CN208010285U - 一种pdc钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种PDC钻头，所述钻头包括基体，其特征在于，所述基体的顶部具有刀翼，所述刀翼的顶端向内凹设有凹陷结构，所述凹陷结构的底面及侧面均位于所述刀翼上。本实用新型通过设置有凹陷结构，可以使得本实用新型的PDC钻头在切削岩石时，在钻头的芯部凸起台阶，限制了钻头的横向振动，有效提高了钻头的稳定性。

Description

一种PDC钻头

技术领域

本实用新型总体来说涉及一种钻头，具体而言，涉及一种PDC钻头。

背景技术

PDC钻头是采用人造聚晶金刚石复合片作为切削元件，以剪切方式破碎岩石的石油钻井工具。在可钻性较好的匀质地层中钻头可以平稳的快速钻进，但在硬地层或软硬交错的夹层中容易引起钻头的振动，特别是横向振动会导致钻头稳定性差，无法保证钻进井段的井眼轨迹质量，加之来自地层的冲击力，在这种复杂工况下，PDC钻头也会早期破坏，影响钻井提速。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本实用新型的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种稳定性较高的PDC钻头。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

根据本实用新型的一个方面，提供了一种PDC钻头，所述钻头包括基体，所述基体的顶部具有刀翼，所述刀翼的顶端向内凹设有凹陷结构，所述凹陷结构的底面及侧面均位于所述刀翼上。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述凹陷结构与所述基体同心设置。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述凹陷结构的底面从所述钻头芯部到肩部呈内低外高的坡面，所述坡面的坡度为15-20度。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述凹陷结构边缘的深度为25-30mm。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述刀翼的外侧面上依次设置有多个切削元件。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述切削元件为PDC复合片和/或孕镶块。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述钻头肩部区域的切削元件为孕镶块，所述钻头其它区域的切削元件为PDC复合片。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述凹陷结构的截面形状为矩形、弧形或倒梯形结构。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述的刀翼的类型为直刀翼或螺旋刀翼。

根据本实用新型的一实施方式，其中还包括一接头，所述接头连接于所述基体的底部，以用于连接钻杆。

由上述技术方案可知，本实用新型的一种PDC钻头的优点和积极效果在于：

本实用新型通过设置有凹陷结构，可以使得本实用新型的PDC钻头在切削岩石时，在钻头的芯部凸起台阶，限制了钻头的横向振动，提高了钻头的稳定性；另一方面由于台阶处的岩石应力得了有效释放，利于芯部岩石切削，提高了钻头的破岩效率。

进一步的，由于采用坡面设置，安装在底面上的切削元件呈梯级布置状态。由于切削元件的特殊设置，可以使得本实用新型在切削岩石时可以使岩石的切割面形成有多个小台阶的状态，进一步限制了本实用新型PDC钻头的横向振动，同时台阶处的岩石应力也得了有效释放。在夹层或硬地层应用本实用新型PDC钻头还可以提高钻头的稳定性和破岩效率。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本实用新型的优选实施例的详细说明，本实用新型的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本实用新型的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种PDC钻头剖视示意图。

图2是根据一示例性实施方式示出如图1所示的一种PDC钻头俯视示意图。

图3是根据一示例性实施方式示出的另一种PDC钻头剖视示意图。

图4是根据一示例性实施方式示出如图3所示的一种PDC钻头俯视示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本实用新型的各方面。

