一种三牙轮PDC同心钻头制造技术

本发明专利技术提供了一种三牙轮PDC同心钻头，由三牙轮钻头和PDC钻头组成，其中三牙轮PDC同心钻头下部前端领眼钻头为三牙轮钻头，紧随其口的扩眼钻头为PDC钻头，由此形成双级钻头，且上下两级钻头旋转轴心重合，三牙轮钻头和PDC钻头通过锥形螺纹正规扣型连接。该三牙轮PDC同心钻头，为三牙轮钻头与PDC钻头的结合，三牙轮钻头为直径较小的领眼钻头，PDC钻头为直径较大的扩眼钻头，二者旋转轴心重合，从而将牙轮钻头与PDC钻头各自的优点结合，实现双级钻头高效破岩，机械钻速潜力较大，提高机械钻速、增加钻头进尺，减少泥包等井下事故的发生，具有广泛的地层适用性，提供深部硬度高的研磨性地层钻井作业提速增效的新技术方案。

A three cone PDC concentric bit

【技术实现步骤摘要】
一种三牙轮PDC同心钻头
本专利技术涉及一种PDC钻头
，特别是一种三牙轮PDC同心钻头。
技术介绍
钻井是勘探、开发石油天然气和深部矿产资源的一个重要环节。作为钻井过程中用于破碎岩石的重要工具，能够根据地层特性及钻井工艺条件选择合适的钻头，是影响钻井速度和成本的主要因素。石油矿产勘探钻井使用的钻头分为牙轮钻头、金刚石材料钻头及刮刀钻头三大类，其中金刚石钻头包括天然金刚石钻头、聚晶金刚石复合片钻头，即PDC钻头和热稳定性聚晶金刚石钻头，即TSP钻头三类。目前钻井作业向深部复杂地层发展，深井、超深井数量增多，传统的三牙轮和PDC钻头破岩效率低，机械钻速慢，单只钻头进尺短，钻头实效情况严重，使用寿命短，导致起换钻频繁，无法满足深部复杂地层钻井提速增效的要求，迫切需要研制破岩效率更高、使用范围广、使用寿命长的新钻头。
技术实现思路
为克服现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种三牙轮PDC同心钻头，为三牙轮钻头与PDC钻头的结合，三牙轮钻头为直径较小的领眼钻头，PDC钻头为直径较大的扩眼钻头，二者旋转轴心重合，从而将牙轮钻头与PDC钻头各自的优点结合，实现双级钻头高效破岩，机械钻速潜力较大，提高机械钻速、增加钻头进尺，减少泥包等井下事故的发生，具有广泛的地层适用性，为实现深部硬度高的研磨性地层钻井作业提速增效提供了新的技术方案。本专利技术的目的在于提供一种三牙轮PDC同心钻头，由三牙轮钻头和PDC钻头组成，其中三牙轮PDC同心钻头下部前端领眼钻头为三牙轮钻头，紧随其口的扩眼钻头为PDC钻头，由此形成双级钻头，且上下两级钻头旋转轴心重合。优选地，所述三牙轮钻头和PDC钻头通过锥形螺纹正规扣型连接。优选地，所述三牙轮PDC同心钻头中心设置一条贯通的中心流道，PDC钻头部分包括扩眼PDC钻头体以及上接头，上接头设置在扩眼PDC钻头体上方并扣合，扩眼PDC钻头体外侧设置多个切削齿，内壁设置多个向内倾斜的喷嘴。优选地，所述三牙轮钻头为普通三牙轮钻头，可根据地层情况自由选型。优选地，所述PDC钻头没有冠部，只有刀翼，刀翼之间设置喷嘴，喷嘴大小根据上下级水力能量分布确定，用于冷却PDC钻头切削齿、清岩和携岩。优选地，所述三牙轮钻头由本体、牙轮和牙轮上镶装的硬质合金齿、轴承、储油腔和喷嘴部分组成，所述本体内部设置牙轮以及与牙轮呈一定角度设置的轴承，牙轮一侧设置储油腔，另一侧设置喷嘴，喷嘴与所述本体中心设置的中心流道流体相通，所述牙轮与本体由轴承连接。优选地，所述三牙轮钻头在钻牙和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动作用而剪切岩石。当牙轮在井底滚动时，以单齿和双齿交替与井底相接触，当单齿着力时，轮轴心升高一点，双齿着地时，轮轴心降低一点，如此交替进行，钻头便随牙轮轴心高低的位移产生往复运动，从而产生冲击、压碎岩石作用。优选地，所述PDC钻头由上接头、钻头体、切削齿和喷嘴组成，所述钻头体中心设置中心流道，上接头中部半径缩小，半径缩小的部分形成卸扣槽，钻头体下部围绕设置切削齿，切削齿内径为保径结构，并设置与所述中心流道贯通的喷嘴。