CN208220643U - 一种适用深层钻进的螺旋钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用深层钻进的螺旋钻头，包括钻头基体、钻头中心体、多个刀翼，所述钻头基体的一端连接钻头中心体的底端，所述钻头基体的另一端设有用于连接钻杆的螺纹孔，多个所述刀翼均匀分布在钻头中心体的顶壁上，并且多个所述刀翼按照力学平衡设置，所述钻头基体上设有至少一条螺旋状的钻削带，所述钻削带沿钻头基体的周向设置，相邻的两个螺旋壁之间形成用于排出岩屑的螺旋排屑槽。本实用新型通过在钻头基体上设置螺旋排屑槽，螺旋钻头在工作时具有排渣通畅的优点。

Description

一种适用深层钻进的螺旋钻头

技术领域

本实用新型涉及PDC钻头领域，尤其涉及一种适用深层钻进的螺旋钻头。

背景技术

中国油气勘探对深层的定义在东部和西部各异，东部地区以埋深3500～4500ｍ为深层， 超过4500ｍ为超深层；西部地区以埋深4500～6000ｍ为深层，超过6000为超深层。中国常规钻井工程将钻探深度4500～6000作为深层。现如今，在深部硬地层以及复杂地质条件下钻井，由于地层的硬度以及钻进难度随着井深的增加呈指数递增。

另外，在深层钻井时，由于螺旋输送机无法进入深层，导致深层钻探时岩屑的排出成为本行业亟待解决的难题。

有鉴于此，有必要对现有技术中的PDC钻头予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种适用深层钻进的螺旋钻头，通过螺旋钻头在岩层中转动，钻削带和孔壁之间构成了一个螺旋输送器，孔底的岩屑就经过螺旋排屑槽逐步向外输送。

实现本实用新型目的的技术方案如下：

一种适用深层钻进的螺旋钻头，包括钻头基体、钻头中心体、多个刀翼，所述钻头基体的一端连接钻头中心体的底端，所述钻头基体的另一端设有用于连接钻杆的螺纹孔，多个所述刀翼均匀分布在钻头中心体的顶壁上，并且多个所述刀翼均匀设置，所述钻头基体上设有至少一条螺旋状的钻削带，所述钻削带沿钻头基体周向设置，所述钻削带的侧壁形成螺旋壁，相邻的两个螺旋壁之间形成用于排出岩屑的螺旋排屑槽。

作为本实用新型的进一步改进，每个所述刀翼上均设有PDC切削齿，所述PDC切削齿朝向钻头旋转方向。

作为本实用新型的进一步改进，所述钻头中心体的周壁上形成至少一条自钻削带端部向刀翼方向延伸的排屑带，所述钻头中心体为锥形结构，所述钻头中心体的大端与钻头基体连接，所述钻头中心体的小端端面上设置刀翼。

作为本实用新型的进一步改进，所述螺旋排屑槽的螺旋角为20°-45°。

作为本实用新型的进一步改进，所述钻头基体的长度大于钻头中心体的长度。

作为本实用新型的进一步改进，所述钻杆上设有螺旋叶片，所述螺旋叶片的端部与钻削带的端部连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型通过在钻头基体上设置螺旋排屑槽，螺旋钻头在工作时具有排渣通畅的优点。

2.由于孔底的岩屑能快速排出，岩屑在孔底不会堆积，使得PDC切削齿在工作时可直接接触岩层钻削，螺旋钻头具有钻削进度快、钻削阻力小的优点。

3.本实用新型在钻头中心体、钻头基体、钻杆上同时设置螺旋排屑槽，PDC切削齿切削下来的岩层直接经螺旋排屑槽逐步向后输送，直至排出孔外，钻头不断破岩，钻杆就连续排渣，获得较高的钻进效率。

附图说明

图1为螺旋钻头与钻杆安装的结构示意图。

图2为螺旋钻头的结构示意图。

图3为钻杆的结构示意图。

图中：1、钻头中心体；11、刀翼；12、PDC切削齿；2、钻头基体；21、钻削带；3、钻杆；31、螺旋叶片。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

