一种耐冲击PDC钻头制造技术

一种耐冲击PDC钻头，包括柱形的钻头体(7)和在钻头体(7)上端面周向相互间隔120

【技术实现步骤摘要】
一种耐冲击PDC钻头


[0001]本技术涉及石油钻井
，尤其涉及一种耐冲击PDC钻头。

技术介绍

[0002]在油气田开发、地质勘探的钻井过程中，钻头是钻井施工必不可少的重要工具之一，PDC钻头的破岩原理是剪切破岩，但在一些硬地层及硬脆性地层的钻进过程中，由于地层岩石硬度高，PDC刀翼切削齿抗冲击力性不能满足该类地层的组合钻磨，钻头在钻井过程中心部磨损严重，出现严重凹陷，同时会发生卡钻现象，无法继续进行正常的钻井作业。
[0003]技术专利“一种适用于含砾地层钻进的PDC钻头”(CN202020803617.8)，包括钻头本体和固定设置于钻头本体上的若干刀翼，刀翼均设有位于前排的平面切削齿，以及位于后排的异形三戟切削齿。其保证钻井效率的同时，通过后排布置抗冲击性更好的异型齿，保证在含砾地层中钻头的抗冲击能力，兼顾钻头在含砾地层中的机械钻速和使用寿命。但该钻头五刀翼结构，刀翼间距离较近，岩屑易在刀翼间碰撞，损害刀翼。技术专利“一种防卡钻PDC钻头”(CN202020579368.9)，包括钻头体、水眼、固定切削结构，钻头体上设置有滚筒装配面，至少一个滚筒套装在钻头体上，滚筒可相对钻头体自由转动，滚筒的外表面具有耐磨表层或耐磨牙齿。当钻头在井下旋转钻进时，短节上的滚筒能对井壁表面做碾压，不仅能起到稳定钻头以及修整井壁等作用，而且能将井壁掉块碾压破碎，有效减少因掉块卡钻的风险。但该装置上的滚筒易脱落，且钻头上外加结构多，加工不易。技术专利“一种具有主动防卡功能的新型PDC钻头”(CN202020702747.2)，包括设置有刀头的钻头本体，刀头上设置有若干条钻头刀翼，钻头刀翼之间构成刀头侧边的外流道，刀头和钻头本体内设置有连通的、供流体通过的内流道，刀头的外流道中，设置有旋转破岩装置，所述旋转破岩装置包括叶轮以及转动件，流体流过所述刀头的内流道时通过叶轮带动所述转动件转动。转动件上的破碎单元对岩块是非单点破碎，而是涡动破碎岩石，且由于螺旋结构整体呈现锥形，在钻进的过程中会对岩块产生向两侧的锲力，从而使岩石破碎，有效防止卡钻。但该装置中的叶轮受流体作用而运转，当夹杂岩屑时会堵塞通道，使旋转装置失效。文献“环脊式PDC钻头破岩机理实验研究”(杨迎新,胡浩然,黄奎林,谢宗亮,于洪波.地下空间与工程学报,2019,15(05):1451
‑
1460.)，报道一种环脊式PDC钻头，该钻头采用不连续布齿技术，即在钻头的布齿区域内，至少有一个不设置主切削齿的环形空白带，且在刀翼体的环带相应位置处开设周向贯通的凹槽，在凹槽的底面或者侧面设计二级切削齿，该技术降低了钻头的切削能耗，提升了钻头破岩效率，同时可以抑制钻头横向振动，有效减少钻头切削齿的冲击失效。但刀翼上设置凹槽，使其自身强度大大降低，易在凸脊处发生破碎。文献“大港油田个性化PDC钻头破岩技术试验”(晏加刚.科学技术创新,2019(25):153
‑
154)报道一种个性化的PDC钻头，采用新型MD9531异型齿PDC钻头，大大改善PDC钻头的抗冲击性、抗耐磨性以及对不同软硬地层的适用性；采用新型浅内锥
‑
双圆弧冠部轮廓，最大程度实现了所有切削齿的均匀切削和磨损；采用抗冲击异型切削齿，五刀翼双排齿结构，后排切削齿为锥型齿结构，合理安排齿高度差，切削齿布置类型选用顺时针设计，对比逆时针布置钻头的进攻
性更强，切削效率更高。但该装置的浅内锥
‑
双圆弧冠部轮廓降低了钻头的冲击性，破岩效率降低。

