一种新型混合齿PDC钻头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种新型混合齿PDC钻头，包括钻头体，钻头体上分布有多条刮刀，刮刀的切削齿结构轮廓包括内锥、鼻部、外锥、台肩和保径块，多条刮刀上设有多种切削齿；以刮刀切削时的旋转方向为前方，钻头体上的刮刀中，至少有一条刮刀上的前排齿包括两种剪切齿，该条刮刀上的后排齿至少包括一种剪切齿或一种限位齿；剪切齿包括圆片剪切齿和脊形剪切齿两种，限位齿包括球面圆柱齿和锥形圆柱齿两种。本实用新型专利技术通过设计多种切削齿混合搭配和钻头切深控制的钻头切削齿结构，能降低钻头的扭矩波动，提高钻头抗研磨和抗冲击的能力，延长钻头切削齿的寿命，并提高钻头的切削能力、适应能力和机械钻速，增强钻头的稳定性，为用户降低钻井成本。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种金刚石钻头，尤其涉及一种应用于石油和天然气钻井的硬地层钻进的新型混合齿PDC钻头。
技术介绍
在近年来的石油和天然气资源的勘探开发中，深井钻井和超深井成为提高油气资源开发的主力，在这样的油气钻井中，常常会遇到硬地层和研磨性地层，因此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。人们知道，在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。可供人们选择的钻头类型分为牙轮钻头和固定切削齿钻头，在钻井实践中，人们发现，牙轮钻头在硬地层和研磨性地层中钻井，由于牙轮钻头的轴承寿命和牙轮切削齿破碎地层的特点，钻肩在井底的重复破碎，往往造成这种钻头在深井和超深井钻井中，使得牙轮钻头的机械钻速低和寿命短，频繁更换钻头带来的起下钻作业时间长，增加了钻井周期和提高了劳动强度，大大增加了钻井成本。在软到中等硬度地层钻井中，首选PDC钻头钻井已成为石油钻井工业的行为标准；然而，在钻井实践，钻头在任何地层钻井都会产生的震动，在硬地层钻井钻头发生的震动更为严重，会产生钻头“回旋”，会造成PDC钻头严重早期磨损，会加速钻头的钝化或钻头失效；更换钻头会增加起、下钻作业时间，会增加钻井成本。在较硬地层钻井，钻头稳定性成为越来越大的挑战；人们不希望钻头的震动带来钻头的钝化或失效，它会造成不必要的起钻。已有的钻头设计方案，有部分能够适应不同地层硬度的地层钻井，钻头能够适当提高机械钻速和可以接受的钻头寿命和耐久性，比较先前的钻头设计，通常采用增加钻压来减小钻头的震动，例如，某些钻头设计采用低攻击性的后倾角钻进硬地层，这样的设计在硬地层钻进必须增加钻压。然而，在使用PDC钻头钻井过程，人们不希望使用高钻压，因为增加钻压，要增加钻铤的长度，就增加了钻柱的压力损耗，会增加栗的压力和动力消耗，会增加扶正器和钻柱的磨损，降低钻井效率和钻井成本。同时钻井中，增加钻压，会加速钻头的磨损和钻头变钝的速度，会增加使用钻头的数量；在钻头已磨损的条件下，要延长钻头的使用时间，为了在可接受的钻速条件下，只有增加钻压，由于钻头的磨损和钻压之间的关系不是线性关系，而是指数关系；在特定地层，在已有的钻压下增加小值的钻压，将会急剧加速钻头切削齿的磨损，因为齿的热磨损和冲击损坏会加速齿的损坏。因此，要增加硬地层钻井的速度，就要改变早先的钻头设计思路，选择更多的齿形和更多的切削齿布齿结构，改变钻头吃入方式和磨损特点，增加钻头抗研磨能力和工作寿命，增加切削齿的耐久性来延长钻头寿命，使用多种齿形的设计满足钻井作业对硬地层有效攻击性，提高新型钻头结构维持较高的钻速。
技术实现思路
本技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种新型混合齿PDC钻头。本技术通过以下技术方案来实现上述目的:—种新型混合齿PDC钻头，包括钻头体，所述钻头体上分布有多条刮刀，所述刮刀的切削齿结构轮廓包括内锥、鼻部、外锥、台肩和保径块，多条所述刮刀上设有多种切削齿；以所述刮刀切削时的旋转方向为前方，所述钻头体上的所述刮刀中，至少有一条刮刀上的前排齿包括两种剪切齿，该条刮刀上的后排齿至少包括一种剪切齿或一种限位齿；所述剪切齿包括圆片剪切齿和脊形剪切齿两种，所述限位齿包括球面圆柱齿和锥形圆柱齿两种。作为优选，所述钻头体上的所述刮刀中，至少包括一条刮刀，其前排齿分布于该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥、台肩和保径块，其前排齿由圆片剪切齿和脊形剪切齿组成，同一刮刀上的圆片剪切齿和脊形剪切齿间隔分布；该刮刀的后排齿至少包括一种剪切齿或一种限位齿。