CN211623329U - 一种硬地层混合齿pdc钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种硬地层混合齿PDC钻头，涉及石油钻井技术领域，解决现有PDC钻头在研磨性强、可钻性差的硬地层吃入地层困难、钻进效率低以及钻头磨损严重的问题，包括钻头本体和与本体连接的接头，钻头本体上沿圆周间隔设置有多个刀翼，每个刀翼包括钻头冠部和保径部，所述钻头冠部的前刀面设有前排切削齿，保径部的前刀面设置有保径齿，钻头冠部的外侧面上至少设有两排后排切削齿，多排后排切削齿中至少设有一排锥尖PDC切削齿，锥尖PDC切削齿的出刃高度高于前排切削齿的出刃高度；保径部的保径面设置耐磨层；本实用新型设置至少两排后排切削齿，更易于吃进地层，切削效率高，切削齿受力均衡不易折断，耐磨性更高，使用寿命得到有效提高。

Description

一种硬地层混合齿PDC钻头

技术领域

本实用新型涉及石油钻井技术领域，具体地涉及一种混合齿PDC钻头，用于硬地层钻井。

背景技术

PDC钻头(Polycrystalline Diamond Compact bit)是聚晶金刚石复合片钻头的简称，通过刮切、剪切的方式来破碎岩石，是地质钻探行业常用的一种钻井工具，目前已被广泛应用于地质勘探和油气钻井中。现有的PDC钻头均为刀翼式钻头，即在钻头体上设置有若干个刀翼，在刀翼上焊接PDC切削齿，两个相邻的刀翼之间形成排屑槽，刀翼一般包含有钻头冠部和保径部，钻头冠部用于地层井前壁的岩石等物质的破碎和钻进，保径部在钻井过程中起到对井筒的规径作用，并维持钻头在井底稳定的工作，PDC钻头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。

但在我国油田，有些井段地层压实性强，经常钻遇碳酸盐岩、火成岩、燧石夹层等难钻地层，其强度高，硬度大，可钻性差，研磨性强。尤其，随着近年来深井钻井和超深井成为提高油气资源开发的主力，常常会遇到硬地层和研磨性地层，提高硬地层和研磨性地层的钻井速度，成为缩短钻井周期和降低钻井成本的重要途径和方法，而一般的PCD钻头钻进这种地层时，其切削齿极易受到冲击破坏，钻头吃入地层困难，PDC钻头早期磨损严重，钻头的钝化及失效速度快；频繁更换钻头会增加起钻、下钻作业时间，且会增加钻井成本。

传统情况下，在这种硬地层和研磨性地层钻井中，为了提高钻头的稳定性和延长钻头的使用寿命，通常会采用增加钻压的方法来实现提高钻井速度。但通过实践发现，通过增加钻压的方式，虽然一定程度能减小钻头的震动，但增加钻压会增加钻柱的压力损耗和磨损，会增加泵的压力和动力消耗，降低钻井效率并增加钻井成本。

因此，传统的PDC钻头并不适于硬地层的钻井，更加无法提高硬地层和研磨性地层的钻井效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为了解决现有PDC钻头在研磨性强、可钻性差的硬地层吃入地层困难、钻进效率低以及钻头寿命短的问题，本实用新型提供一种适用于硬地层钻进的混合齿PDC钻头。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种硬地层混合齿PDC钻头，包括钻头本体和与本体连接的接头，钻头本体上沿圆周间隔设置有多个刀翼，每个刀翼包括钻头冠部和保径部，所述钻头冠部的前刀面设有前排切削齿，保径部的前刀面设置有保径齿，所述钻头冠部的外侧面上至少设有两排后排切削齿，且其中至少设有一排锥尖PDC切削齿，所述锥尖PDC切削齿的出刃高度高于前排切削齿的出刃高度；保径部的保径面设置耐磨层。

