CN209115043U - 一种pdc钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种PDC钻头，包括基体和刀翼，刀翼数目为两个以上，每一刀翼沿基体顶部的径向凸出固设于基体表面，每一刀翼的前排和后排分别固定设置有主齿和副齿，主齿的侧面为圆柱面，主齿的一端面为凸出设置的多棱锥面，副齿为锥形齿。本实用新型的PDC钻头，每一刀翼的前排主齿的凸出多棱锥面在切削破岩时可分散岩层应力，削弱岩层冲击，后排的锥形齿犁削岩层辅助切削的同时也减弱岩层冲击，并控制主齿的吃入量以保护主齿，减振结构增强钻头稳定性，使PDC钻头可适用于钻穿砾岩，其适用范围扩大，避免频繁起下钻，钻井工序简化，钻井周期缩短，钻井作业成本和施工风险降低，钻井作业效率提高。

Description

一种PDC钻头

技术领域

本实用新型总体而言涉及一种钻头，具体而言，涉及一种PDC钻头。

背景技术

在钻井作业中，使用PDC钻头能够在地质岩性较软或中硬的地层中取得较高的机械钻速，但是如遇馆陶组地层底部的砾岩时使用PDC钻头强行钻进，即使钻穿砾岩，PDC钻头也会损坏报废，因而在钻井过程中遇到砾岩，通常都需要起钻将PDC钻头更换为牙轮钻头，牙轮钻头穿过砾岩后再换成PDC钻头，这限制了PDC钻头的适用范围，频繁起下钻不仅增高施工风险，同时也增加了钻井周期和成本。

因此，如何使PDC钻头适用于钻穿砾岩，从而提高钻井作业的效率，是业界亟需解决的问题。

发明内容

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，提供一种能够将PDC钻头用于钻穿砾岩作业从而提高钻井作业的效率的一种PDC钻头。

为实现上述实用新型目的，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，所述钻头包括基体和刀翼，所述刀翼数目为两个以上，每一所述刀翼沿所述基体顶部的径向凸出固设于所述基体表面，每一所述刀翼的前排和后排分别固定设置有主齿和副齿，所述主齿的侧面为圆柱面，所述主齿的一端面为凸出设置的多棱锥面，所述副齿为锥形齿。

根据本实用新型的一实施方式，所述钻头还包括减振结构，所述减振结构设置于所述刀翼后排的外侧。

根据本实用新型的一实施方式，所述多棱锥面的棱边数为三条以上。

根据本实用新型的一实施方式，所述多棱锥面的顶部为圆弧面过渡。

根据本实用新型的一实施方式，所述锥形齿露出所述刀翼表面的高度与所述主齿露出所述刀翼表面的高度不相等。

根据本实用新型的一实施方式，所述锥形齿的工作面为圆锥面或者棱锥面。

根据本实用新型的一实施方式，所述锥形齿的中心线相对于所述主齿的中心线倾斜设置。

根据本实用新型的一实施方式，两个以上所述刀翼为非均匀分布，相邻两所述刀翼之间的夹角互不相等。

根据本实用新型的一实施方式，相邻两所述刀翼之间设置有排屑通道，所述排屑通道用于为岩屑的排出提供空间。

根据本实用新型的一实施方式，所述排屑通道上对应所述刀翼前排处设置有水眼，所述水眼连通所述基体内的空腔。

由上述技术方案可知，本实用新型的PDC钻头的优点和积极效果在于：

本实用新型的PDC钻头，每一刀翼的前排主齿的凸出多棱锥面在切削破岩时可分散岩层应力，削弱来自岩层的冲击，后排的锥形齿犁削岩层辅助切削的同时也减弱岩层冲击，并控制主齿的吃入量以保护主齿，减振结构增强钻头稳定性，从而PDC钻头可适用于钻穿砾岩，其适用范围扩大，避免频繁起下钻，钻井工序简化，钻井周期缩短，钻井作业成本和施工风险降低，钻井作业的效率提高，具有很高的经济性，极为适合在业界推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以如这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例PDC钻头的俯视结构示意图。

图2为本实用新型一实施例PDC钻头的一局部示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、基体；2、刀翼；21、主刀翼；22、副刀翼；23、前排；24、后排；3、主齿；31、齿托；32、PDC复合片；321、多棱锥面；4、副齿；41、锥形齿；5、保径齿；51、主保径齿；52、次保径齿；6、减振结构；7、排屑通道；8、水眼。

