CN204691684U - 适合含砾地层钻进的pdc钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种适合含砾地层钻进的PDC钻头，包括钻头体以及设置在钻头体上的刀翼和喷嘴，刀翼采用单刀翼双排的冠部结构，设定钻头体的旋转方向为前方，刀翼设置在钻头体的冠部，包括前排刀翼和后排刀翼，前排刀翼位于钻头体上端面的部分以及向钻头体外圈延伸的拐角处为前排刀翼的上部，则前排刀翼的上部安装有锥形PDC切削齿，前排刀翼的下部安装有PDC切削齿，后排刀翼上安装有PDC切削齿，锥形PDC切削齿端部朝上，后排刀翼上的PDC切削齿端部朝向前排刀翼。本实用新型的适合含砾地层钻进的PDC钻头，采用这种单刀翼双排的切削结构，切削效率更高，受力更加均匀对称，提高钻头整体寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及井下动力工具技术领域，尤其涉及一种适合含砾地层钻进的PDC钻头。
背景技术
PDC钻头具有较高的机械钻速、较长的使用寿命，适合钻进软到中硬的均质地层，在世界范围内得到了广泛的应用，现己成为现场使用最多的钻头。但是PDC钻头对地层条件敏感性强，当在砾岩地层钻进时，切削齿容易受到较大的冲击载荷发生崩齿而失去切削能力，导致钻头进尺低不能有效钻穿砾岩层段，常规PDC钻头甚至钻进几米就发生损坏而不得不起出PDC钻头。目前现场应用中，钻遇该地层一般先用PDC钻头钻穿上部砂岩地层，然后换成牙轮钻头钻穿砾岩层段，再换回PDC钻头继续钻砾岩以下地层，频繁的起下钻严重增加了钻井时间，而且牙轮钻头钻井效率低且抗磨损能力差，在砾岩中的钻井效率低钻井时间长，大大增加了钻井成本。
长期以来，国内外学者在PDC钻头方面进行了积极的探索，提出了很多改进方法。例如优化冠部形状；采用多重布齿结构；增加抗涡动设计；研制新型复合片材料等方面提高钻头的工作性能，延长使用寿命。
这些方法对PDC钻头技术的发展起到了积极的推动作用，但都不能从根本上解决PDC钻头对该地层适应性的问题。因此，突破传统思维方式，从新的角度对钻头各项参数进行研究，研制出一种适合含砾地层钻进的复合钻头是钻头技术发展的需要，是目前整个钻井技术体系的需要，是提高钻井综合经济效益的需要。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：为了现有技术中PDC钻头在钻进含砾及砾石地层时，容易发生“憋钻”“跳钻”，导致复合片崩落影响钻头使用寿命的问题，本实用新型提供一种适合含砾地层钻进的PDC钻头。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适合含砾地层钻进的PDC钻头，包括钻头体以及设置在钻头体上的刀翼和喷嘴，所述刀翼采用单刀翼双排的冠部结构，设定钻头体的旋转方向为前方，所述刀翼设置在钻头体的冠部，包括前排刀翼和后排刀翼，所述前排刀翼位于钻头体上端面的部分以及向钻头体外圈延伸的拐角处为前排刀翼的上部，则前排刀翼的上部安装有锥形PDC切削齿，所述前排刀翼的下部安装有PDC切削齿，所述后排刀翼上安装有PDC切削齿，所述锥形PDC切削齿端部朝上，后排刀翼上的PDC切削齿端部朝向前排刀翼。本实用新型前排的锥形PDC齿与后排的常规PDC齿的结合充分发挥了“一带一路”的切削特性，常规PDC齿弥补了锥形PDC齿切削效率低的缺点，锥形PDC齿弥补了常规PDC齿在含砾地层钻进抗冲击效果差的缺点。这种有点到面的破碎方式符合现代机械加工的普遍规律，是两种齿优点的完美结合。
