CN209308635U - 具有多级破碎功能的pdc钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有多级破碎功能的PDC钻头，包括接头、基体以及由后向前依次设置在基体上的扩眼机构和领眼钻头，基体的后端与接头连接，扩眼机构的外径大于领眼钻头的外径，扩眼机构包括扩眼保径块和扩眼刀翼，扩眼保径块设于基体上，扩眼刀翼设于扩眼保径块上；领眼钻头包括领眼保径块和领眼刀翼，领眼保径块设于基体上，领眼刀翼设于领眼保径块上，扩眼刀翼和领眼刀翼上分别设有PDC切削齿。本实用新型采用多级保径块、刀翼和PDC切削齿构成的机构，并将多级机构的外径设计为前部机构小于后部机构，最前面的领眼钻头的外径小于预定井眼的直径，领眼钻头承压面积更小，在相同的钻井参数条件下，领眼钻头更容易吃入地层，有利于提高钻井效率。

Description

具有多级破碎功能的PDC钻头

技术领域

本实用新型涉及一种钻井用的PDC钻头，尤其涉及一种具有多级破碎功能的PDC钻头。

背景技术

PDC(即聚晶金刚石复合片)钻头是石油天然气开发钻井的重要工具，其基本结构包括接头、基体、刀翼、切削齿，基体的后部与接头连接，一般一体成型，也可以焊接连接，基体的前部设有保径段，多个刀翼围绕设于基体的前端上，多个切削齿设于刀翼上，基体的前端位于其中两个相邻刀翼之间的位置设有与内部的水眼孔连通的喷嘴，用于向切削齿部分喷射钻井液。

PDC钻头的使用性能直接影响石油天然气的开发成本，PDC钻头保持长的使用寿命和高的机械钻速将大幅减少钻井过程中的起下钻次数，缩短建井周期，降低钻井综合成本。

钻井过程中，PDC钻头在钻压和扭矩的双重作用下吃入并刮切地层，这种破岩机理导致其在软至中硬地层中具有很高的破岩效率，且相比牙轮钻头具有更长的使用寿命，相比天然金刚石钻头、孕镶金刚石钻头具有更低的加工及应用成本，这也是PDC钻头能够得到推广并在石油钻井中占据主导地位的主要原因。但是在一些较硬的地层如胶结致密的泥质砂岩、砂质泥岩中，地层坚硬致密抗压强度高，PDC钻头难以有效吃入地层且易发生冲击损坏，影响了PDC钻头在此类地层的使用效果和推广应用。随着油气资源勘探开发向地层深部的发展，需要应对的硬地层钻进越来越多，通过创新推动新型钻头的出现以匹配硬地层钻井的需要显得越来越迫切。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种具有多级破碎功能的PDC钻头。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种具有多级破碎功能的PDC钻头，包括接头和基体，所述基体的后端与所述接头连接，所述具有多级破碎功能的PDC钻头还包括由后向前依次设置在所述基体上的扩眼机构和领眼钻头，所述扩眼机构的外径大于所述领眼钻头的外径，所述扩眼机构包括扩眼保径块和扩眼刀翼，所述扩眼保径块设于所述基体上，所述扩眼刀翼设于所述扩眼保径块上；所述领眼钻头包括领眼保径块和领眼刀翼，所述领眼保径块设于所述基体上，所述领眼刀翼设于所述领眼保径块上，所述扩眼刀翼和所述领眼刀翼上分别设有PDC切削齿。

根据需要，所述基体上位于相邻两个所述扩眼刀翼之间的位置以及相邻两个所述领眼刀翼之间的位置分别设有与内部的水眼孔连通的喷嘴。基体上位于相邻两个扩眼刀翼之间的位置也可以不设置喷嘴。