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。

在对本实用新型的不同示例的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本实用新型的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本实用新型的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本实用新型范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“侧部”等来描述本实用新型的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如如附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本实用新型的范围内。

图1为本实用新型一实施例PDC钻头的俯视结构示意图。

如图1所示，该实施例的PDC钻头包括基体1和刀翼2，刀翼2数目为两个以上，每一刀翼2沿基体1顶部的径向凸出固设于基体1表面，每一刀翼2的前排23和后排24分别固定设置有主齿3和副齿4，主齿3的侧面为圆柱面，主齿3的一端面为凸出设置的多棱锥面321，副齿4为锥形齿41。

该实施例中，钻头的基体1可以采用硬质合金或者其他适宜材料制成概呈圆柱的回转体，基体1采用何种材料可视实际需求而定，从基体1底部向基体1内部开设有中心线与基体1中心线重合的非贯通的空腔，钻井时可使用泥浆泵将钻井液打入基体1的空腔内，基体1的底部还设置有连接结构，连接结构图中未示出，连接结构与基体1一体制成，连接结构可包括连接螺纹，用于连接钻杆，钻杆图中未示出。

该实施例中，设置于基体1顶部的刀翼2的数量为两个以上，刀翼2的具体数目可视实际检测需求而定，两个以上刀翼2在基体1顶部分别沿径向非均匀分布，相邻两刀翼2之间的夹角互不相等，刀翼2概呈长条状并凸出基体1表面；两个以上刀翼2中包括主刀翼21和副刀翼22，其中主刀翼21最接近基体1顶部的中心，主刀翼21在钻进过程中承受的阻力最大，起主要切削作用，副刀翼22起辅助切削作用。

图2为本实用新型一实施例PDC钻头的一局部示意图。

如图1和图2所示，该实施例中，每一刀翼2均有前排23和后排24两个用于布齿的位置，这两个位置均是沿长条状刀翼2的长度方向延伸；刀翼2前排23依次固定设置有多个主齿3，主齿3的数目可视实际需求灵活设计，主齿3可包括齿托31和PDC复合片32，齿托31呈短圆柱状，从而主齿3的侧面为圆柱面，齿托31可采用硬质合金或者其他适宜材料与基体1一体制成，PDC复合片32呈圆片状，其直径尺寸与齿托31的直径尺寸相适应，PDC复合片32的一面可采用焊接方式与齿托31的一端面固连，PDC复合片32的另一面为向外凸出设置的多棱锥面321，从而主齿3的一端面为凸出设置的多棱锥面321，多棱锥面321的棱边数为三条以上，本实施例中以多棱锥面321的棱边数为三条为例，多棱锥面321的顶部为圆弧面过渡，以减轻岩层对主齿3的多棱锥面321尖顶的磨损。主齿3的PDC复合片32的多棱锥面321的每条棱边在钻削过程中均与岩层接触，三条以上棱边可分散岩层应力，削弱来自岩层的冲击，并快速释放岩层应力从而钻破岩层。

该实施例中，每一刀翼2的后排24依次固定设置有多个锥形齿41作为副齿4，锥形齿41的工作面为圆锥面或者棱锥面，本实施例中以锥形齿41的工作面为圆锥面为例，锥形齿41可以由硬质合金短圆柱体和PDC椎体焊接而成，或者，也可以由硬质合金椎体以及焊接包覆于椎体上的PDC锥形覆盖层固连而成；在同一刀翼2上，锥形齿41露出该刀翼2表面的高度与主齿3露出该刀翼2表面的高度不相等，本实施例中设置为锥形齿41露出该刀翼2表面的高度低于主齿3露出该刀翼2表面的高度，此设计可有效控制主齿3切削岩层时的吃入量，对主齿3有一定程度上保护作用；锥形齿41的中心线相对于主齿3的中心线倾斜设置，即是前排23主齿3的中心线延伸方向与对应的后排24锥形齿41的中心线延伸方向呈一夹角，该夹角可为锐角，此设计可使锥形齿41更有效地辅助破岩。刀翼2前排23的主齿3为主要切削元件，对砾岩进行剪切破岩的同时，后排24的锥形齿41犁削砾岩形成裂纹，有助于主齿3以较小的切削力破碎岩石，削弱岩层对主齿3的冲击。

