CN204782789U - 一种快速冲击pdc钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快速冲击PDC钻头，包括钻头主体、设于围钻头主体头部的刀翼以及分布固定于刀翼上的多个切削齿，沿着刀翼由内至外的方向依次分布有内锥、外肩、切径和保径，切径、外肩和内锥形成冠部，内锥夹角大于或等于180°，内锥切削齿的后倾角为8°-10°，外肩切削齿的后倾角为12°～16°，切径切削齿的后倾角为22～28°，保径切削齿的后倾角为28～35°。本实用新型稳定性更好，能有效地保护切削齿，延长切削齿工作寿命，提高钻头的机械钻速。

Description

一种快速冲击PDC钻头

技术领域

本实用新型涉及钻探技术，尤其涉及一种快速冲击PDC钻头。

背景技术

PDC钻头(PolycrystallineDiamondCompactbit，聚晶金刚石复合片钻头)是石油钻探行业常用的一种钻井工具，为提高钻头机械钻速及寿命，目前越来越多井队采用轴向或周向加速工具配合PDC钻头来实现，这种工具是通过高频率的轴向或周向的振动来给PDC钻头提供动力，可以消除钻进时PDC钻头的粘滑现象，并有效地保护切削齿受到的冲击载荷。

常规的PDC钻头一般包括钻头主体、设于围钻头主体头部的刀翼以及分布固定于刀翼上的多个切削齿。沿着刀翼由内至外的方向依次分布有以下区域：内锥、外肩、切径和保径。切径、外肩和内锥形成冠部。这些区域对应的切削齿则被对应称为内锥切削齿、外肩切削齿、切径切削齿和保径切削齿。

但是，若用常规的PDC钻头来配合上述加速工具，PDC钻头的各切削齿在高频振动中容易受到冲击而失效，导致钻头强度不足、稳定性差，进而攻击力不足、寿命短。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种快速冲击PDC钻头，能提升切削齿的强度，稳定性更好。

本实用新型的目的采用以下技术方案实现：

一种快速冲击PDC钻头，包括钻头主体、设于围钻头主体头部的刀翼以及分布固定于刀翼上的多个切削齿，沿着刀翼由内至外的方向依次分布有内锥、外肩、切径和保径，切径、外肩和内锥形成冠部，内锥夹角大于或等于180°，内锥切削齿的后倾角为8°-10°，外肩切削齿的后倾角为12°～16°，切径切削齿的后倾角为22°～28°，保径切削齿的后倾角为28°～35°。

优选地，每个切削齿后方的刀翼上凸起有尖齿，该尖齿的齿尖对应向各切削齿前倾。

优选地，各尖齿的前倾角为5～10°。

优选地，内锥切削齿和外肩切削齿的侧倾角为2°～5°。

优选地，所述快速冲级PDC钻头的有效长度与最大直径之比为1：1～0.75：1。

优选地，刀翼深度为刀翼宽度的40％～60％。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型内锥夹角大于或等于180°，区别于常规PDC钻头内凹的形状，使得内锥区域较平或微凸，以配合轴向或周向加速工具，可以使钻头具备更强的攻击性。钻头的有效长度较常规PDC钻头的长度短，可以更好地控制好本钻头的工具面，增加稳定性，同时，各切削齿后倾角的设置，可有效地消除配合轴向或周向加速工具钻进时钻头的粘滑效应，从而保护切削齿，以促使内锥及外肩可以采用更小的后倾角来增强钻头的攻击力，切径与保径切削齿可以采用更大的后倾角来提高钻头的稳定性，可以比常规PDC钻头更具攻击性，与加速工具强强联合，最大程度地提高机械钻速并增加钻头的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型一种快速冲击PDC钻头的剖面示意图；

图2为本实用新型一种快速冲击PDC钻头的俯视图。

图中：100、钻头主体；200、刀翼；201、内锥；202、外肩；203、切径；204、保径；300、切削齿；400、尖齿。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

如图1～2所示的一种快速冲击PDC钻头，包括钻头主体100、设于围钻头主体100头部的刀翼200以及分布固定于刀翼200上的多个切削齿300，沿着刀翼200由内至外的方向依次分布有内锥201、外肩202、切径203和保径204，切径203、外肩202和内锥201形成冠部，相邻两内锥201的夹角大于或等于180°，内锥切削齿的后倾角为8°-10°，外肩切削齿的后倾角为12°～16°，切径切削齿的后倾角为22°～28°，保径切削齿的后倾角为28°～35°。其中，内锥切削齿、外肩切削齿、切径切削齿和保径切削齿分别对应分布在内锥201、外肩202、切径203和保径204的区域。