为了克服现有的PDC钻头缺少排屑机构导致钻进效率低的缺陷，本实施例提供了一种适用深层钻进的螺旋钻头，通过在钻头基体2上开设螺旋排屑槽，与钻杆3配合便能很方便的将孔底的岩屑排出孔外。

PDC钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称，PDC钻头是使用金刚石和硬质合金基体组成的复合材料，具有硬度高、耐磨性强的特点。该钻头是地质钻探行业常用的一种钻井工具。现有的PDC钻头大致分为两种设计，一种是小尺寸两刀翼、双牙轮钻头，另一种为稍大尺寸的三刀翼、三牙轮钻头。这些钻头的设计基于四刀翼和六刀翼PDC 钻头，而副刀翼的位置则被短尺寸的牙轮所替代。这样，井眼的中心位置是由位于主刀翼上的PDC切削齿完成破岩的，而井眼外围部分的钻进由牙轮和刀翼上的切削齿共同完成，井眼外围部分的破岩难度较高，破岩效果主要取决于牙轮与刀翼的配合。

PDC螺旋钻头包括钻头基体2、钻头中心体1、多个刀翼11，钻头基体2的一端连接钻头中心体1的底端，钻头基体2的另一端设有用于连接钻杆3的螺纹孔，多个刀翼11均匀分布在钻头中心体1的顶壁上，并且多个刀翼11按照力学平衡设置，每个刀翼11上均设有一排PDC切削齿12，PDC切削齿12朝向钻头旋转方向。

钻进时，PDC钻头在钻压与扭矩作用下切削破岩使岩层孔不断加深，钻头运动的基本形式是向下旋转。钻头中心向下运动，其速度就是钻进时的钻速。钻头每一个切削齿的运动呈空间螺旋形轨迹，其速度取决于钻头的旋转速度与该切削齿距钻头中心的距离。在极软的高塑性地层中钻进时，切削齿在钻压作用下吃入岩石，旋转钻头便会使刃前岩石产生连续的塑性流动而呈片状、层状而被切削掉。

PDC钻头在塑胎生地层中钻进时，PDC钻头的切削齿在钻压的作用下吃入岩石，在扭矩作用下先于刃前的岩石发生碰撞，随着钻头转动，切削齿挤压刃前岩石，并产生小剪切破坏。当扭矩增大时，切削齿继续向前推进压碎刃前岩石，并将部分岩石压碎呈粉末。当扭力增大至岩石的强度极限时，岩石沿剪切面发生大块的剪切破碎，此后切削齿的扭力突然降低，紧接着随着钻头转动，切削齿便会又与岩石发生碰撞、挤压、剪切3种破岩过程，这样反复进行就是PDC钻头在塑胎生地层中钻进的过程。

本实施例采用的排屑方式是：在钻头基体2上设置钻削带21，在钻头中心体1的周壁上设置排屑带，在钻杆3上设置螺旋叶片31，PDC切削齿12切削下来的岩屑先经排屑带再经钻削带21最后通过螺旋叶片31排出。本实施例通过在钻头基体2上设置螺旋排屑槽，螺旋钻头在工作时具有排渣通畅的优点。本实施例在钻头中心体1、钻头基体2、钻杆3上同时设置螺旋排屑槽，PDC切削齿12切削下来的岩层直接经螺旋排屑槽逐步向后输送，直至排出孔外，钻头不断破岩，钻杆3就连续排渣，获得较高的钻进效率。

优选钻削带21为一条，沿钻头基体2的周向设置，相邻的两个螺旋壁之间形成用于排出岩屑的螺旋排屑槽，当然，当岩屑碎片较小时，可以通过轴向平行地设置两个、三个甚至更多钻削带21。