技术实现思路

[0004]本技术提供一种耐冲击PDC钻头，解决钻头在硬脆性地层钻进过程中抗冲击能力差，钻头出现“掏心”现象以及卡钻的问题，提高钻头的切削效率和机械钻速，使其适用于硬脆性地层及软硬交错地层。
[0005]本技术技术方案如下：
[0006]一种耐冲击PDC钻头，包括柱形的钻头体(7)和在钻头体(7)上端面周向相互间隔120
°
布置的三个刀翼(2)，相邻的刀翼(2)与所述钻头体(7)的外表面形成排屑槽(4)，每个排屑槽(4)上设有两个喷嘴(1)，所述钻头体(7)通过设于其内部的轴承结构旋转机构连接；
[0007]所述刀翼(2)从钻头体上端面的圆心向外依次延伸有内锥段(10)和外锥段(9)；所述外锥段(9)与内锥段(10)平滑相接且外锥段(9)与内锥段(10)的锥角相差2～3
°
；所述内锥段(10)与外锥段(9)的总长度为钻头体(7)上端面半径的1.3倍；垂直于所述外锥段(9)的外端面并紧贴所述钻头体(7)的外侧面向下延伸有所述刀翼(2)的保径段(8)，所述保径段(8)的高度等于内锥段(10)和外锥段(9)总长度的三分之一。
[0008]作为优选，所述内锥段(10)上均匀布设有多个弯刀尖齿(3)；所述外锥(9)的内切削刃侧布设有多个弯刀尖齿(3)，外切削刃侧均匀布设有多个斧型齿(5)；所述刀翼(2)保径段(8)均匀布设有两排倒划眼齿(6)。
[0009]作为优选，所述内锥段(10)上的弯刀尖齿(3)的布齿密度高于外锥段(9)上的斧型齿(5)的布齿密度。
[0010]作为优选，所述斧型齿(5)和弯刀尖齿(3)均是齿径为4～5cm的柱形齿。
[0011]作为优选，所述斧型齿(5)的齿高为10～12cm，且其顶部为在上表面直径处向外对称斜切出平齿面(51)的尖齿形，切出的两个平齿面的夹角为120
°
。
[0012]作为优选，所述弯刀尖齿(3)的上表面(31)与下端面(32)的夹角为16
°
，且沿所述弯刀尖齿的上表面(31)向下斜切有对称的切削刃(33)，所述切削刃(33)与所述弯刀尖齿(3)的圆柱外周线的倾斜比例为1:4；所述切削刃(33)设于所述弯刀尖齿(3)上表面的低位处，使得所述弯刀尖齿(3)上表面的低位处形成120
°
尖角；所述弯刀尖齿(3)的齿高为齿径的二分之三1.5。
[0013]作为优选，所述倒划眼齿(6)的直径为4～5cm。
[0014]作为优选，所述排屑槽的深度为12～20cm。
[0015]本技术相对于现有技术优势在于：本技术所述耐冲击PDC钻头，通过为刀翼设置锥角相差2～3
°
的内锥段和外锥段，以及外尺寸大于钻头体的保径段，提升钻头的抗冲击及防卡能力，使其可以适用于一些硬脆性地层，大大提高钻头的切削效率及机械钻速；在刀翼内锥段和外锥段内切削刃侧设计弯刀尖齿，兼顾研磨性及抗冲击性，提高钻头心部及刀翼的抗冲击能力，提高钻头寿命；刀翼外锥段外切削刃侧设计有几何外形为尖齿的斧型齿，便于岩屑排出，同时点载荷破岩应力集中，切削效率更高；刀翼保径段设计倒划眼齿，对岩石掉块和岩屑堆积进行破碎和重复切削，同时倒划眼齿减小起钻阻力和卡钻风险；刀翼保径段长度较短，提高钻头的导向性。
附图说明
[0016]图1为本技术所述耐冲击PDC钻头一实施例的立体结构示意图；
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐冲击PDC钻头，其特征在于，包括柱形的钻头体(7)和在钻头体(7)上端面周向相互间隔120
°
布置的三个刀翼(2)，相邻的刀翼(2)与所述钻头体(7)的外表面形成排屑槽(4)，每个排屑槽(4)上设有两个喷嘴(1)，所述钻头体(7)通过设于其内部的轴承结构旋转机构连接；所述刀翼(2)从钻头体上端面的圆心向外依次延伸有内锥段(10)和外锥段(9)；所述外锥段(9)与内锥段(10)平滑相接且外锥段(9)与内锥段(10)的锥角相差2～3
°
；所述内锥段(10)与外锥段(9)的总长度为钻头体(7)上端面半径的1.3倍；垂直于所述外锥段(9)的外端面并紧贴所述钻头体(7)的外侧面向下延伸有所述刀翼(2)的保径段(8)，所述保径段(8)的高度等于内锥段(10)和外锥段(9)总长度的三分之一。2.根据权利要求1所述耐冲击PDC钻头，其特征在于，所述内锥段(10)上均匀布设有多个弯刀尖齿(3)；所述外锥段(9)的内切削刃侧布设有多个弯刀尖齿(3)，外切削刃侧均匀布设有多个斧型齿(5)；所述刀翼(2)保径段(8)均匀布设有两排倒划眼齿(6)。3.根据权利要求2所述耐冲击PDC钻头，其特征在于，所述内锥段(10)上的弯刀尖齿(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彪，翟科军，刘晓民，李双贵，张俊，易浩，于洋，李文霞，罗发强，李少安，刘景涛，王居贺，陈修平，陈培亮，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：新型
国别省市：