CN204098789U - 一种适用于塑性地层的pdc钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于塑性地层的PDC钻头，涉及PDC钻头技术领域，具体适用于塑性地层的PDC钻头，其目的在于提供一种在塑性地层有较强吃入能力的PDC钻头。其技术方案为：包括接头、钻头本体，钻头本体冠部的外表面上旋转分布有多条刀翼，相邻两条刀翼之间设置有安装在钻头本体上的可更换喷嘴，每条刀翼上均安装有若干切削齿，所述切削齿为圆柱形切削齿和锥形切削齿，锥形切削齿的出刃高度大于圆柱形切削齿的出刃高度。本实用新型适用于塑性地层钻探的PDC钻头。

Description

一种适用于塑性地层的PDC钻头

技术领域

    本实用新型涉及PDC钻头技术领域，具体涉及一种适用于塑性地层的PDC钻头。

背景技术

PDC钻头，又名聚晶金刚石复合片钻头，是石油钻井行业中常用的钻井工具。PDC钻头自上世纪末引进我国后，因其具有速度快、寿命长、单位进尺成本低等优点而广泛应用于中国石油天然气集团公司、中国石油化工集团公司、中国海洋石油集团公司等企业在陆地和海洋进行石油钻探。

现有的PDC钻头的结构主要包括：接头和钻头本体，接头与钻头本体连接，钻头本体上设置有多个刀翼，刀翼上安装有若干切削齿，刀翼之间设置有可更换喷嘴。常用的PDC钻头中，PDC钻头每个刀翼上通常设有多排切削齿，并可按切削齿在刀翼上的布置位置划分为前排切削齿和后排切削齿，通常这些切削齿的形状均为圆柱形。在PDC钻头钻进过程中，分布在刀翼上的切削齿随着钻头体的旋转实现切削岩层的目的。

申请号为 201320670209.X的实用新型就公开了一种塑性地层用 PDC 钻头，该PDC 钻头包括钻头安装座和钻头基体，在所述钻头基体的冠层上旋转分布有多条主刀翼，在每条主刀翼上均设有一排PDC切削齿，在所述钻头基体上镶嵌有多个喷嘴，所述 PDC切削齿在主刀翼上的排布曲线依次包括斜向上的直线段、向外凸起的圆弧段、向下顺延的圆弧段，且所述 PDC 切削齿的排布密度由斜向上的直线段至向下顺延的圆弧段逐渐变大，在所述斜向上的直线段和向下顺延的圆弧段上排布有圆柱形PDC切削齿，在所述向外凸起的圆弧段排布有锲形 PDC 切削齿，所述锲形 PDC 切削齿具有圆柱形齿体，在所述圆柱形齿体的上端的边缘开设有两道斜向下的切口。

该PDC 钻头虽针对塑性较强的地层具有较强的吃进能力，减轻了钻头的振动程度，但使用圆柱形切削齿的PDC钻头可以适应于多数复杂地层，但在深井作业遭遇塑性地层时(塑性地层又称橡皮地层，一般在较深井段，其特点是：粘弹性很强，处于各向高压状态，具有较高的强度和塑性，很难吃入)，圆柱形切削齿在井底与地层接触面积较大，切削齿很难刺穿吃入地层，导致机械钻速低下，同时因过多的产热造成切削齿的磨损损毁加快，更换钻头频繁，延长了钻井周期。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种在塑性地层有较强吃入能力的PDC钻头。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种适用于塑性地层的PDC钻头，包括接头、钻头本体，钻头本体冠部的外表面上旋转分布有多条刀翼，相邻两条刀翼之间设置有安装在钻头本体上的可更换喷嘴，每条刀翼上均安装有若干切削齿，其特征在于：所述切削齿为圆柱形切削齿和锥形切削齿，锥形切削齿的出刃高度大于圆柱形切削齿的出刃高度。

进一步地，刀翼上的切削齿呈双排结构，前排切削齿均为圆柱形切削齿，后排切削齿均为锥形切削齿。

进一步地，刀翼上的切削齿呈双排结构，前排切削齿、后排切削齿均包括圆柱形切削齿和锥形切削齿。

进一步地，所述锥形切削齿包括硬质合金基底和锥形金刚石层，硬质合金基底与刀翼连接，锥形金刚石层与硬质合金基底连接。

进一步地，所述锥形金刚石层的锥角β为30°~120°，所述锥形金刚石层尖端的倒圆角的半径R为1mm~4mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的钻头上安装有圆柱形切削齿和锥形切削齿，锥形切削齿的出刃高度大于圆柱形切削齿的出刃高度，高出刃的锥形切削齿作为主力破岩切削齿与地层的接触面积更小，能率先划破塑性地层，增强钻头吃入塑性地层的能力，同时辅以低出刃的圆柱形切削齿既可保证井底覆盖也更容易实现破岩。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图2的局部放大图；