以下将结合附图，对本实用新型的具体实施方式举例说明如下：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种PDC钻头剖视示意图。图2是根据一示例性实施方式示出如图1所示的一种PDC钻头俯视示意图。图3是根据一示例性实施方式示出的另一种PDC钻头剖视示意图。图4是根据一示例性实施方式示出如图3所示的一种PDC钻头俯视示意图。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种PDC钻头，钻头1包括基体11，基体11的顶部具有刀翼12，刀翼12的顶端121向内凹设有凹陷结构13，凹陷结构13的底面131及侧面132均位于刀翼12上。如图1至图4所示，基体11可以采硬质合金材质制成的概呈圆柱上结构，其顶部可以具有刀翼12，刀翼12可以与基体11一体成型设计，也可以能过后期加工方式在基体11上形成有刀翼12，本实用新型并不限定于此。刀翼12具体来说可以为两个或多个，环向设置于基体11的顶部，其可以部分位于基体的顶端面上，然后部分向下延伸至基体11的侧面，而且为了便于排出岩屑，多个刀翼12位于基体11顶端面的长度并不相等，当然本实用新型并不以此为限，本领域技术人员可以自行选择刀翼12的具体形状。凹陷结构13可以是从刀翼12顶端向下加工而成，其底面131及侧面132均位于刀翼12上，也就是说凹陷结构13并不会下凹进基体11的顶端。进一步的，如图2所示，由于刀翼12为两个或多个，因此凹陷结构13也可以理解为每个刀翼12均具有一个缺口，然后两个或多个刀翼的缺口合围成概呈圆形凹陷结构13，但是需要说明的是，本实用新型并不限定凹陷结构具体形状，其也可以采用其它形状。由于设置有凹陷结构，可以使得本实用新型的PDC钻头在切削岩石时，在钻头的芯部凸起台阶，限制了钻头的横向振动，提高了钻头的稳定性；另一方面由于台阶处的岩石应力得了有效释放，利于芯部岩石切削，提高了钻头的破岩效率。

根据本实用新型的一实施方式，其中凹陷结构13与基体11同心设置，且所述凹陷结构的直径为所述钻头直径的70％。如图1至图3所示，凹陷结核13的中心线可以与基体11的轴线同心设置，采用该设计可以使得凹陷结构13两侧的刀翼12高度相同，另外凹陷结构13从顶面看，其直径不超过整个钻头直径的70％，主要是为了确保凹陷结构13外周的刀翼厚度保持均匀。在实际使用过程中，两侧的刀翼强度及耐磨程度均处于相同或接近相近相同的状态，以此可以有效提高本实用新型PDC钻头的稳定性，并且可以大幅提高本实用新型的使用寿命。

根据本实用新型的一实施方式，其中凹陷结构13的底面131从钻头1芯部到肩部呈内低外高的坡面，坡面的坡度为15-20度。结合参照图1及图3，凹陷结构13的底面是由中心点向外辐射坡面，也就是说其是由钻头1的芯部至肩部呈内低外高坡面形状，并且相对水平面来说，坡度可以是15-20度之间的任意一个数值。由于采用坡面设置，安装在底面131上的切削元件14呈梯级布置状态。由于切削元件14的特殊设置，可以使得本实用新型在切削岩石时可以使岩石的切割面形成有多个小台阶的状态，进一步限制了本实用新型PDC钻头的横向振动，同时台阶处的岩石应力也得了有效释放。在夹层或硬地层应用本实用新型PDC钻头还可以提高钻头的稳定性和破岩效率。

根据本实用新型的一实施方式，其中凹陷结构13边缘的深度为25-30mm，如图1及图3所示，凹陷结构13的边缘深度可以是25-30mm之间，也就是说凹陷结构13两侧刀翼12的高度可以为25-30mm之间。采用该设计可以使得本实用新型即实现上述技术效果，而且还可以保证相应的强度，可以有效防止PDC钻头早期损坏的问题发生；并且由于高度不同还可以使得本实用新型可以适用于多种地质环境的同时，还可以延长本实用新型的使用寿命。

根据本实用新型的一实施方式，其中刀翼12的外侧面上依次设置有多个切削元件14，切削元件14为PDC复合片141和/或孕镶块142；钻头1肩部区域的切削元件14为孕镶块142，钻头其它区域的切削元件为PDC复合片141。

如图1至4所示，切削元件14可以为多个，间隔的设置于每个刀翼12的外侧面，以用于与岩层接触并对其进行切割作业。切削元件14具体来说可以采用PDC复合片和/或孕镶块,本实用新型并不限定切削元件14的具体类型，本领域技术人员也可以采用其它类型的切削元件。

于本实用新型的一实施方式中，钻头1肩部区域的切削元件14为孕镶块142，钻头其它区域的切削元件为PDC复合片141。本实用新型通过在钻头1肩部区域设置孕镶块，而在其它区域设置PDC复合片，其不仅可以提高本实用新型PDC钻头的高研磨地层的适应性，而且还可以有效降低使用成本。

