CN205477376U - 一种适用于硬夹层钻进的pdc钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于硬夹层钻进的PDC钻头，所述PDC钻头包括钻头基体和设置在所述钻头基体表面上的若干个刀翼，所述刀翼上设置有若干个圆柱形PDC切削齿并且至少两个刀翼上还设置有若干个圆锥形PDC切削齿，其中，圆柱形PDC切削齿设置在刀翼的前排，圆锥形PDC切削齿设置在刀翼的后排。本实用新型适用于硬夹层钻进的PDC钻头克服了现有技术中PDC钻头的应用问题，能够解决目前抗压强度高的硬夹层地层中运用常规PDC钻头钻进时切削齿崩损严重、切削效率低、使用寿命短、吃入地层困难、牙轮钻头钻进效率低且使用时间短等多个技术问题，达到了提高钻头破岩工作效率并延长钻头使用寿命的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油钻探工具技术领域，更具体地讲，涉及一种适用于硬夹层钻进的PDC钻头。
背景技术
PDC钻头使用人造聚晶金刚石复合片作为切削元件以切削方式破碎岩石，在大段软到中硬地层中具有很好的破岩性能，机械钻速高且寿命长，综合经济效益显著。但是，在钻遇软硬交错地层时，PDC钻头的表现不够理想。尤其当钻遇一些软硬夹层较少的地层时，PDC金刚石钻头的切削齿容易受到冲击破坏。
为了应对这种情况，公开号为CN202249786U的中国专利文献公开了由大齿和小齿组合而成的复合切削结构的PDC钻头，该钻头虽然适用地层广泛，但是仍然存在以下不足：一方面，其采用单排齿设计，在相同钻压下单颗切削齿的比钻压高，在钻遇大段抗压强度高的硬夹层时切削齿极易受到冲击破坏而失去切削能力，钻头使用寿命短；另一方面，地层抗压强度高，圆柱形PDC齿吃入地层困难，导致切削效率低。
在我国某些油田，有些井段地层压实性强，钙质和硅质胶结地层研磨性强、可钻性差、单只钻头进尺少且机械钻速低，严重制约了本地区的钻井速度。而海洋钻井作业的费用昂贵，因此提高PDC钻头工作效率对于节省钻井成本具有非常重要的意义。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种能够解决目前抗压强度高的硬夹层地层中运用常规PDC钻头钻进时切削齿崩损、磨损严重、使用寿命短且吃入地层困难、切削效率低等问题的适用于硬夹层钻进的PDC钻头。
本实用新型提供了一种适用于硬夹层钻进的PDC钻头，所述PDC钻头包括钻头基体和设置在所述钻头基体表面上的若干个刀翼，所述刀翼上设置有若干个圆柱形PDC切削齿并且至少两个刀翼上还设置有若干个圆锥形PDC切削齿，其中，圆柱形PDC切削齿设置在刀翼的前排，圆锥形PDC切削齿设置在刀翼的后排。
根据本实用新型适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，所述刀翼包括长刀翼和短刀翼，并且所述长刀翼和短刀翼交错分布排列。
根据本实用新型适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，相邻两个刀翼之间的间隙处设置有排削槽，所述排削槽上设置有若干个喷嘴。
根据本实用新型适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，所述圆柱形PDC切削齿包括两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿并且所述两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿混合布置，在所述两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿中，大齿的直径为16～19mm，小齿的直径为13～16mm。
根据本实用新型适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，所述圆锥形PDC切削齿包括两种规格尺寸的圆锥形PDC切削齿并且所述两种规格尺寸的圆锥形PDC切削齿混合布置，在所述两种规格尺寸的圆锥形PDC切削齿中，大齿的直径为16～19mm且锥顶半径为2～2.5mm，小齿的直径为13～16mm且锥顶半径为1.5～2.0mm。
根据本实用新型适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，刀翼的前 排上的两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿混合布置在整个冠面或者冠面上的任意局部区域上。
根据本实用新型适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，刀翼的后排上的若干个圆锥形PDC切削齿与刀翼的前排上的若干个圆柱形PDC切削齿同轨迹布置，并且刀翼的后排上的若干个圆锥形PDC切削齿的直径分别与刀翼的前排上相对应的圆柱形PDC切削齿的直径相等。
根据本实用新型适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，所述圆锥形PDC切削齿以前倾方式布置在刀翼上并且设置为具有-3°～3°的前倾角。
根据本实用新型适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，所述圆锥形PDC切削齿的出刃高度比所述圆柱形PDC切削齿的出刃高度高0.5～1.0mm。
根据本实用新型适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，所述圆柱形PDC切削齿以后倾方式布置在刀翼上并且设置为具有20°～25°的后倾角。