优选地，所述PDC钻头破碎岩石采用剪切、切削、并辅以压碎和研磨几种方式，当钻进比较软的地层或者其轴向压力足够大的情况下，复合片吃入地层的深度相对较深，在钻头旋转力的综合作用下，地层被剪切和切削破碎，当地层相对比较硬或者轴向压力相对较小时，复合片吃入地层的深度较浅，便会出现轻微的压碎，或者以研磨方式破碎地层，当轴向压力达到或者超过所钻地层的抗压强度时，被钻地层转化为体积破碎方式。优选地，所述三牙轮PDC同心钻头在易破碎区，先通过三牙轮钻头的冲击和剪切作用破碎岩石，钻出小井眼，紧接着通过PDC扩眼钻头以剪切方式破岩，钻出所需要的设计井眼。本专利技术的有益效果：本专利技术的三牙轮PDC同心钻头结合了三牙轮钻头和PDC钻头的高校破岩结构，能够有效提高钻精速度，增加进尺，减少起下钻，拓展钻头使用范围，减少泥包等井下事故的发生，包括：1、三牙轮钻头使用地层范围广、而PDC钻头适用于软至中硬地层。在硬底层中适用三牙轮导眼钻出小井眼，井底岩石地层多出一个自由面，井底应力得到释放，地层硬度相对降低，从而满足了PDC扩眼钻头破岩需求。2、三牙轮钻头自洗效果好，不易泥包，而在钻进粘性地层时，PDC钻头尤其是冠部位置容易发生泥包，三牙轮PDC同心钻头下部选择三牙轮钻头，改变了PDC钻头冠部形状，解决了PDC钻头冠部易泥包问题。3、三牙轮钻头钻进所需钻压大，PDC钻头钻进所需钻牙小，三牙轮PDC同心钻头三牙轮导眼钻头位于下部，直接接触井底，承受大部分钻压，而PDC扩眼钻头位于其上部，作用于应力释放的地层，只承受小部分钻压，如此可充分发挥二者优点钻进破岩。4、三牙轮钻头破碎岩石产生大块岩屑，而PDC扩眼钻头由于其剪切作用，可释放底层应力，地层岩石容易发生破碎。三牙轮PDC同心钻头前端的领眼钻头为三牙轮钻头，该钻头破岩产生的岩屑较大，利于准确判断地质情况。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本专利技术的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：附图1为根据本专利技术实施例的三牙轮PDC同心钻头整体结构图；附图2为根据本专利技术实施例的三牙轮PDC同心钻头工作原理图；附图3为根据本专利技术实施例的三牙轮钻头结构示意图；附图4为根据本专利技术实施例的PDC钻头结构示意图。具体实施方式传统的三牙轮钻头和PDC钻头结构不同、破岩方式不同，在钻井工艺中各有优势又各有缺点，因此本实施例考虑将三牙轮钻头和PDC钻头有机结合形成三牙轮PDC双级钻头，钻头同心设置，从而提升钻头的地层适用性，发挥最佳破岩效果。参见图1，三牙轮PDC同心钻头由三牙轮钻头和PDC钻头组成，其中三牙轮PDC同心钻头下部前端领眼钻头为三牙轮钻头，紧随其口的扩眼钻头为PDC钻头，由此形成双级钻头，且上下两级钻头旋转轴心重合。三牙轮钻头和PDC钻头通过锥形螺纹正规扣型连接，方便更换三牙轮钻头。其中，三牙轮PDC同心钻头中心设置一条贯通的中心流道，PDC钻头部分包括扩眼PDC钻头体以及上接头，上接头设置在扩眼PDC钻头体上方并扣合，扩眼PDC钻头体外侧设置多个切削齿，内壁设置多个向内倾斜的喷嘴。领眼三牙轮钻头为普通三牙轮钻头，可根据地层情况自由选型。扩眼PDC钻头没有冠部，只有刀翼，刀翼之间设置喷嘴，喷嘴大小根据上下级水力能量分布确定，主要用于冷却PDC钻头切削齿、清岩和携岩。三牙轮PDC同心钻头的双级结构改变了传统钻头的切削破岩方式，采取分级破岩的方式，参见图2，在易破碎区，先通过三牙轮钻头的冲击和剪切作用破碎岩石，钻出小井眼，紧接着通过PDC扩眼钻头以剪切方式破岩，钻出所需要的设计井眼。领眼钻头直径较小，有较高的机械钻速潜力；领眼钻出之后，井底岩石底层多出了一个自由面，井底应力得到释放，有利于后续扩眼钻头破碎岩石，能够有效提高机械钻速，提高钻头破岩效率，三牙轮PDC同心钻头扩展钻头适应地层范围。参见图3，三牙轮钻头钻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三牙轮PDC同心钻头，其特征在于：由三牙轮钻头和PDC钻头组成，其中三牙轮PDC同心钻头下部前端领眼钻头为三牙轮钻头，紧随其口的扩眼钻头为PDC钻头，由此形成双级钻头，且上下两级钻头旋转轴心重合。