进一步，所述具有多级破碎功能的PDC钻头还包括设于所述基体上并位于所述扩眼机构和所述领眼钻头之间的预扩眼机构，所述预扩眼机构的外径大于所述领眼钻头的外径且小于所述扩眼机构的外径，所述预扩眼机构包括预扩眼保径块和预扩眼刀翼，所述预扩眼保径块设于所述基体上，所述预扩眼刀翼设于所述预扩眼保径块上，所述预扩眼刀翼上设有所述PDC切削齿。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型采用多级保径块、刀翼和PDC切削齿构成的机构，并将多级机构的外径设计为前部机构小于后部机构，预定井眼直径则为最后一个机构的外径，最前面的领眼钻头的外径小于预定井眼的直径，领眼钻头承压面积更小，在相同的钻井参数条件下，领眼钻头更容易吃入地层，有利于提高钻井效率；领眼钻头上PDC切削齿的线速度更低、破岩做功更少，在相同的进尺条件下，领眼钻头上的PDC切削齿发生磨损、冲击损坏的程度更轻，有利于延长领眼钻头和整个钻头的使用寿命；领眼钻头形成预破碎井眼后，后部的扩眼机构或预扩眼机构和扩眼机构再对预破碎井眼进行扩眼作业，此时，预破碎井眼周围区域的地层压力已经得到释放，地层变得相对“松软”，使得岩石更加容易破碎，钻井效率更高；同时，本实用新型所述具有多级破碎功能的PDC钻头在周向上与井壁的接触点更多，接触面积更大，提高了钻头的横向稳定性，减轻了硬地层钻进中常常伴随发生的粘滑震动、横向震动对钻头的损害，在硬地层钻进中有利于提高钻井速度、延长钻头使用寿命和进尺，达到提高钻井效率，降低钻井综合成本的目的。

附图说明

图1是本实用新型实施例1所述具有多级破碎功能的PDC钻头的立体结构图；

图2是本实用新型实施例2所述具有多级破碎功能的PDC钻头的立体结构图；

图3是本实用新型实施例3所述扩眼机构的扩眼刀翼与领眼钻头的领眼刀翼的周向位置相对应情形的俯视结构示意图；

图4是本实用新型实施例4所述扩眼机构的扩眼刀翼与领眼钻头的领眼刀翼的周向位置不对应情形的俯视结构示意图；

图5是本实用新型实施例5所述扩眼机构的扩眼刀翼数量与领眼钻头的领眼刀翼数量相同情形的立体结构示意图；

图6是本实用新型实施例6所述扩眼机构的扩眼刀翼数量多于领眼钻头的领眼刀翼数量相同情形的立体结构示意图；

图7是本实用新型实施例7所述扩眼机构的扩眼刀翼数量少于领眼钻头的领眼刀翼数量相同情形的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

实施例1：

如图1所示，本实用新型所述具有多级破碎功能的PDC钻头包括接头4、基体(图中未标记，就是接头4前面的中心杆体部分)、扩眼机构2和领眼钻头1，所述基体的后端与接头4连接，扩眼机构2和领眼钻头1由后向前依次设置在所述基体上的，扩眼机构2的外径大于领眼钻头1的外径，扩眼机构2包括扩眼保径块10和扩眼刀翼9，扩眼保径块10设于所述基体上，扩眼刀翼9设于扩眼保径块10上；领眼钻头1包括领眼保径块6和领眼刀翼5，领眼保径块6设于所述基体上，领眼刀翼5设于领眼保径块6上，扩眼刀翼9和领眼刀翼5上分别设有PDC切削齿7，所述基体上位于相邻两个扩眼刀翼9之间的位置以及相邻两个领眼刀翼5之间的位置分别设有与内部的水眼孔连通的喷嘴8(所述基体上位于相邻两个扩眼刀翼9之间的位置也可以不设置喷嘴)。

使用时，外径较小的领眼钻头1的外径小于预定井眼直径，钻进时，领眼钻头1的承压面积更小，在相同的钻井参数条件下，领眼钻头1更容易吃入地层，有利于提高钻井效率；领眼钻头1上的PDC切削齿7的线速度更低、破岩做功更少，在相同的进尺条件下，领眼钻头1上的PDC切削齿7发生磨损、冲击损坏的程度更轻，有利于延长领眼钻头1和整个钻头的使用寿命；领眼钻头1形成预破碎井眼后，后部的扩眼机构2再对预破碎井眼进行扩眼作业，此时，预破碎井眼周围区域的地层压力已经得到释放，地层变得相对“松软”，使得岩石更加容易破碎，钻井效率更高；同时，整个PDC钻头在周向上与井壁的接触点更多，接触面积更大，提高了钻头的横向稳定性，减轻了硬地层钻进中常常伴随发生的粘滑震动、横向震动对钻头的损害，在硬地层钻进中有利于提高钻井速度、延长钻头使用寿命和进尺，达到提高钻井效率，降低钻井综合成本的目的。