与现有技术相比，本实用新型适用于硬夹层钻进的PDC钻头克服了现有技术中PDC钻头的应用问题，能够解决目前抗压强度高的硬夹层地层中运用常规PDC钻头钻进时切削齿崩损严重、切削效率低、使用寿命短、吃入地层困难、牙轮钻头钻进效率低且使用时间短等多个技术问题，达到了提高钻头破岩工作效率并延长钻头使用寿命的目的。
附图说明
图1示出了根据本实用新型示例性实施例的适用于硬夹层钻进的PDC钻头的结构示意图。
图2示出了根据本实用新型示例性实施例的适用于硬夹层钻进的PDC钻 头中圆锥形PDC切削齿的局部结构示意图。
图3示出了根据本实用新型示例性实施例的适用于硬夹层钻进的PDC钻头中刀翼上的圆锥形PDC切削齿和圆柱形PDC切削齿的切削状况示意图。
附图标记说明：
1-钻头基体、2-刀翼、3-大圆柱形PDC切削齿、4-小圆柱形PDC切削齿、5-大圆锥形PDC切削齿、6-小圆锥形PDC切削齿、7-喷嘴、8-排削槽、R-锥顶半径、α-前倾角。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面将对本实用新型适用于硬夹层钻进的PDC钻头的结构和原理进行详细的说明。
图1示出了根据本实用新型示例性实施例的适用于硬夹层钻进的PDC钻头的结构示意图，图2示出了根据本实用新型示例性实施例的适用于硬夹层钻进的PDC钻头中圆锥形PDC切削齿的局部结构示意图，图3示出了根据本实用新型示例性实施例的适用于硬夹层钻进的PDC钻头中刀翼上的圆锥形PDC切削齿和圆柱形PDC切削齿的切削状况示意图。
如图1至图3所示，根据本实用新型的示例性实施例，所述适用于硬夹层钻进的PDC钻头包括钻头基体1和设置在钻头基体1表面上的若干个刀翼2 (图中1用BLD1～BLD6标明了多个刀翼)，刀翼2上设置有若干个圆柱形PDC切削齿并且至少两个刀翼2上还设置有若干个圆锥形PDC切削齿，也即，在若干个刀翼2中，至少有两个刀翼2上同时设置有若干个圆柱形PDC切削齿和若干个圆锥形PDC切削齿，其余刀翼2上则仅设置有若干个圆柱形PDC切削齿。更优选地，所有刀翼2上均同时设置有若干个圆柱形PDC切削齿和若干个圆锥形PDC切削齿，从而实现最佳的钻进效果。当刀翼2上仅设置有圆柱形PDC切削齿时，可以采用常规PDC钻头设置方式进行布置；而当刀翼2上同时设置有圆柱形PDC切削齿和圆锥形PDC切削齿时，则优选地采用下面的设置方式进行布置。
具体地，圆柱形PDC切削齿设置在刀翼2的前排，圆锥形PDC切削齿设置在刀翼2的后排。其中，刀翼2的前排是指在钻头转动时先碰到切削面的部分，刀翼2的后排是位于刀翼2的前排后方的部分。由于后排的圆锥形PDC切削齿具有高抗冲击和抗研磨能力，当其与切削面设有一定的倾角并且比前排的圆柱形PDC切削齿的出刃高度高时，其在钻遇硬夹层时能够预先对地层进行冲击破岩并释放地层压力，为圆柱形PDC切削齿剪切破岩提高效率。
为了实现上述技术效果，本实用新型中的圆锥形PDC切削齿以前倾方式布置在刀翼2上并且设置为具有-3°～3°的前倾角。同时，圆柱形PDC切削齿可以以后倾方式布置在刀翼2上并且设置为具有20°～25°的后倾角，但本实用新型不限于此。进一步地，圆锥形PDC切削齿的出刃高度比圆柱形PDC切削齿的出刃高度高0.5～1.0mm，具体如图3所示，由此圆锥形PDC切削齿能够先于圆柱形PDC切削齿对地层进行钻进作用，有利于提高钻进效率。
根据本实用新型的优选实施例，圆柱形PDC切削齿包括两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿并且这两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿混合布置在刀翼 2上或刀翼2的前排。在两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿中，大齿即大圆柱形PDC切削齿3的直径为16～19mm，小齿即小圆柱形PDC切削齿4的直径为13～16mm。优选地，可以根据钻井的需要将刀翼2的前排上的两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿混合布置在整个冠面或者冠面上的任意局部区域上。
类似地，圆锥形PDC切削齿也包括两种规格尺寸的圆锥形PDC切削齿并且两种规格尺寸的圆锥形PDC切削齿混合布置在刀翼2的后排。在两种规格尺寸的圆锥形PDC切削齿中，大齿即大圆锥形PDC切削齿5的直径为16～19mm且锥顶半径R为2～2.5mm，小齿即小圆锥形PDC切削齿6的直径为13～16mm且锥顶半径R为1.5～2.0mm。
通过采用不同规格尺寸的圆锥形混合布齿结构，不同锥顶半径的圆锥形PDC齿在不同硬度地层中的犁切破岩效率不一样，采用这种混合布齿结构能够使钻头适应更复杂的地层，并且圆锥形PDC齿具有高抗冲击性，能够提高钻头穿夹层的能力；通过采用不同规格尺寸的圆柱形混合布齿结构，能够在井底形成不同的脊，能够有效破坏地应力并提高破岩效率；两者的有效结合能使PDC钻头在复杂的地层中具有良好的稳定性、耐久性和较高的机械钻速，延长钻头的使用寿命。
并且，刀翼2的后排上的若干个圆锥形PDC切削齿与刀翼2的前排上的若干个圆柱形PDC切削齿同轨迹布置，并且刀翼2的后排上的若干个圆锥形PDC切削齿的直径分别与刀翼2的前排上相对应的圆柱形PDC切削齿的直径相等。
此外，本实用新型的PDC钻头的刀翼2可以包括长刀翼和短刀翼，并且长刀翼和短刀翼交错分布排列；相邻两个刀翼2之间的间隙处设置有排削槽8，排削槽8上还设置有若干个喷嘴7。
下面结合示例对本实用新型的适用于硬夹层钻进的PDC钻头作进一步说明。