该实施例中，在每一刀翼2的前排23多个主齿3的外侧固定设置有保径齿5，保径齿5可制成与主齿3齿托31类似的短圆柱状，保径齿5可设置一个或两个，本实施例中的保径齿5设置两个，邻近主齿3的一个为主保径齿51，另一个为次保径齿52，保径齿5的材料可以是硬质合金、聚晶金刚石或者其他适宜的硬质材料，保径齿5的表面可设置由耐磨材料制成的耐磨层，以增强保径齿5的耐磨度。钻井作业时，保径齿5与井壁摩擦进而消除了钻头所受的部分横向力，保护钻头的径向尺寸免受磨损，一定程度上也提高了钻头在钻进过程中的稳定性。

该实施例中，在每一刀翼2的后排24多个锥形齿41的外侧固定设置有减振结构6，减振结构6对应刀翼2前排23的保径齿5设置，减振结构6可制成与主齿3齿托31类似的短圆柱状，减振结构6的顶面可包括金刚石覆层。钻进时减振结构6的顶面可抵在主齿3和锥形齿41新钻削出的面上，限定了主齿3和锥形齿41的吃入深度，减弱地层冲击带来的振动，不仅保护了主齿3和锥形齿41，还提高了钻头钻进的稳定性，同时还增强了刀翼2前排23的保径齿5的保径作用。

该实施例中，相邻两刀翼2的夹角之间设置有排屑通道7，排屑通道7用于为岩屑的排出提供空间，排屑通道7的两个侧面分别为相邻两刀翼2的侧面，排屑通道7的底面为位于相邻两刀翼2之间的基体1顶部表面，此三面共同构成了一个排屑通道7，排屑通道7的数目与刀翼2的数目相等。钻头工作时，刀翼2上的主齿3或副齿4切削下来的岩屑沿排屑通道7排出，避免了岩屑包裹刀翼2及其上的主齿3或副齿4而影响进一步切削。

该实施例中，排屑通道7上对应刀翼2前排23处设置有水眼8，水眼8连通基体1内部的空腔，使用泥浆泵打入基体1空腔内的钻井液流经水眼8冲出钻头，水眼8包括一通孔，水眼8中可根据实际需求设置喷嘴，喷嘴用于增加水眼8内钻井液的压力，水眼8可设置多个，其具体数目可根据实际需求设定，水眼8可有效防止泥包，消除钻头上的岩屑滞留和回流区域，加快岩屑从排屑通道7排出，避免刀翼2上的主齿3和副齿4重复切削，很好地保护了主齿3和副齿4。

本实用新型的PDC钻头，每一刀翼2的前排23主齿3的凸出多棱锥面321在切削破岩时可分散岩层应力，削弱来自岩层的冲击，后排24的锥形齿41犁削岩层辅助切削的同时也减弱岩层冲击，并控制主齿3的吃入量以保护主齿3，减振结构6增强钻头稳定性，从而PDC钻头可适用于钻穿砾岩，其适用范围扩大，避免频繁起下钻，钻井工序简化，钻井周期缩短，钻井作业成本和施工风险降低，钻井作业的效率提高，具有很高的经济性，极为适合在业界推广使用。

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。

Claims (10)

1.一种PDC钻头，其特征在于，所述钻头包括基体和刀翼，所述刀翼数目为两个以上，每一所述刀翼沿所述基体顶部的径向凸出固设于所述基体表面，每一所述刀翼的前排和后排分别固定设置有主齿和副齿，所述主齿的侧面为圆柱面，所述主齿的一端面为凸出设置的多棱锥面，所述副齿为锥形齿。

2.如权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述钻头还包括减振结构，所述减振结构设置于所述刀翼后排的外侧。

3.如权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述多棱锥面的棱边数为三条以上。

4.如权利要求3所述的PDC钻头，其特征在于，所述多棱锥面的顶部为圆弧面过渡。

5.如权利要求4所述的PDC钻头，其特征在于，所述锥形齿露出所述刀翼表面的高度与所述主齿露出所述刀翼表面的高度不相等。

6.如权利要求5所述的PDC钻头，其特征在于，所述锥形齿的工作面为圆锥面或者棱锥面。

7.如权利要求6所述的PDC钻头，其特征在于，所述锥形齿的中心线相对于所述主齿的中心线倾斜设置。

8.如权利要求1-7任一所述的PDC钻头，其特征在于，两个以上所述刀翼为非均匀分布，相邻两所述刀翼之间的夹角互不相等。

9.如权利要求8所述的PDC钻头，其特征在于，相邻两所述刀翼之间设置有排屑通道，所述排屑通道用于为岩屑的排出提供空间。

10.如权利要求9所述的PDC钻头，其特征在于，所述排屑通道上对应所述刀翼前排处设置有水眼，所述水眼连通所述基体内的空腔。