相较于现有常规PDC钻头的内锥201都是内凹的形状，内锥201夹角角度一般在130°-150°范围，而由于本实用新型的内锥夹角α大于或等于180°，区别于常规PDC钻头内凹的形状，使得内锥201区域较平或微凸，以配合轴向或周向加速工具，使钻头具备更强的攻击性。钻头的有效长度较常规PDC钻头的长度短，可以更好地控制好本钻头的工具面，增加稳定性，同时，各切削齿300后倾角的设置，可有效地消除配合轴向或周向加速工具钻进时钻头的粘滑效应，从而保护切削齿300，以促使内锥201及外肩202可以采用更小的后倾角来增强钻头的攻击力，切径203与保径204切削齿300可以采用更大的后倾角来提高钻头的稳定性，可以比常规PDC钻头更具攻击性，与加速工具强强联合，最大程度地提高机械钻速并增加钻头的使用寿命。

作为一个优选的实施方式，每个切削齿300后方的刀翼200上凸起有尖齿400，该尖齿400的齿尖对应向各切削齿300前倾，优选是，各尖齿400的前倾角为5°～10°。因此尖齿400不是竖直竖起的，而是朝向切削齿300有5°～10°的前倾，即后倾角80°～85°，可在切削齿300后部跟踪保护切削齿300而防止冲击破坏。

内锥切削齿和外肩切削齿的侧倾角为2°～5°。该侧倾角的设置，使本PDC钻头在冲击振动时保护切削齿300不被破坏，并提高钻头的稳定性。各切削齿300优选采用直径为13mm，用于较硬地层的提速。

更进一步地，作为一个优选的结构，本PDC钻头设计为五个刀翼200，各刀翼200所处角度为：0°、-81°、-160°、-232°、-292°，以更具有良好的攻击性。相较于常规的PDC钻头，本PDC钻头的刀翼200可在长度方向更长一些，即伸向钻头的中心较多，可有效地提高钻头的稳定性，保护切削齿300。

常规PDC钻头的有效长度与最大直径之比大约为1.25：1～1.5：1，作为一个优选的实施方式，本实用新型快速冲级PDC钻头的有效长度L1与最大直径之比为1：1～0.75：1，这些尺寸设置使得相较于现有常规PDC钻头短，即冠部高度H、保径长度L2、钻头主体100均较常规PDC钻头短，配合轴向或周向加速工具，更短的长度使钻头更容易被控制，从而提高冲击破岩的效率。

常规PDC钻头刀翼深度一般为刀翼宽度的70％-90％，作为一个优选的实施方式，本实用新型刀翼深度D为刀翼宽度的40％～60％。由于本PDC钻头的轴向或周向加速工具为高频振动，该设置使得刀翼200更浅，该更浅的刀翼200可以有效地保护刀翼200的强度。

具体地，如图2所示，对本快速冲击PDC钻头的切削齿300由内至外编号，切削齿300的空间分布如下：

1～9号齿为内锥切削齿，后倾角8°～10°，侧倾角5°；

10～29号齿为外肩切削齿，后倾角12～16°，侧倾角4°～2°；

30～34号齿为切径切削齿，后倾角22～28°，无侧倾角；

3～25号齿为后跟踪尖齿，后倾角80～85°，无侧倾角；

26～34号齿为后跟踪后排尖齿，后倾角22-28°，无侧倾角。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种快速冲击PDC钻头，包括钻头主体、设于围钻头主体头部的刀翼以及分布固定于刀翼上的多个切削齿，沿着刀翼由内至外的方向依次分布有内锥、外肩、切径和保径，切径、外肩和内锥形成冠部，其特征在于：内锥夹角大于或等于180°，内锥切削齿的后倾角为8°-10°，外肩切削齿的后倾角为12°～16°，切径切削齿的后倾角为22°～28°，保径切削齿的后倾角为28°～35°。

2.根据权利要求1所述的快速冲击PDC钻头，其特征在于：每个切削齿后方的刀翼上凸起有尖齿，该尖齿的齿尖对应向各切削齿前倾。

3.根据权利要求2所述的快速冲击PDC钻头，其特征在于：各尖齿的前倾角为5°～10°。

4.根据权利要求1所述的快速冲击PDC钻头，其特征在于：内锥切削齿和外肩切削齿的侧倾角为2°～5°。

5.根据权利要求1～4任一项所述的快速冲击PDC钻头，其特征在于：所述快速冲级PDC钻头的有效长度与最大直径之比为1：1～0.75：1。

6.根据权利要求1～4任一项所述的快速冲击PDC钻头，其特征在于：刀翼深度为刀翼宽度的40％～60％。