一种大小齿双序布齿的PDC钻头制造技术

本发明专利技术涉及钻井设备技术领域，是一种大小齿双序布齿的PDC钻头，包括钻头本体、主刀翼、副刀翼、第一主切削齿和第二主切削齿，钻头本体上端沿圆周间隔均布有至少两个主刀翼。本发明专利技术结构合理而紧凑，主切削齿的布齿顺序与副切削齿的布齿顺序相反，能够使主切削齿和副切削齿的切削量和切削力各自易于达到均衡，这有利于切削齿的工作量均衡和寿命均衡，主切削齿和副切削齿交替布置，使主切削齿和副切削齿的优势互补，最大限度地发挥双序布齿的优越性，并且在难钻地层中具有良好的稳定性、耐久性以及较高的机械钻速，能明显提高钻头的地层适应性，既能兼顾软地层又能钻进较硬地层，又能增强钻头穿夹层的能力。强钻头穿夹层的能力。强钻头穿夹层的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种大小齿双序布齿的PDC钻头


[0001]本专利技术涉及钻井设备
，是一种大小齿双序布齿的PDC钻头。

技术介绍

[0002]聚晶金刚石复合片（Polycrystalline Diamond Compact）钻头，简称PDC钻头，是目前石油天然气钻井工程中使用得最多的破岩工具之一。PDC钻头多设计成刀翼式结构形式，PDC齿布置在钻头体的刀翼冠部上，刀翼之间形成钻头的水力排屑槽。PDC齿由聚晶金刚石层和硬质合金基座复合而成，聚晶金刚石层具有金刚石的高硬度和高耐磨性，但也有一定的脆性。PDC齿一般为圆柱状，PDC钻头破岩工作时，靠钻压将PDC齿压入（侵入）地层，在钻头体的旋转带动下刮切破碎岩石。一般来说，PDC齿尺寸（指圆柱的直径大小）越小，越容易侵入地层。但PDC齿尺寸越小刮切时的刮切破岩量越小，齿的覆盖面积也越小。因此，在较软的地层中钻进时，一般采用较大尺寸的PDC齿，以增大PDC齿的刮切破岩量，进而提高软地层的钻进效率；在硬地层中钻进时，一般采用较小尺寸的PDC齿，增强PDC齿侵入地层的能力和深度，以提高钻井速度。
[0003]由于PDC齿的聚晶金刚石层有一定的脆性，大尺寸PDC齿的金刚石含量和可磨损高度大于小尺寸的PDC齿，但大尺寸PDC齿的抗冲性能弱于小尺寸PDC齿。在较硬地层中钻进时，由于地层硬，PDC齿难以侵入地层，地层对PDC齿的冲击损坏大，因此硬地层中一般选用较小尺寸的PDC齿。但小尺寸的PDC齿的可磨损高度较小，PDC齿的金刚石含量较少，耐磨寿命相对短。这就是硬地层中PDC齿选用的矛盾。
[0004]钻头钻进时往往不是在相对单一岩性的地层中钻进，有时钻头钻进过程中须穿过多种软硬不同、岩性变化的地层，如软硬频繁交错的地层、软（或硬）夹层、不均质地层等。由于PDC齿有一定的脆性，其地层适应性相对较差，地层变化时，会带来PDC齿的损坏或钻头钻进速度的降低等不适应情况的产生。采用单一尺寸PDC齿的钻头往往不能胜任软硬交错、夹层或不均质地层中的快速、长寿命高效钻进。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种大小齿双序布齿的PDC钻头，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有深部难钻地层存在钻井机速低，建井周期长的问题。
[0006]本专利技术的技术方案是通过以下措施来实现的：一种大小齿双序布齿的PDC钻头，包括钻头本体、主刀翼、副刀翼、第一主切削齿和第二主切削齿，钻头本体上端沿圆周间隔均布有至少两个主刀翼，主刀翼沿冠部轮廓由内向外依次划分为第一内锥段、第一鼻部、第一肩部和第一外锥段和第一保径部，每个主刀翼的第一内锥段、第一鼻部、第一肩部和第一外锥段上均由内向外交替设置有若干个第一主切削齿和第一副切削齿，每相邻的两个主刀翼之间的钻头本体上端均固定有副刀翼，副刀翼沿冠部轮廓由内向外依次划分为第二内锥段、第二鼻部、第二肩部和第二外锥段和第一保径部，每个副刀翼的第二内锥段、第二鼻部、第二肩部和第二外锥段上均由内向外交替设置有若干个第二主切削齿和第二副切削齿，所
有主刀翼第一内锥段、第一鼻部和所有副刀翼第一内锥段、第一鼻部形成布齿面，位于布齿面上的所有第一主切削齿和第二主切削齿为主切削齿，主切削齿呈涡状形分布，位于布齿面上的所有第一副切削齿和第二副切削齿为副切削齿，副切削齿呈旋向与主切削齿的旋向相反的涡状形分布，每个主刀翼和与其相邻位置的两个副刀翼之间均形成有靠近钻头本体上端中央处相互连通的排屑槽。
[0007]下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进：上述第一主切削齿和第二主切削齿均可为直径相同的圆柱形，第一副切削齿和第二副切削齿均为直径相同的圆柱形，第一副切削齿的直径小于第一主切削齿的直径，第一主切削齿凸出于主刀翼的最大高度为第一距离，第一副切削齿凸出于主刀翼的最大高度为第二距离，第二主切削齿凸出于副刀翼的最大高度为第三距离，第二副切削齿凸出于副刀翼的最大高度为第四距离，第一距离、第二距离、第三距离和第四距离均相等。
[0008]上述每个第一主切削齿端部、第一副切削齿端部、第二主切削齿端部和第二副切削齿端部均可设有复合层。
[0009]上述至少一个第一主切削齿或者至少一个第一副切削齿或者至少一个第二主切削齿或者至少一个第二副切削齿可位于钻头本体的径向内二分之一区域。