作为优选，所述后排刀翼上具有与前排刀翼上锥形PDC切削齿对应的PDC切削齿。所述每个刀翼上的锥形PDC切削齿和PDC切削齿的中心呈同心圆分布。所述前排刀翼上的锥形PDC切削齿略高于后排刀翼上PDC切削齿。前排刀翼上的锥形PDC齿和后排刀翼上的常规PDC齿采用前后同心圆布置，常规PDC齿略低于锥形PDC齿。锥形齿的切削属于点接触，常规复合片的切削属于线接触，一前一后的布置形成了三角形的接触方式，进一步提高了钻头钻进含砾地层的稳定性，保护钻头。与常规钻头相比增加了齿数，但由于后排齿低于前排齿并且增加的锥形齿属于点接触，整体的比钻压反而有所提高，保证了钻头的机械钻速。
作为优选，所述前排刀翼和后排刀翼之间形成小排屑槽，相邻刀翼之间形成大排泄槽。刀翼上的小排屑槽与刀翼之间的大排屑槽共同为钻头提供良好的井底流场环境。
作为优选，所述钻头体上均布有4个刀翼，所述4个刀翼中左、右两个刀翼为第一对刀翼，上、下两个刀翼为第二对刀翼。
作为优选，所述第一对刀翼中的前排刀翼前端比第一对刀翼中的后排刀翼的前端靠近钻头体中心。
作为优选，所述第二对刀翼中的前排刀翼的前端与第二对刀翼中的后排刀翼的前端基本平齐。
作为优选，所述锥形PDC切削齿内部为硬质合金材料，外部为有金刚石微粉烧结层。锥形PDC切削齿是在锥形硬质合金材料上烧结一层金刚石微粉，充分结合了当下两个主流钻头(牙轮钻头和PDC钻头)的优点，具有良好的抗冲击性和研磨性。
作为优选，所述喷嘴为4个，分别位于4个刀翼之间。钻头上采用四个小直径喷嘴，四个喷嘴布置分别布置在刀翼之间，利用钻井液漫流特性对前后排齿充分冷却清岩。小直径喷嘴增加钻头压降，提高水力辅助破岩能力，保护钻头，从而提高钻进效率。
本实用新型的有益效果是，本实用新型的适合含砾地层钻进的PDC钻头，采用这种单刀翼双排的切削结构，利用锥形齿的抗冲击性能充分吸收转化钻进砾石层产生的冲击能而形成一定的体积破碎，同时伴随着钻头旋转切削出一个锥形槽。对于大颗粒砾石锥形齿起到由大变小的先期破碎作用，对于小颗粒砾石锥形齿破坏了砾石的胶结结构，从而降低了后排常规齿切削发生憋跳几率。后排齿在产生的锥形槽的基础上切削，由原来的单点受力切削变成两侧受力切削，切削效率更高，受力更加均匀对称，金刚石复合片利用率更高，从而有效的保护复合片，提高钻头整体寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型实施例的主视图。
图2是图1的俯视图。
图3是本实用新型实施例的立体结构示意图。
图中：1、钻头体，2、刀翼，21、前排刀翼，22、后排刀翼，3、喷嘴，4、锥形PDC切削齿，5、PDC切削齿，6、小排屑槽，7、大排泄槽。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1-3所示，是本实用新型的实施例，一种适合含砾地层钻进的PDC钻头，包括钻头体1以及设置在钻头体1上的刀翼2和喷嘴3，刀翼2采用单刀翼双排的冠部结构，设定钻头体1的旋转方向为前方，刀翼2设置在钻头体1的冠部，包括前排刀翼21和后排刀翼22，前排刀翼21位于钻头体1上端面的部分以及向钻头体1外圈延伸的拐角处为前排刀翼21的上部，则前排刀翼21的上部安装有锥形PDC切削齿4，锥形PDC切削齿4内部为硬质合金材料，外部为有金刚石微粉烧结层，前排刀翼21的下部安装有PDC切削齿5，后排刀翼22上安装有PDC切削齿5，锥形PDC切削齿4端部朝上，后排刀翼22上的PDC切削齿5端部朝向前排刀翼21。