优选排屑带为一条，沿钻头中心体1的周向设置，相邻的两个螺旋壁之间形成用于排出岩屑的螺旋排屑槽。优选钻头中心体1为锥形结构，钻头中心体1的大端与钻头基体2连接，钻头中心体1的小端端面上设置刀翼11。锥形结构的钻头中心体1上，螺旋槽从深到浅形成，同时，排屑带外径从大到小形成，因而便于岩屑的压缩，利于岩屑整个过程的运输。当然，当岩屑碎片较小时，可以通过轴向平行地设置两个、三个甚至更多排屑带。

在进行钻孔时，螺旋状钻杆3在孔中转动，螺旋状钻杆3和孔壁构成了一个螺旋输送器，孔底岩屑就被钻杆3上的螺旋叶片31逐步向后输送，直至排出孔外。

通常来说，在圆柱面上，圆柱螺旋线的切线与通过切点的圆柱面直母线之间所夹的锐角，称为螺旋角。在圆锥面上，圆锥螺旋线的切线与通过切点的圆锥面直母线之间所夹的锐角，称为螺旋角。本实施例中螺旋排屑槽的螺旋角为20°-45°。当螺旋排屑槽的螺旋角选用45°时，45°螺旋角容屑空间大，刚性好，但没有20°螺旋角的排屑性能好；螺旋排屑槽的螺旋角选用20°时，20°的螺旋角排屑性能较好，但容屑空间有限，刚性不佳。在实际使用中，优选螺旋排屑槽的螺旋角为30°。本实施例的螺旋钻头适合中低速进给。

本实施例的钻头，钻头基体2、钻头中心体1、多个刀翼11，钻头基体2的一端连接钻头中心体1的底端，钻头基体2的另一端设有用于连接钻杆3的螺纹孔，多个刀翼11均匀分布在钻头中心体1的顶壁上，并且多个刀翼11按照力学平衡设置，每个刀翼11上均设有一排PDC切削齿12，PDC切削齿12朝向钻头旋转方向。由于孔底的岩屑能快速排出，岩屑在孔底不会堆积，使得PDC切削齿12在工作时可直接接触岩层钻削，螺旋钻头具有钻削进度快、钻削阻力小的优点。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种适用深层钻进的螺旋钻头，包括钻头基体（2）、钻头中心体（1）、多个刀翼（11），所述钻头基体（2）的一端连接钻头中心体（1）的底端，所述钻头基体（2）的另一端设有用于连接钻杆（3）的螺纹孔，多个所述刀翼（11）均匀分布在钻头中心体（1）的顶壁上，并且多个所述刀翼（11）均匀设置，其特征在于，所述钻头基体（2）上设有至少一条螺旋状的钻削带（21），所述钻削带（21）沿钻头基体（2）周向设置，所述钻削带（21）的侧壁形成螺旋壁，相邻的两个螺旋壁之间形成用于排出岩屑的螺旋排屑槽。

2.如权利要求1所述的适用深层钻进的螺旋钻头，其特征在于，每个所述刀翼（11）上均设有PDC切削齿（12），所述PDC切削齿（12）朝向钻进时钻头的旋转方向。

3.如权利要求1或2所述的适用深层钻进的螺旋钻头，其特征在于，所述钻头中心体（1）的周壁上形成至少一条自钻削带（21）端部向刀翼（11）方向延伸的排屑带，所述钻头中心体（1）为锥形结构，所述钻头中心体（1）的大端与钻头基体（2）连接，所述钻头中心体（1）的小端端面上设置刀翼（11）。

4.如权利要求1所述的适用深层钻进的螺旋钻头，其特征在于，所述螺旋排屑槽的螺旋角为20°-45°。

5.如权利要求1所述的适用深层钻进的螺旋钻头，其特征在于，所述钻头基体（2）的长度大于钻头中心体（1）的长度。

6.如权利要求1所述的适用深层钻进的螺旋钻头，其特征在于，所述钻杆（3）上设有螺旋叶片（31），所述螺旋叶片（31）的端部与钻削带（21）的端部连接。