优选地，钻头冠部的外侧面上设有两排后排切削齿，包括一排锥尖PDC切削齿和一排平面辅助切削齿，所述锥尖PDC切削齿位于平面辅助切削齿和前排切削齿之间。

优选地，平面辅助切削齿的出刃高度低于前排切削齿的出刃高度0～3mm。

优选地，锥尖PDC切削齿的出刃高度高于前排切削齿的出刃高度0～2.5mm。

优选地，所述前排切削齿包括平面切削齿或非平面PDC切削齿或平面切削齿与非平面PDC切削齿混合。

优选地，所述耐磨层的材质为人造金刚石聚晶。

本实用新型的有益效果如下：

1.本实用新型的硬地层混合齿PDC钻头在钻头冠部的外侧面上至少设有两排后排切削齿，且其中至少设有一排锥尖PDC切削齿，锥尖PDC切削齿采用犁切的形式破碎岩石，释放岩石围压，提高前排切削齿的破岩效率，解决硬地层的PDC钻头难以吃入地层切削效率低的问题，而其他的后排平面辅助切削齿起到辅助切削的作用，分担地层对前排切削齿的冲击载荷及前排切削齿在切削时的反扭矩，可提高整体钻头钻进时的平稳性，减缓钻进过程中的磨损失效，提高钻头在硬地层的破碎强度及使用寿命；保径部的保径面设置耐磨层有效增强保径面的耐磨性，从而进一步提高钻头的整体使用寿命；整体结构相较于普通PDC钻头，应用至硬地层时，更易于吃进地层，切削效率高，切削齿受力均衡不易折断，耐磨性更高，使用寿命得到有效提高；

2.本实用新型的锥尖PDC切削齿的出刃高度高于前排切削齿的出刃高度0～2.5mm，这样，一方面锥尖PDC切削齿会优先接触地层对地层进行预破碎，释放地层应力，提高前排切削齿的破岩效率，另一方面，锥尖PDC切削齿对前排切削齿形成保护，减少前排切削齿的磨损，有效减轻地层对前排切削齿的冲击载荷；

3.本实用新型的平面辅助切削齿的出刃高度低于前排切削齿的出刃高度0～3mm，这样，在地层切削过程中，前排切削齿切削后平面辅助切削齿辅助切削，分担地层对前排切削齿的部分冲击载荷，减少前排切削齿崩齿概率，并且，平面辅助切削齿分担了部分前排切削齿在切削时的反扭矩，可提高整体钻头钻进时的平稳性，减缓钻进过程中的磨损失效，提高钻头使用寿命；

4.本实用新型的前排切削齿包括平面切削齿或非平面PDC切削齿或平面切削齿与非平面PDC切削齿混合，搭配至少两排的后排切削齿，各切削齿混合交错布置兼顾钻头的机械钻速和使用寿命；

5.本实用新型的耐磨层的材质为人造金刚石聚晶，人造金刚石聚晶因结合剂的热膨胀系数与金刚石的接近，故其耐热温度达到1200℃左右，具有很高的抗冲击强度和耐磨性，更满足地质条件较复杂的地层钻进需要，使用人造金刚石聚晶作为保径部的耐磨层能够有效增强其耐磨性，从而提高整体钻头使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的主视图；

图2是图1的立体图；

图3是图1的俯视图。

附图标记：1-钻头冠部、2-钻头本体、3-保径部、4-接头、5-前排切削齿、6-锥尖PDC切削齿、7-平面辅助切削齿、8-保径齿、9-耐磨层、10-喷水孔、11-排屑槽

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

如图1至图3所示，本实施例提供一种硬地层混合齿PDC钻头，包括钻头本体2和与本体连接的接头4，钻头本体2上沿圆周间隔设置有五个刀翼，两两相邻的刀翼之间形成排屑槽11，排屑槽11用于排出岩屑，每个排屑槽11内至少设置有一个喷水孔10，钻井液从喷水孔10喷出用于清洗井底和冷却切削齿，每个刀翼包括钻头冠部1和保径部3，钻头冠部1的前刀面设有前排切削齿5，前排切削齿5可以是平面切削齿或非平面PDC切削齿，也可以是平面切削齿和非平面PDC切削齿混合布置，在本实施例里，作为优选实施方式，前排切削齿5均为平面切削齿；钻头的保径部3的前刀面设置有保径齿8，保径齿8在钻井过程中起到对井筒的规径作用，钻头冠部1的外侧面上至少设有两排后排切削齿，且其中至少设有一排锥尖PDC切削齿6，锥尖PDC切削齿6的出刃高度高于前排切削齿5的出刃高度；保径部3的保径面设置耐磨层9。

作为本实施例的一种优选实施方式，钻头冠部1的外侧面上设有两排后排切削齿，包括一排锥尖PDC切削齿6和一排平面辅助切削齿7，锥尖PDC切削齿6位于平面辅助切削齿7和前排切削齿5之间。且优选地，耐磨层9的材质优选使用人造金刚石聚晶，人造金刚石聚晶因结合剂的热膨胀系数与金刚石的接近，故其耐热温度达到1200℃左右，具有很高的抗冲击强度和耐磨性，更满足地质条件较复杂的地层钻进需要，使用人造金刚石聚晶作为保径部3的耐磨层9能够有效增强其耐磨性，从而提高整体钻头使用寿命。