根据本实用新型的一实施方式，其中凹陷结构13的截面形状也可以为矩形、弧形或倒梯形结构，采用其它形状的结构可以有效提高本实用新型适应性，使得本实用新型可以应用于较为复杂的地质结构中。因此本实用新型并不限定凹陷结构13的截面形状的具体结构，本领域技术人员可以根据实际的工况自行选择。

根据本实用新型的一实施方式，其中刀翼12的类型为直刀翼或螺旋刀翼，采用该设计可以有效提高本实用新型的适用范围，提高本实用新型适用性。例如参照图2及图4示，本实用新型的一具体实施方式中，刀翼12的类型即为直刀翼，但附图中的刀翼类型仅作为说明之用，而并非用以限制本实用新型。

根据本实用新型的一实施方式，其中还包括一接头15，接头15连接于基体11的底部，以用于连接钻杆。如图1及图2所示，基体11的底部还连接有一接头15，该接头15可以通过螺接的方式与基体11的底部相连，其主要的作用在于与钻杆(图中未示出)相连。需要说明的是，并非本实用新型所有实施方式中都必须包含接头15，在一些其它实施方式中也可以不包括接头，基体也可以直接与钻杆相连接。

由上述技术方案可知，本实用新型的一种PDC钻头的优点和积极效果在于：

本实用新型通过设置有凹陷结构，可以使得本实用新型的PDC钻头在切削岩石时，在钻头的芯部凸起台阶，限制了钻头的横向振动，提高了钻头的稳定性；另一方面由于台阶处的岩石应力得了有效释放，利于芯部岩石切削，提高了钻头的破岩效率。

进一步的，由于采用坡面设置，安装在底面上的切削元件呈梯级布置状态。由于切削元件的特殊设置，可以使得本实用新型在切削岩石时可以使岩石的切割面形成有多个小台阶的状态，进一步限制了本实用新型PDC钻头的横向振动，同时台阶处的岩石应力也得了有效释放。在夹层或硬地层应用本实用新型PDC钻头还可以提高钻头的稳定性和破岩效率。

以上结合附图示例说明了本实用新型的一些优选实施例式。本实用新型所属技术领域的普通技术人员应当理解，上述具体实施方式部分中所示出的具体结构和工艺过程仅仅为示例性的，而非限制性的。而且，本实用新型所属技术领域的普通技术人员可对以上所述所示的各种技术特征按照各种可能的方式进行组合以构成新的技术方案，或者进行其它改动，而都属于本实用新型的范围之内。

尽管已经参照某些实施例公开了本实用新型，但是在不背离本实用新型的范围和范畴的前提下，可以对所述的实施例进行多种变型和修改。因此，应该理解本实用新型并不局限于所阐述的实施例，其保护范围应当由所附权利要求的内容及其等价的结构和方案限定。

Claims (10)

1.一种PDC钻头，所述钻头包括基体，其特征在于，所述基体的顶部具有刀翼，所述刀翼的顶端向内凹设有凹陷结构，所述凹陷结构的底面及侧面均位于所述刀翼上。

2.如权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述凹陷结构与所述基体同心设置，且所述凹陷结构的直径为所述钻头直径的70％。

3.如权利要求2所述的PDC钻头，其特征在于，所述凹陷结构的底面从所述钻头芯部到肩部呈内低外高的坡面，所述坡面的坡度为15-20度。

4.如权利要求3所述的PDC钻头，其特征在于，所述凹陷结构边缘的深度为25-30mm。

5.如权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述刀翼的外侧面上依次设置有多个切削元件。

6.如权利要求5所述的PDC钻头，其特征在于，所述切削元件为PDC复合片和/或孕镶块。

7.如权利要求5所述的PDC钻头，其特征在于，所述钻头肩部区域的切削元件为孕镶块，所述钻头其它区域的切削元件为PDC复合片。

8.如权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述凹陷结构的截面形状为矩形、弧形或倒梯形结构。

9.如权利要求1至8的任一所述的PDC钻头，其特征在于，所述的刀翼的类型为直刀翼或螺旋刀翼。

10.如权利要求1至8的任一所述的PDC钻头，其特征在于，还包括一接头，所述接头连接于所述基体的底部，以用于连接钻杆。