CN205297353U - Pdc钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种PDC钻头，其包括具有流道的本体，设置在本体上的多个刀翼，所述刀翼上具有切削齿，设置在所述本体上并与所述流道连通的喷嘴，所述刀翼上开设有能对所述切削齿进行冲洗的通孔，所述通孔与所述流道连通。本实用新型在PDC钻头每个刀翼上部的切削齿旁各开设有一排通孔，其与流道连通通，在钻井过程中，有一小部分钻井液从通孔中冲出，起到清洗刀翼和切削齿的作用，从而在钻遇泥岩地层时可以防止PDC钻头出现泥包的现象，进而达到提高钻井效率的目的。

Description

PDC钻头

技术领域

本实用新型涉及油田钻探领域，特别涉及一种PDC钻头。

背景技术

随着油气田勘探开发工作的不断深入，钻井遇到的地层构造越来越复杂，钻井难度越来越大，为了降低钻井综合成本，对钻头的质量提出了更高的要求。自PDC钻头上世纪八十年代问世以来，因其具有平均机械钻速高、进尺多、寿命长等特点，已逐渐成为石油、天然气工业广泛推广应用的一种高效破岩工具，随着人们对新一代PDC钻头认识的不断深入，它的生产技术也不断提高，使用量逐年增加。PDC(Polycrystallinediamondcompact)是一种将人造聚晶金刚石与碳化钨基座高温高压下焊接在一起的切削元件，以此为主要切削元件的PDC钻头自问世以来，其设计技术与加工工艺不断进步，现在国外大公司已经形成从钻头设计到基体的数控加工程序全部由计算机完成。而国内至今无此能力，国内的钻头制造技术基本还停留在起步阶段，靠的是作坊式的手工制作，无法适应现代生产的需要。随着国内PDC产业的发展，先进的设计、制造技术及完善的质量保证体系将是在市场竞争中取胜的关键因素。

上世纪七十年代初，美国正式成功发明PDC钻头，此后该钻头在世界范围内得到了非常普遍的应用。后来，国内许多科研院校、石油企业厂矿、石油工具厂先后投入了大量的人力物力，进行PDC钻头的设计、研究、试验、开发，从上世纪八十年代中期开始，有多个厂家的不同PDC钻头产品在国内各大油田得到试验和应用。但是，PDC钻头在钻遇泥岩时，由于泥岩遇水膨胀，泥岩会附着在刀翼上，进而会形成泥包刀翼的情况(泥包住刀翼和切削齿)，从而影响钻井效率，尤其在泥包刀翼严重的情况下，PDC钻头钻井的速度甚至会降为零。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例所要解决的技术问题是提供了一种PDC钻头，其能够在PDC钻头在钻遇泥岩时对刀翼进行清洗。

本实用新型实施例的具体技术方案是：

一种PDC钻头，其包括具有流道的本体，设置在本体上的多个刀翼，所述刀翼上具有切削齿，设置在所述本体上并与所述流道连通的喷嘴，所述刀翼上开设有能对所述切削齿进行冲洗的通孔，所述通孔与所述流道连通。

优选地，所述刀翼上的通孔为多个，其沿所述切削齿排列的方向呈排状分布。

优选地，所述通孔临近于所述切削齿设置，所述通孔位于相对于所述切削齿的切削面的一侧。

优选地，所述通孔的直径与所述刀翼的数量相匹配。

优选地，所述通孔的直径与所述通孔到所述PDC钻头中心的距离正相关。

优选地，所述通孔的直径与所述PDC钻头的直径负相关。

优选地，所述通孔的直径与所述喷嘴直径正相关。

优选地，所述喷嘴为多个，所述通孔的直径与所有所述喷嘴直径的平均值正相关。

优选地，所述通孔的直径为其中，d表示通孔的直径；N表示常数，当刀翼数目为6时，N取0.167，当刀翼数目为5时，N取0.2；D表示喷嘴直径的平均值；R表示PDC钻头的直径；r表示通孔到PDC钻头中心的距离。

本实用新型的技术方案具有以下显著有益效果：

本实用新型在PDC钻头每个刀翼上部的切削齿旁各开设有一排通孔，该通孔直径约在1-2mm之间，其与流道连通通，钻井过程中，有一小部分钻井液从通孔中冲出，起到清洗刀翼和切削齿的作用，从而在钻遇泥岩地层时可以防止PDC钻头出现泥包的现象，进而达到提高钻井效率的目的。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1为本实用新型PDC钻头具有刀翼一面的正视图。

以上附图的附图标记：

1、本体；2、刀翼；21、切削齿；22、通孔；23、齿根；3、喷嘴；4、水路。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。

本申请的发明人在实际使用PDC钻头钻井时发现，普通PDC钻头的喷嘴3一般都开设在钻头本体1上，其主要是为了保证钻头本体1和刀翼2侧面的清洁，如此，而对于刀翼2顶部的切削齿21清洁能力不够强，尤其是在切削齿21的齿根23位置易造成泥质堆积，当泥质在齿根23位置堆积到一定程度后就会慢慢堆积到切削齿21的切削处，进而影响到切削齿21的切削效率。于是，本申请的发明人提出了一种PDC钻头，其能够在PDC钻头在钻遇泥岩时对刀翼2进行清洗，进而冲洗掉切削齿21处堆积的泥岩或其它泥质堆积物等。

图1为本实用新型PDC钻头具有刀翼2一面的正视图，如图1所示，一种PDC钻头，其包括具有流道的本体1，设置在本体1上的多个刀翼2，刀翼2上具有切削齿21，设置在本体1上并与流道连通的喷嘴3，刀翼2上开设有能对切削齿21进行冲洗的通孔22，通孔22与流道连通。