【技术特征摘要】
1.一种三牙轮PDC同心钻头，其特征在于：由三牙轮钻头和PDC钻头组成，其中三牙轮PDC同心钻头下部前端领眼钻头为三牙轮钻头，紧随其口的扩眼钻头为PDC钻头，由此形成双级钻头，且上下两级钻头旋转轴心重合。2.根据权利要求1所述的一种三牙轮PDC同心钻头，其特征在于：所述三牙轮钻头和PDC钻头通过锥形螺纹正规扣型连接。3.根据权利要求1所述的一种三牙轮PDC同心钻头，其特征在于：所述三牙轮PDC同心钻头中心设置一条贯通的中心流道，PDC钻头部分包括扩眼PDC钻头体以及上接头，上接头设置在扩眼PDC钻头体上方并扣合，扩眼PDC钻头体外侧设置多个切削齿，内壁设置多个向内倾斜的喷嘴。4.根据权利要求3所述的一种三牙轮PDC同心钻头，其特征在于：所述三牙轮钻头为普通三牙轮钻头，可根据地层情况自由选型。5.根据权利要求1所述的一种三牙轮PDC同心钻头，其特征在于：所述PDC钻头没有冠部，只有刀翼，刀翼之间设置喷嘴，喷嘴大小根据上下级水力能量分布确定，用于冷却PDC钻头切削齿、清岩和携岩。6.根据权利要求1所述的一种三牙轮PDC同心钻头，其特征在于：所述三牙轮钻头由本体、牙轮和牙轮上镶装的硬质合金齿、轴承、储油腔和喷嘴部分组成，所述本体内部设置牙轮以及与牙轮呈一定角度设置的轴承，牙轮一侧设置储油腔，另一侧设置喷嘴，喷嘴与所述本体中心设置的中心流道流体相通，所述牙轮与本体由轴承连接。7.根据权利要求6所述的一种三牙轮PD...

【专利技术属性】
技术研发人员：任志坤，王亮，
申请(专利权)人：河北锐石钻头制造有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13