后排刀翼22上具有与前排刀翼21上锥形PDC切削齿4对应的PDC切削齿5。每个刀翼2上的锥形PDC切削齿4和PDC切削齿5的中心呈同心圆分布。前排刀翼21上的锥形PDC切削齿4略高于后排刀翼22上PDC切削齿5。前排刀翼21和后排刀翼22之间形成小排屑槽6，相邻刀翼2之间形成大排泄槽7。钻头体1上均布有4个刀翼2，4个刀翼2中左、右两个刀翼2为第一对刀翼，上、下两个刀翼2为第二对刀翼。第一对刀翼中的前排刀翼21的前端比第一对刀翼中的后排刀翼21的前端靠近钻头体1中心，第一对刀翼中前排刀翼21的齿数少于后排刀翼21的齿数。第二对刀翼中的前排刀翼21的前端与第二对刀翼中的后排刀翼21的前端基本平齐。喷嘴3为4个，分别位于4个刀翼2之间。
本实施例采用这种单刀翼双排的切削结构，利用锥形齿的抗冲击性能充分吸收转化钻进砾石层产生的冲击能而形成一定的体积破碎，同时伴随着钻头旋转切削出一个锥形槽。对于大颗粒砾石锥形齿起到由大变小的先期破碎作用，对于小颗粒砾石锥形齿破坏了砾石的胶结结构，从而降低了后排常规齿切削发生憋跳几率。后排齿在产生的锥形槽的基础上切削，由原来的单点受力切削变成两侧受力切削，切削效率更高，受力更加均匀对称，金刚石复合片利用率更高，从而有效的保护复合片，提高钻头整体寿命。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种适合含砾地层钻进的PDC钻头，包括钻头体(1)以及设置在钻头体(1)上的刀翼(2)和喷嘴(3)，其特征在于：所述刀翼(2)采用单刀翼双排的冠部结构，设定钻头体(1)的旋转方向为前方，所述刀翼(2)设置在钻头体(1)的冠部，包括前排刀翼(21)和后排刀翼(22)，所述前排刀翼(21)位于钻头体(1)上端面的部分以及向钻头体(1)外圈延伸的拐角处为前排刀翼(21)的上部，则前排刀翼(21)的上部安装有锥形PDC切削齿(4)，所述前排刀翼(21)的下部安装有PDC切削齿(5)，所述后排刀翼(22)上安装有PDC切削齿(5)，所述锥形PDC切削齿(4)端部朝上，后排刀翼(22)上的PDC切削齿(5)端部朝向前排刀翼(21)。
2.如权利要求1所述的适合含砾地层钻进的PDC钻头，其特征在于：所述后排刀翼(22)上具有与前排刀翼(21)上锥形PDC切削齿(4)对应的PDC切削齿(5)。
3.如权利要求2所述的适合含砾地层钻进的PDC钻头，其特征在于：所述每个刀翼(2)上的锥形PDC切削齿(4)和PDC切削齿(5)的中心呈同心圆分布。
4.如权利要求1所述的适合含砾地层钻进的PDC钻头，其特征在于：所述前排刀翼(21)上的锥形PDC切削齿(4)略高于后排刀翼(22)上PDC切削齿(5)。
5.如权利要求1所述的适合含砾地层钻进的PDC钻头，其特征在于：所述前排刀翼(21)和后排刀翼(22)之间形成小排屑槽(6)，相邻刀翼(2)之间形成大排泄槽(7)。
6.如权利要求1所述的适合含砾地层钻进的PDC钻头，其特征在于：所述钻头体(1)上均布有4个刀翼(2)，所述4个刀翼(2)中左、右两个刀翼(2)为第一对刀翼，上、下两个刀翼(2)为第二对刀翼。
7.如权利要求6所述的适合含砾地层钻进的PDC钻头，其特征在于：所述第一对刀翼中的前排刀翼(21)的前端比第一对刀翼中的后排刀翼(21)的前端靠近钻头体(1)中心。
8.如权利要求6所述的适合含砾地层钻进的PDC钻头，其特征在于：所述第二对刀翼中的前排刀翼(21)的前端与第二对刀翼中的后排刀翼(21)的前端基本平齐。
9.如权利要求1所述的适合含砾地层钻进的PDC钻头，其特征在于：所述锥形PDC切削齿(4)内部为硬质合金材料，外部为有金刚石微粉烧结层。
10.如权利要求1所述的适合含砾地层钻进的PDC钻头，其特征在于：所述喷嘴(3)为4个，分别位于4个刀翼(2)之间。
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