翼,刀翼的数量有五个,依次为第一刀翼、第二刀翼、第三刀翼、第四刀翼以及第五刀翼,每个刀翼上均设置有前排切削齿和后排切削齿。该防泥包PDC钻头能够使用在硬度更高的地层中。这种钻头是单纯的增加切削齿对地层进行切削,这种结构使得钻头的生产成本很高,同时钻探效率低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有钻头不能有效对不同硬度的地层进行钻探的问题,设计了一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头,该混合钻头利用呈一定位置关系设置的金刚石复合片和金刚石孕镶块,能够针对不同硬度的地层进行钻探,解决了现有钻头不能有效对不同硬度的地层进行钻探的问题。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是:一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头,包括钻头本体,所述钻头本体上设置有若干个刀翼,刀翼上均设置有若干个金刚石复合片;刀翼上均设置有若干个金刚石孕镶块,在同一个刀翼上,每一个金刚石孕镶块对应设置在其中一个金刚石复合片的运动轨迹上。金刚石复合片是一种金刚石和硬质合金基体组成的复合材料,具有硬度高、耐磨性好的特点,广泛应用于石油钻井、地质勘探、煤田钻采钻头上和机械加工工具等行业。金刚石孕镶块是采用小粒度的金刚石烧结粘合在碳化钨胎体上组成的复合材料,用于对硬质岩层进行磨削。单独的金刚石复合片和金刚石孕镶块都是现有的部件,但是没有设计在同一钻头以及呈一定位置设置出现,使用这种钻头,在中等硬度及中等硬度以下的地层中钻井时,在钻压力的作用下,金刚石复合片能“吃”入地层,主要靠金刚石复合片进行高效钻进,当遇到坚硬地层时,金刚石孕镶块压在坚硬地层上,复合片不能“吃”入地层,这时就靠金刚石孕镶块“磨削”坚硬岩石,实现钻进,避免了复合片的损坏,因此在地层岩性多变的钻探中,使用这种钻头,可大大减少起下钻具的时间,节省钻井费用。能够对不同硬度的地层都进行钻探,解决了现有钻头不能有效对不同硬度的地层进行钻探的问题。具体可以设计为下述三种结构来针对不同硬度的地层钻井:
结构一、同一个刀翼上,设置在同一运动轨迹上的金刚石孕镶块的顶端和金刚石复合片的顶端设置在同一水平线上。当已知地质资料显示所钻井地层为中硬以下地层为主时,复合片和孕镶块的轴向高度差可以为零,也就是复合片和孕镶块轴向高度基本一致,在大量的软地层中,复合片“吃”入地层比较深,切削快,钻井效率高,孕镶块起稳定防撞作用,当偶尔遇到硬岩石时,孕镶块帮助磨削岩石,可延长钻头使用寿命。
结构二、同一个刀翼上,设置在同一运动轨迹上的金刚石孕镶块的顶端比金刚石复合片的顶端高2mm。当已知地质资料显示所钻井以坚硬地层为主时,设计孕镶块的轴向高度比复合片的轴向高度高2毫米左右,在大量的坚硬地层中钻进,孕镶块压在坚硬岩石上,靠孕镶块“磨削”岩石实现钻进,复合片基本上不参加切削,因此可以保护复合片不受磨损和断裂,当遇到少量软地层时,复合片“吃”入地层参加切削,可避免“泥包”,提高钻井效率。
结构三、同一个刀翼上,设置在同一运动轨迹上的金刚石孕镶块的顶端比金刚石复合片的顶端高1mm。当已知地质资料显示所钻井中硬以下地层和坚硬地层各占一半时,可设计孕镶块比复合片轴向高度高出1毫米左右,其对中等硬度的地层能够进行有效的钻探,钻井效率高。
刀翼的数量为四个至六个。本混合钻头的刀翼比一般金刚石钻头的刀翼厚,因此,混合钻头刀翼数一般为4刀翼至6刀翼,刀翼低于4个,出现布齿密度低,钻头的切削效率低,寿命不长;刀翼大于六个,造成泥浆流道窄,对钻头的冷却和排屑不利。
钻头本体上设置有泥浆流道,泥浆流道沿着钻头本体的轴线向四周扩散,且每一个泥浆通道对应设置在两个刀翼之间。为保证刀翼上第二排孕镶块的冷却和排磨屑,在复合片和孕镶块之间设有专门的泥浆流道,流道走向是由钻头的轴心线向四周扩散。
综上,本实用新型的有益效果是:
1、能够对不同硬度的地层进行钻探,提高了钻井效率;
2、大大减少起下钻具的时间,节省钻井费用。
附图说明
图1是混合钻头的俯视图;
图2是实施例3的结构示意图;
图3是实施例2的结构示意图;
图4是实施例4的结构示意图。
附图中标记及相应的零部件名称:1—刀翼;2—金刚石孕镶块;3—金刚石复合片;4—钻头本体;5—泥浆流道。
具体实施方式
下面结合实施例及附图,对本实用新型作进一步地的详细说明,但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1:
如图1所示,一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头,包括钻头本体4,所述钻头本体4上设置有若干个刀翼1,刀翼1上均设置有若干个金刚石复合片3;刀翼1上均设置有若干个金刚石孕镶块2,在同一个刀翼1上,每一个金刚石孕镶块2对应设置在其中一个金刚石复合片3的运动轨迹上(如图1所示,金刚石孕镶块2和对应的金刚石复合片3设置在同一个圆周运动轨迹上)。这样在钻井时,能够使得同一轨迹上的金刚石孕镶块2和金刚石复合片3对岩石进行同位置的接触,钻进效率更高,在进行钻探工作时,不管是金刚石复合片3还是金刚石孕镶块2先与地层接触,其工作时的轨迹都是一致的,这样能够快速而稳定地在地层中钻探出轨迹,使得钻头对地层的钻头工作效率高,利用金刚石复合片3和金刚石孕镶块2的不同特性,混合钻头能够对不同硬度的地层进行高效的钻探,解决了现有钻头不能有效对不同硬度的地层进行钻探的问题。
实施例2:
如图3所示,同一个刀翼1上,设置在同一运动轨迹上的金刚石孕镶块2的顶端和金刚石复合片3的顶端设置在同一水平线上。这种结构的混合钻头,是用于对以中硬以下地层为主的钻井中,即在较 “软”的地层,利用复合片“吃”入地层比较深,切削块,钻井效率高,孕镶块起稳定防撞作用,当偶尔遇到硬岩石时,孕镶块帮助磨削岩石,可延长钻头使用寿命。
实施例3:
如图2所示,同一个刀翼1上,设置在同一运动轨迹上的金刚石孕镶块2的顶端比金刚石复合片3的顶端高2mm。H2代表金刚石孕镶块2的顶端比金刚石复合片3的顶端的高度差,这种结构的混合钻头,是用于以坚硬地层为主的钻井,即在“硬”地层,金刚石孕镶块压在坚硬岩石上,复合片基本上不参加切削,因此可以保护复合片不受磨损和断裂,当遇到少量软地层时,复合片“吃”入地层参加切削,可避免“泥包”,提高钻井效率。
实施例4:
如图4所示,同一个刀翼1上,设置在同一运动轨迹上的金刚石孕镶块2的顶端比金刚石复合片3的顶端高1mm。H1代表金刚石孕镶块2的顶端比金刚石复合片3的顶端的高度差,这种结构的混合钻头适用于坚硬地层与中等硬度的地层各占一半的钻井,在这种地层中,金刚石复合片3能切入岩层,金刚石孕镶块2也能与岩层接触,所以金刚石孕镶块2和金刚石复合片3都同时工作。
实施例5:
如图1所示,刀翼1的数量为四个至六个;钻头本体4上设置有泥浆流道5,泥浆流道5沿着钻头本体4的轴线向四周扩散,且每一个泥浆通道5对应设置在两个刀翼1之间。泥浆通道5时便于排泄磨屑以及冲洗金刚石复合片3和金刚石孕镶块2,使得其能够快速降温,所以其数量需要进行特定的设计。
如上所述,可较好的实现本实用新型。