作为优选，所述刮刀的后排齿中的剪切齿包括分布于该刮刀轮廓的内锥、鼻部、夕卜锥、台肩和保径块的圆片剪切齿和脊形剪切齿，所述后排齿中的限位齿分布于钻头该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥和台肩部位。或者，所述钻头体上的每条刮刀上均设有由多种剪切齿构成的前排齿和多种后排齿；每条刮刀上的前排剪切齿与切削面之间设有0°?30°的后倾角；每条刮刀上的后排齿中的剪切齿与切削面之间设有15°?37°的后倾角；每条刮刀上的后排齿中的限位齿与切削面之间设有-8°?+8°的前倾角。或者，所述钻头体上的每条刮刀上均设有多种前排齿和多种后排齿；每条刮刀上的前排齿的出露高度大于后排齿的出露高度，高度差在0?3毫米之间。作为优选，所有的所述切削齿中，锥形圆柱齿、球面圆柱齿、圆片剪切齿和脊形剪切齿均为聚晶金刚石复合齿或由多晶超研磨材料制造的复合齿。上述所有结构中，各切削齿的名称含义如下:前排齿:在近年来的油气钻井中，使用的常规PDC钻头的刮刀常常采用双排齿的布齿方式，以刮刀切削时的旋转方向为前方，在刮刀前排布置的切削齿通常称为前排齿；后排齿:与前排齿相对应，在刮刀后排布置的切削齿通常称为后排齿；剪切齿:以剪切方式切削地层的切削齿统称为剪切齿。常规PDC钻头的刮刀上安装有圆片PDC齿，以剪切方式切削地层，并依适当的后倾角和侧倾角实现钻头的快速钻井，这种圆片PDC齿在钻头刮刀上的装配形式称为圆片剪切齿；上述脊形剪切齿，基体材料和形状都与圆片剪切齿相同，在钻头刮刀上的安装方式也与圆片剪切齿完全相同，也可以使用一样的后倾角和侧倾角进行描述。但是，脊形剪切齿的切削面不同于圆片剪切齿，具体结构见下述【具体实施方式】所述；另外，圆片剪切齿仅有一个侧倾角或0°侧倾角，而脊形剪切齿有两个侧倾角，一个为内侧倾角，另一个为外侧倾角。限位齿:常规roc钻头的后排齿都有限制roc钻头切深的作用，不同剪切齿的装配形式且具有限制PDC钻头切深功能的齿柱称作限位齿，限位齿一般垂直安装在PDC钻头的刮刀轮廓上。本技术的有益效果在于:本技术通过设计多种切削齿混合搭配和钻头切深控制的钻头切削齿结构，能降低钻头的扭矩波动，提尚钻头抗研磨和抗冲击的能力，延长钻头切削齿的寿命，并提尚钻头的切削能力、适应能力和机械钻速，增强钻头的稳定性，为用户降低钻井成本；具体表现为:1、采用刮刀式双排齿布齿结构，提高了钻头的固齿质量；同一刮刀的前后排齿布置，提高了钻头设计变化和选择的能力，可以根据钻井地层特点，选择合适的结构。前排齿选择圆片/脊形剪切齿混合搭配组合，改变了圆片或脊形剪切齿结构单一结构特征，增强了钻头的结构稳定性。2、米用刮刀式双排齿布齿结构，选择合适的前、后排齿的组合:优选合适的出露高度，控制钻头的每转切深，可以提尚钻头的稳定性，有利于钻头减小扭矩波动和工具面的控制，有利于延长钻头寿命。3、采用刮刀式双排齿布齿结构，可以依据定向井和水平井钻井的作业方式，采用合适的刮刀轮廓结构；依据地层的硬度和研磨性特点，选择不同切削齿类型应用在刮刀轮廓的不同位置；可以根据不同齿的特点和破岩特点，有利于提高钻头的抗冲击，抗研磨能力，提尚钻头的机械钻速和钻头寿命，达到减小钻井成本的目的。【附图说明】图1是本技术所述新型混合齿PDC钻头的剖视结构主视图；图2是本技术实施例1所述的新型混合齿PDC钻头的俯视图结构示意图；图3是本技术实施例2所述的新型混合齿PDC钻头的俯视图结构示意图；图4是本技术实施例3所述的新型混合齿PDC钻头的俯视图结构示意图；图5A是本技术所述圆片剪切齿的主视结构不意图；图5B是本技术所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型混合齿PDC钻头，包括钻头体，所述钻头体上分布有多条刮刀，所述刮刀的切削齿结构轮廓包括内锥、鼻部、外锥、台肩和保径块，多条所述刮刀上设有多种切削齿；其特征在于：以所述刮刀切削时的旋转方向为前方，所述钻头体上的所述刮刀中，至少有一条刮刀上的前排齿包括两种剪切齿，该条刮刀上的后排齿至少包括一种剪切齿或一种限位齿；所述剪切齿包括圆片剪切齿和脊形剪切齿两种，所述限位齿包括球面圆柱齿和锥形圆柱齿两种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩育民，闭磊，陈岚涛，
申请(专利权)人：成都百施特金刚石钻头有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51