实施例2：

如图2所示，在实施例1的基础上，所述具有多级破碎功能的PDC钻头还包括设于所述基体上并位于扩眼机构2和领眼钻头1之间的预扩眼机构3，预扩眼机构3的外径大于领眼钻头1的外径且小于扩眼机构2的外径，预扩眼机构3包括预扩眼保径块(图中未标记)和预扩眼刀翼(图中未标记)，所述预扩眼保径块设于所述基体上，所述预扩眼刀翼设于所述预扩眼保径块上，所述预扩眼刀翼上设有PDC切削齿7。

使用时，外径较小的领眼钻头1的外径小于预定井眼直径，钻进时，领眼钻头1的承压面积更小，在相同的钻井参数条件下，领眼钻头1更容易吃入地层，有利于提高钻井效率；领眼钻头1上的PDC切削齿7的线速度更低、破岩做功更少，在相同的进尺条件下，领眼钻头1上的PDC切削齿7发生磨损、冲击损坏的程度更轻，有利于延长领眼钻头1和整个钻头的使用寿命；领眼钻头1形成预破碎井眼后，后部的预扩眼机构3和扩眼机构2再依次对预破碎井眼进行扩眼作业，此时，预破碎井眼周围区域的地层压力已经得到释放，地层变得相对“松软”，使得岩石更加容易破碎，钻井效率更高；同时，整个PDC钻头在周向上与井壁的接触点更多，接触面积更大，提高了钻头的横向稳定性，减轻了硬地层钻进中常常伴随发生的粘滑震动、横向震动对钻头的损害，在硬地层钻进中有利于提高钻井速度、延长钻头使用寿命和进尺，达到提高钻井效率，降低钻井综合成本的目的。

实施例3：

如图3所示，扩眼机构2上的多个扩眼刀翼9的周向位置与领眼钻头1的多个领眼刀翼5的周向位置相互一致，二者成一一对应关系。

实施例4：

如图4所示，扩眼机构2上的多个扩眼刀翼9的周向位置与领眼钻头1的多个领眼刀翼5的周向位置不一致，扩眼机构2的扩眼刀翼9在周向位置上通常位于领眼钻头1的两个相邻领眼刀翼5的中间。

实施例5：

如图5所示，扩眼机构2上的扩眼刀翼9的数量与领眼钻头1的领眼刀翼5的数量相等。

实施例6：

如图6所示，扩眼机构2上的扩眼刀翼9的数量多余领眼钻头1的领眼刀翼5的数量。

实施例7：

如图7所示，扩眼机构2上的扩眼刀翼9的数量少余领眼钻头1的领眼刀翼5的数量。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

Claims (3)

1.一种具有多级破碎功能的PDC钻头，包括接头和基体，所述基体的后端与所述接头连接，其特征在于：还包括由后向前依次设置在所述基体上的扩眼机构和领眼钻头，所述扩眼机构的外径大于所述领眼钻头的外径，所述扩眼机构包括扩眼保径块和扩眼刀翼，所述扩眼保径块设于所述基体上，所述扩眼刀翼设于所述扩眼保径块上；所述领眼钻头包括领眼保径块和领眼刀翼，所述领眼保径块设于所述基体上，所述领眼刀翼设于所述领眼保径块上，所述扩眼刀翼和所述领眼刀翼上分别设有PDC切削齿。

2.根据权利要求1所述的具有多级破碎功能的PDC钻头，其特征在于：所述基体上位于相邻两个所述扩眼刀翼之间的位置以及相邻两个所述领眼刀翼之间的位置分别设有与内部的水眼孔连通的喷嘴。

3.根据权利要求1或2所述的具有多级破碎功能的PDC钻头，其特征在于：所述具有多级破碎功能的PDC钻头还包括设于所述基体上并位于所述扩眼机构和所述领眼钻头之间的预扩眼机构，所述预扩眼机构的外径大于所述领眼钻头的外径且小于所述扩眼机构的外径，所述预扩眼机构包括预扩眼保径块和预扩眼刀翼，所述预扩眼保径块设于所述基体上，所述预扩眼刀翼设于所述预扩眼保径块上，所述预扩眼刀翼上设有所述PDC切削齿。