Claims (6)

1.一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头,包括钻头本体(4),所述钻头本体(4)上设置有若干个刀翼(1),其特征在于,刀翼(1)上均设置有若干个金刚石复合片(3);刀翼(1)上均设置有若干个金刚石孕镶块(2),在同一个刀翼(1)上,每一个金刚石孕镶块(2)对应设置在其中一个金刚石复合片(3)的运动轨迹上。
2.根据权利要求1所述的一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头,其特征在于,所述同一个刀翼(1)上,设置在同一运动轨迹上的金刚石孕镶块(2)的顶端和金刚石复合片(3)的顶端设置在同一水平线上。
3.根据权利要求1所述的一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头,其特征在于,所述同一个刀翼(1)上,设置在同一运动轨迹上的金刚石孕镶块(2)的顶端比金刚石复合片(3)的顶端高2mm。
4.根据权利要求1所述的一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头,其特征在于,所述同一个刀翼(1)上,设置在同一运动轨迹上的金刚石孕镶块(2)的顶端比金刚石复合片(3)的顶端高1mm。
5.根据权利要求1所述的一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头,其特征在于,所述刀翼(1)的数量为四个至六个。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种设置有金刚石复合片和金刚石孕镶块的混合钻头,其特征在于,所述钻头本体(4)上设置有泥浆流道(5),泥浆流道(5)沿着钻头本体(4)的轴线向四周扩散,且每一个泥浆通道(5)对应设置在两个刀翼(1)之间。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111472691A (zh) * 2020-04-20 2020-07-31 牡丹江师范学院 一种多功能金刚石钻头

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