如图1、2、3所示，本实施例钻头的刀翼的数量为五个，保证本实用新型在钻进过程中受力均匀，每个刀翼的钻头冠部1从前刀面至外侧面设有三排切削齿，分别为前排切削齿5，锥尖PDC切削齿6和平面辅助切削齿7，其中锥尖PDC切削齿6的出刃高度高于前排切削齿5的出刃高度，锥尖PDC切削齿6会优先接触地层对地层进行预破碎，释放地层应力，提高前排切削齿5的破岩效率，后排的平面辅助切削齿7分担地层对前排切削齿5的部分冲击载荷，减少前排切削齿5崩齿概率，减缓钻进过程中的磨损失效，提高钻头使用寿命；并且，保径部3设置有耐磨层9，整体钻头结构应用至硬地层时，破碎力强、钻进效率高，且钻头结构刚性强，受力均匀不易磨损，使用寿命比普通PCD钻头更长。

实施例2

如图1所示，本实施例在实施例的基础上进一步优化，具体地为：

平面辅助切削齿7的出刃高度低于前排切削齿5的出刃高度1mm，使得平面辅助切削齿7作为前排切削齿5的补充辅助切削用，分担地层对前排切削齿5的部分冲击载荷，减少前排切削齿5崩齿概率；锥尖PDC切削齿6的出刃高度高于前排切削齿5的出刃高度2mm，有效保证锥尖PDC切削齿6的破岩深度，且对前排切削齿5起到保护作用。

实施例3

如图3所示，本实施例在实施例1和实施例2的基础上进一步优化，具体地为：

整排锥尖PDC切削齿6和整排平面辅助切削齿7可以排满于每个刀翼的钻头冠部1的整体外侧面，也可以间隔错落的排布于钻头冠部1的外侧面的前端和后端，优选地，如图3所示，锥尖PDC切削齿6和平面辅助切削齿7这两排后排切削齿间隔的分布于每个刀翼钻头冠部1的外侧面的靠近前端2/3的区域和靠近后端2/3的区域，既保证钻头的切削力也避免过多的成本浪费，更重要的是，此种布置方式，锥尖PDC切削齿6的切削力集中在每个刀翼钻头冠部1的外侧面的1/3中间段处，此区域是高应力集中区域，该区域的切削齿所受轴向冲击载荷较大，利于锥尖PDC切削齿6发挥其更高的切削强度，提高破岩效率。

Claims (6)

1.一种硬地层混合齿PDC钻头，包括钻头本体(2)和与本体连接的接头(4)，钻头本体(2)上沿圆周间隔设置有多个刀翼，每个刀翼包括钻头冠部(1)和保径部(3)，所述钻头冠部(1)的前刀面设有前排切削齿(5)，保径部(3)的前刀面设置有保径齿(8)，其特征在于：所述钻头冠部(1)的外侧面上至少设有两排后排切削齿，且其中至少设有一排锥尖PDC切削齿(6)，所述锥尖PDC切削齿(6)的出刃高度高于前排切削齿(5)的出刃高度；保径部(3)的保径面设置耐磨层(9)。

2.根据权利要求1所述的一种硬地层混合齿PDC钻头，其特征在于：钻头冠部(1)的外侧面上设有两排后排切削齿，包括一排锥尖PDC切削齿(6)和一排平面辅助切削齿(7)，所述锥尖PDC切削齿(6)位于平面辅助切削齿(7)和前排切削齿(5)之间。

3.根据权利要求2所述的一种硬地层混合齿PDC钻头，其特征在于：平面辅助切削齿(7)的出刃高度低于前排切削齿(5)的出刃高度0～3mm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种硬地层混合齿PDC钻头，其特征在于：锥尖PDC切削齿(6)的出刃高度高于前排切削齿(5)的出刃高度0～2.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种硬地层混合齿PDC钻头，其特征在于：所述前排切削齿(5)包括平面切削齿或非平面PDC切削齿或平面切削齿与非平面PDC切削齿混合。

6.根据权利要求1所述的一种硬地层混合齿PDC钻头，其特征在于：所述耐磨层(9)的材质为人造金刚石聚晶。

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