图4为本实用新型中锥形切削齿的结构示意图；

图5为本实用新型的切削原理图；

其中，附图标记为：1—接头、2—钻头本体、3—刀翼、4—可更换喷嘴、5—圆柱形切削齿、6—锥形切削齿、7—硬质合金基底、8—金刚石层、9—塑性地层。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型做进一步说明：

实施例一

一种适用于塑性地层的PDC钻头，该钻头主要适用于对塑性地层的钻探。该PDC钻头包括接头1和钻头本体2，接头1与钻头本体2连接；钻头本体2冠部的外表面上旋转分布有多条刀翼3。相邻两条刀翼3之间设置有可更换喷嘴4，且该可更换喷嘴4安装在钻头本体2上；每条刀翼3上均安装有若干切削齿，该切削齿在刀翼3上的排布曲线依次包括斜向上的直线段、向外凸起的圆弧段、斜向下顺延的圆弧段。该切削齿有圆柱形切削齿5和锥形切削齿6两种类型的切削齿，圆柱形切削齿5和锥形切削齿6混合安装在刀翼3上。该锥形切削齿6的出刃高度大于圆柱形切削齿5的出刃高度，且锥形切削齿6的出刃高度与圆柱形切削齿5的出刃高度的高度差H为0~4mm。

本实用新型的工作原理为：锥形切削齿的出刃高度比圆柱形切削齿的出刃高度高，高出刃的锥形切削齿作为主力破岩切削齿与地层的接触面积更小，能率先划破塑性地层并吃入塑性地层，将塑性地层“划破”，低出刃的圆柱形切削齿则更容易实现破岩，因此增强了钻头吃入塑性地层的能力，同时辅以低出刃的圆柱形切削齿既可保证井底覆盖也更容易实现破岩。

实施例二

在实施例一的基础上，切削齿在刀翼3上的排布呈双排结构，其中，双排结构的前排切削齿为圆柱形切削齿5，双排结构的后排切削齿为锥形切削齿6。

实施例三

在实施例一的基础上，切削齿在刀翼3上的排布呈双排结构，其中，双排结构的前排切削齿包含圆柱形切削齿5和锥形切削齿6，圆柱形切削齿5和锥形切削齿6混合安装前排切削齿上；双排结构的后排切削齿也包含圆柱形切削齿5和锥形切削齿6，圆柱形切削齿5和锥形切削齿6也混合安装前排切削齿上。各刀翼3上设置的锥形切削齿6和圆柱形切削齿5均衡分布，覆盖整个井底。

实施例四

在实施例一、实施例二或实施例三的基础上，该锥形切削齿6包括硬质合金基底7和锥形金刚石层8两层结构，锥形切削齿6的下半部为硬质合金基底7，该硬质合金基底7与刀翼3连接从而实现锥形切削齿6的安装；锥形切削齿6的上半部为锥形金刚石层8，该锥形金刚石层8与硬质合金基底7连接形成锥形切削齿6。该锥形金刚石层8的锥角β为30°~120°，本实施例中锥角β的取值为45°；该锥形金刚石层8尖端的倒圆角的半径R为1mm~4mm，本实施例中倒圆角的半径R为2mm。

Claims (3)

1.一种适用于塑性地层的PDC钻头，包括接头(1)、钻头本体(2)，钻头本体(2)冠部的外表面上旋转分布有多条刀翼(3)，相邻两条刀翼(3)之间设置有安装在钻头本体(2)上的可更换喷嘴(4)，每条刀翼(3)上均安装有若干切削齿，其特征在于：所述切削齿为圆柱形切削齿(5)和锥形切削齿(6)，锥形切削齿(6)的出刃高度大于圆柱形切削齿(5)的出刃高度；所述锥形切削齿(6)包括硬质合金基底(7)和锥形金刚石层(8)，硬质合金基底(7)与刀翼(3)连接，锥形金刚石层(8)与硬质合金基底(7)连接。 

2.如权利要求1所述的一种适用于塑性地层的PDC钻头，其特征在于：刀翼(3)上的切削齿呈双排结构，前排切削齿均为圆柱形切削齿(5)，后排切削齿均为锥形切削齿(6)。 

3.如权利要求2所述的一种适用于塑性地层的PDC钻头，其特征在于：所述锥形金刚石层(8)的锥角β为30°～120°，所述锥形金刚石层(8)尖端的倒圆角的半径R为1mm～4mm。