针对海上油田钻遇大段含砾硬夹层地层时，PDC钻头采用六刀翼双排齿混合布齿设计，具体结构可以如图1所示。前排的切削齿采取直径为16mm的大圆柱形PDC切削齿3和直径为13mm的小圆柱形PDC切削齿4混合布置，后排的切削齿采取直径为16mm且锥顶半径R为2.5mm的大圆锥形PDC切削齿5和直径为13mm且锥顶半径R为2.0mm的小圆锥形PDC切削齿混合布置。其中，BLD1至BLD6的前排均布置圆柱形PDC切削齿，并且圆柱形PDC切削齿以后倾方式布置在刀翼2上，后倾角的范围为20度，各齿的出刃高度相同；后排均布置圆锥形PDC切削齿，并且圆锥形PDC切削齿以前倾方式布置在刀翼2上，其前倾角为0°，后排的圆锥形PDC切削齿与前排的圆柱形PDC切削齿同轨布置并且直径与前排相对应的圆柱形PDC切削齿的直径相同，即大齿对应大齿，小齿对应小齿，各齿的出刃高度相同且比前排各齿的出刃高度高0.5mm。采用上述结构的PDC钻头的钻进效果良好，切削效率高且钻头使用寿命得到了有效延长。
综上所述，本实用新型适用于硬夹层钻进的PDC钻头克服了现有技术中PDC钻头的应用问题，能够解决目前抗压强度高的硬夹层地层中运用常规PDC钻头钻进时切削齿崩损严重、切削效率低、使用寿命短、吃入地层困难、切削效率低、牙轮钻头钻进效率低且使用时间短等多个技术问题，达到了提高钻头破岩工作效率并延长钻头使用寿命的目的。
本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，所述PDC钻头包括钻头基体和设置在所述钻头基体表面上的若干个刀翼，所述刀翼上设置有若干个圆柱形PDC切削齿并且至少两个刀翼上还设置有若干个圆锥形PDC切削齿，其中，圆柱形PDC切削齿设置在刀翼的前排，圆锥形PDC切削齿设置在刀翼的后排。
2.根据权利要求1所述的适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，所述刀翼包括长刀翼和短刀翼，并且所述长刀翼和短刀翼交错分布排列。
3.根据权利要求1所述的适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，相邻两个刀翼之间的间隙处设置有排削槽，所述排削槽上设置有若干个喷嘴。
4.根据权利要求1所述的适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，所述圆柱形PDC切削齿包括两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿并且所述两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿混合布置，在所述两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿中，大齿的直径为16～19mm，小齿的直径为13～16mm。
5.根据权利要求1所述的适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，所述圆锥形PDC切削齿包括两种规格尺寸的圆锥形PDC切削齿并且所述两种规格尺寸的圆锥形PDC切削齿混合布置，在所述两种规格尺寸的圆锥形PDC切削齿中，大齿的直径为16～19mm且锥顶半径为2～2.5mm，小齿的直径为13～16mm且锥顶半径为1.5～2.0mm。
6.根据权利要求4所述的适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，刀翼的前排上的两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿混合布置在整个冠面或者冠面上的任意局部区域上。
7.根据权利要求1或5所述的适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，刀翼的后排上的若干个圆锥形PDC切削齿与刀翼的前排上的若干个圆柱形PDC切削齿同轨迹布置，并且刀翼的后排上的若干个圆锥形PDC切削齿的直径分别与刀翼的前排上相对应的圆柱形PDC切削齿的直径相等。
8.根据权利要求1所述的适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，所述圆锥形PDC切削齿以前倾方式布置在刀翼上并且设置为具有-3°～3°的前倾角。
9.根据权利要求1或8所述的适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，所述圆锥形PDC切削齿的出刃高度比所述圆柱形PDC切削齿的出刃高度高0.5～1.0mm。
10.根据权利要求1所述的适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，所述圆柱形PDC切削齿以后倾方式布置在刀翼上并且设置为具有20°～25°的后倾角。
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|---|---|---|---|---|
| CN108798525A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-11-13 | 中国五冶集团有限公司 | 叠层工作的单牙轮钻头 |
| CN110145242A (zh) * | 2018-02-11 | 2019-08-20 | 中石化石油工程技术服务有限公司 | 一种带有锥形辅助切削齿pdc钻头 |
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