[0010]上述至少一个第一主切削齿或者至少一个第一副切削齿或者至少一个第二主切削齿或者至少一个第二副切削齿可位于钻头本体的径向内三分之一区域。
[0011]上述每个第一主切削齿的前倾角均可小于或等于与其相邻且远离钻头本体中央的第一副切削齿的前倾角，每个第二主切削齿的前倾角均小于或等于与其相邻且远离钻头本体中央的第二副切削齿的前倾角。
[0012]上述每个主刀翼远离切削侧边的第一鼻部、第一肩部和每个副刀翼远离切削侧边的第二鼻部、第二肩部均可由内至外间隔设有若干个辅助切削齿。
[0013]上述对应每个排屑槽位置的钻头本体上端均可间隔设有至少一个内外连通的射流孔，每个射流孔内均固定安装有喷嘴。
[0014]本专利技术结构合理而紧凑，主切削齿的布齿顺序与副切削齿的布齿顺序相反，能够使主切削齿和副切削齿的切削量和切削力各自易于达到均衡，这有利于切削齿的工作量均衡和寿命均衡，主切削齿和副切削齿交替布置，使主切削齿和副切削齿的优势互补，最大限度地发挥双序布齿的优越性，并且在难钻地层中具有良好的稳定性、耐久性以及较高的机械钻速，能明显提高钻头的地层适应性，既能兼顾软地层又能钻进较硬地层，又能增强钻头穿夹层的能力。
附图说明
[0015]附图1为本专利技术的俯视结构示意图。
[0016]附图2为本专利技术的立体结构示意图。
[0017]附图3为本专利技术中主切削齿和副切削齿的布齿顺序示意图。
[0018]附图4为本专利技术中切削齿的前倾角示意图。
[0019]附图5为本专利技术中第一主切削齿和第一副切削齿的径向覆盖布齿示意图。
[0020]附图6为本专利技术中第二主切削齿和第二副切削齿的径向覆盖布齿示意图。
[0021]附图中的编码分别为：1为钻头本体，2为主刀翼，3为副刀翼，4为第一主切削齿，5
为第二主切削齿，6为第一副切削齿，7为第二副切削齿，8为复合层，9为辅助切削齿，10为喷嘴，11为排屑槽，
ɑ
为前倾角。
具体实施方式
[0022]本专利技术不受下述实施例的限制，可根据本专利技术的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
[0023]在本专利技术中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
[0024]下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步描述：如附图1、2、3、4、5、6所示，该大小齿双序布齿的PDC钻头包括钻头本体1、主刀翼2、副刀翼3、第一主切削齿4和第二主切削齿5，钻头本体1上端沿圆周间隔均布有至少两个主刀翼2，主刀翼2沿冠部轮廓由内向外依次划分为第一内锥段、第一鼻部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大小齿双序布齿的PDC钻头，其特征在于包括钻头本体、主刀翼、副刀翼、第一主切削齿和第二主切削齿，钻头本体上端沿圆周间隔均布有至少两个主刀翼，主刀翼沿冠部轮廓由内向外依次划分为第一内锥段、第一鼻部、第一肩部和第一外锥段和第一保径部，每个主刀翼的第一内锥段、第一鼻部、第一肩部和第一外锥段上均由内向外交替设置有若干个第一主切削齿和第一副切削齿，每相邻的两个主刀翼之间的钻头本体上端均固定有副刀翼，副刀翼沿冠部轮廓由内向外依次划分为第二内锥段、第二鼻部、第二肩部和第二外锥段和第一保径部，每个副刀翼的第二内锥段、第二鼻部、第二肩部和第二外锥段上均由内向外交替设置有若干个第二主切削齿和第二副切削齿，所有主刀翼第一内锥段、第一鼻部和所有副刀翼第一内锥段、第一鼻部形成布齿面，位于布齿面上的所有第一主切削齿和第二主切削齿为主切削齿，主切削齿呈涡状形分布，位于布齿面上的所有第一副切削齿和第二副切削齿为副切削齿，副切削齿呈旋向与主切削齿的旋向相反的涡状形分布，每个主刀翼和与其相邻位置的两个副刀翼之间均形成有靠近钻头本体上端中央处相互连通的排屑槽。2.根据权利要求1所述的大小齿双序布齿的PDC钻头，其特征在于第一主切削齿和第二主切削齿均为直径相同的圆柱形，第一副切削齿和第二副切削齿均为直径相同的圆柱形，第一副切削齿的直径小于第一主切削齿的直径，第一主切削齿凸出于主刀翼的最大高度为第一距离，第一副切削齿凸出于主刀翼的最大高度为第二距离，第二主切削齿凸出于副刀翼的最大高度为第三距离，第二副切削齿凸出于副刀翼的最大高度为第四距离，第一距离、第二距离、第三距离和第四距离均相等。3.根据权利要求2所述的大小齿双序布齿的PDC钻头，其特征在于每个第一主切削齿端部、第一副切削齿端部、第二主切削齿端部和第二副切削齿端部均设有复合层。4.根据权利要求1或2或3所述的大小齿双序布齿的PDC钻头，其特征在于至少一个第一主切削齿或者至少一个第一副切削齿或者至少一个第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炼，宋朝晖，王新东，张武涛，谢正森，康克利，李明，朱金涛，武智，
申请(专利权)人：中国石油集团西部钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：