本PDC钻头每个刀翼2上部的切削齿21旁各开设有通孔22，其与流道连通，钻井过程中，有一小部分钻井液从通孔22中冲出，起到清洗刀翼2和切削齿21的作用，从而在钻遇泥岩地层时可以防止PDC钻头出现泥包的现象，进而达到提高钻井效率的目的。

下面对本实用新型做进一步说明，如图1所示，本体1具有一轴线，本体1的顶部设置有多个刀翼2，多个刀翼2绕本体1的轴线呈圆环分布。本体1的尾部设置有接头，该接头用于与井下钻具连接。任意相邻的两个刀翼2之间的沟槽形成水路4，并且在沟槽底部还设有喷嘴3。水路4和喷嘴3构成冲洗液循环通道。当PDC钻头在作业切削时，钻井液从喷嘴3中不断喷出，喷出的钻井液从水路4中流走，在此过程中，钻井液将切削下的杂物冲洗走，避免切削下的杂物影响PDC钻头的切削。

刀翼2上具有多个切削齿21，每一个刀翼2上的切削齿21朝向逆时针方向或顺时针方向，如此，当PDC钻头旋转进行切削时可以进行有效切削。刀翼2上开设有通孔22，该通孔22可以为多个。通孔22与喷嘴3相连通，如此，在喷嘴3喷出钻井液的同时，通孔22中也能够喷出钻井液。刀翼2上开设的通孔22沿切削齿21排列的方向呈排状分布，如此，当通孔22中的钻井液喷出时，钻井液可以对每一个切削齿21进行冲洗，除去切削齿21上堆积的泥岩或其它泥质堆积物。作为优选的，通孔22位于相对于切削齿21的切削面的一侧，即通孔22位于切削齿21的齿根23处。这是由于在PDC钻头进行切削时，切削齿21的齿根23位置最先易造成泥质堆积，当泥质在齿根23位置堆积到一定程度后才会慢慢堆积到切削齿21的切削处，所以当通孔22位于切削齿21的朝向方向的后方，通孔22内喷出钻井液能够第一时间对齿根23位置进行清洗，进而清除掉堆积程度最严重位置的泥岩或其它泥质堆积物。

通过发明人的实验研究发现，不同位置处开设的通孔22的直径与刀翼2的数目、通孔22到PDC钻头中心的距离、PDC钻头的直径和喷嘴3直径等有关，其具体可以为其中，d表示通孔22的直径；N表示常数，当刀翼2数目为6时，N取0.167，当刀翼2数目为5时，N取0.2；D表示喷嘴3直径的平均值；R表示PDC钻头的直径；r表示通孔22到PDC钻头中心的距离。通孔22的直径与通孔22到PDC钻头中心的距离正相关，通孔22的直径随着通孔22到PDC钻头中心的距离的增大而增大。通孔22的直径与PDC钻头的直径负相关，通孔22的直径随着PDC钻头的直径的增大而减小。通孔22的直径与喷嘴3直径正相关，通孔22的直径随着喷嘴3直径的增大而增大。当喷嘴3为多个时，通孔22的直径与所有喷嘴3直径的平均值正相关，喷嘴3直径为开设在本体1上所有喷嘴3的平均直径。钻头的直径越大，切削开的体积越大，泥包钻头现象出现的可能性越大，因此通孔22的直径需要随着位置不同而变化。例如，具体的对应关系可以如下所示：

在直径为215.9mm且具有六个刀翼2的PDC钻井上，刀翼2上对应的通孔22的直径尺寸如表1所示，表1中通孔22的编号自PDC钻头的中心位置向边缘位置依次增大。

表1：自PDC钻头中心位置向边缘位置依次排列的通孔22的尺寸

编号	1	2	3	4	5
						小水眼尺寸(mm)	0.99	1.34	1.64	1.89	2.01

实施例：

在青海油田某一区块中的钻井过程中采用了上述直径为215.9mm的PDC钻头。在钻井开始阶段，未使用本实用新型中的PDC钻头，由于地层粘土含量高，粘土遇钻井液膨胀，出现了泥包钻头的现象，刀翼2切削齿21上的黏土附着严重，无法通过喷嘴3喷出的钻井液冲洗掉，进而严重影响钻头效率，平均机械钻速仅为1.2m/h。发现该问题后，在后续阶段更换上了本实用新型设计的PDC钻头，通过整个现场的使用和测试，其有效防止了泥包钻头现象的出现，切削齿21效率明显提高，在钻井钻到相同地层时，机械钻速达到了4.3m/h。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种PDC钻头，其包括具有流道的本体，设置在本体上的多个刀翼，所述刀翼上具有切削齿，设置在所述本体上并与所述流道连通的喷嘴，其特征在于，所述刀翼上开设有能对所述切削齿进行冲洗的通孔，所述通孔与所述流道连通。

2.根据权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述刀翼上的通孔为多个，其沿所述切削齿排列的方向呈排状分布。

3.根据权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述通孔临近于所述切削齿设置，所述通孔位于相对于所述切削齿的切削面的一侧。

4.根据权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述通孔的直径与所述刀翼的数量相匹配。

5.根据权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述通孔的直径与所述通孔到所述PDC钻头中心的距离正相关。

6.根据权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述通孔的直径与所述PDC钻头的直径负相关。

7.根据权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述通孔的直径与所述喷嘴直径正相关。

8.根据权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述喷嘴为多个，所述通孔的直径与所有所述喷嘴直径的平均值正相关。

9.根据权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述通孔的直径为其中，d表示通孔的直径；N表示常数，当刀翼数目为6时，N取0.167，当刀翼数目为5时，N取0.2；D表示喷嘴直径的平均值；R表示PDC钻头的直径；r表示通孔到PDC钻头中心的距离。