一种适用于硬夹层钻进的PDC钻头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种适用于硬夹层钻进的PDC钻头，所述PDC钻头包括钻头基体和设置在所述钻头基体表面上的若干个刀翼，所述刀翼上设置有若干个圆柱形PDC切削齿并且至少两个刀翼上还设置有若干个圆锥形PDC切削齿，其中，圆柱形PDC切削齿设置在刀翼的前排，圆锥形PDC切削齿设置在刀翼的后排。本实用新型专利技术适用于硬夹层钻进的PDC钻头克服了现有技术中PDC钻头的应用问题，能够解决目前抗压强度高的硬夹层地层中运用常规PDC钻头钻进时切削齿崩损严重、切削效率低、使用寿命短、吃入地层困难、牙轮钻头钻进效率低且使用时间短等多个技术问题，达到了提高钻头破岩工作效率并延长钻头使用寿命的目的。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及石油钻探工具
，更具体地讲，涉及一种适用于硬夹层钻进的PDC钻头。
技术介绍
PDC钻头使用人造聚晶金刚石复合片作为切削元件以切削方式破碎岩石，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。但是，在钻遇软硬交错地层时，PDC钻头的表现不够理想。尤其当钻遇一些软硬夹层较少的地层时，PDC金刚石钻头的切削齿容易受到冲击破坏。为了应对这种情况，公开号为CN202249786U的中国专利文献公开了由大齿和小齿组合而成的复合切削结构的PDC钻头，该钻头虽然适用地层广泛，但是仍然存在以下不足：一方面，其采用单排齿设计，在相同钻压下单颗切削齿的比钻压高，在钻遇大段抗压强度高的硬夹层时切削齿极易受到冲击破坏而失去切削能力，钻头使用寿命短；另一方面，地层抗压强度高，圆柱形PDC齿吃入地层困难，导致切削效率低。在我国某些油田，有些井段地层压实性强，钙质和硅质胶结地层研磨性强、可钻性差、单只钻头进尺少且机械钻速低，严重制约了本地区的钻井速度。而海洋钻井作业的费用昂贵，因此提高PDC钻头工作效率对于节省钻井成本具有非常重要的意义。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本技术的目的是提供一种能够解决目前抗压强度高的硬夹层地层中运用常规PDC钻头钻进时切削齿崩损、磨损严重、使用寿命短且吃入地层困难、切削效率低等问题的适用于硬夹层钻进的PDC钻头。本技术提供了一种适用于硬夹层钻进的PDC钻头，所述PDC钻头包括钻头基体和设置在所述钻头基体表面上的若干个刀翼，所述刀翼上设置有若干个圆柱形PDC切削齿并且至少两个刀翼上还设置有若干个圆锥形PDC切削齿，其中，圆柱形PDC切削齿设置在刀翼的前排，圆锥形PDC切削齿设置在刀翼的后排。根据本技术适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，所述刀翼包括长刀翼和短刀翼，并且所述长刀翼和短刀翼交错分布排列。根据本技术适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，相邻两个刀翼之间的间隙处设置有排削槽，所述排削槽上设置有若干个喷嘴。根据本技术适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，所述圆柱形PDC切削齿包括两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿并且所述两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿混合布置，在所述两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿中，大齿的直径为16～19mm，小齿的直径为13～16mm。根据本技术适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，所述圆锥形PDC切削齿包括两种规格尺寸的圆锥形PDC切削齿并且所述两种规格尺寸的圆锥形PDC切削齿混合布置，在所述两种规格尺寸的圆锥形PDC切削齿中，大齿的直径为16～19mm且锥顶半径为2～2.5mm，小齿的直径为13～16mm且锥顶半径为1.5～2.0mm。根据本技术适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，刀翼的前 排上的两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿混合布置在整个冠面或者冠面上的任意局部区域上。根据本技术适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，刀翼的后排上的若干个圆锥形PDC切削齿与刀翼的前排上的若干个圆柱形PDC切削齿同轨迹布置，并且刀翼的后排上的若干个圆锥形PDC切削齿的直径分别与刀翼的前排上相对应的圆柱形PDC切削齿的直径相等。根据本技术适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，所述圆锥形PDC切削齿以前倾方式布置在刀翼上并且设置为具有-3°～3°的前倾角。根据本技术适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，所述圆锥形PDC切削齿的出刃高度比所述圆柱形PDC切削齿的出刃高度高0.5～1.0mm。根据本技术适用于硬夹层钻进的PDC钻头的一个实施例，所述圆柱形PDC切削齿以后倾方式布置在刀翼上并且设置为具有20°～25°的后倾角。与现有技术相比，本技术适用于硬夹层钻进的PDC钻头克服了现有技术中PDC钻头的应用问题，能够解决目前抗压强度高的硬夹层地层中运用常规PDC钻头钻进时切削齿崩损严重、切削效率低、使用寿命短、吃入地层困难、牙轮钻头钻进效率低且使用时间短等多个技术问题，达到了提高钻头破岩工作效率并延长钻头使用寿命的目的。附图说明图1示出了根据本技术示例性实施例的适用于硬夹层钻进的PDC钻头的结构示意图。图2示出了根据本技术示例性实施例的适用于硬夹层钻进的PDC钻 头中圆锥形PDC切削齿的局部结构示意图。图3示出了根据本技术示例性实施例的适用于硬夹层钻进的PDC钻头中刀翼上的圆锥形PDC切削齿和圆柱形PDC切削齿的切削状况示意图。附图标记说明：1-钻头基体、2-刀翼、3-大圆柱形PDC切削齿、4-小圆柱形PDC切削齿、5-大圆锥形PDC切削齿、6-小圆锥形PDC切削齿、7-喷嘴、8-排削槽、R-锥顶半径、α-前倾角。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。下面将对本技术适用于硬夹层钻进的PDC钻头的结构和原理进行详细的说明。图1示出了根据本技术示例性实施例的适用于硬夹层钻进的PDC钻头的结构示意图，图2示出了根据本技术示例性实施例的适用于硬夹层钻进的PDC钻头中圆锥形PDC切削齿的局部结构示意图，图3示出了根据本技术示例性实施例的适用于硬夹层钻进的PDC钻头中刀翼上的圆锥形PDC切削齿和圆柱形PDC切削齿的切削状况示意图。如图1至图3所示，根据本技术的示例性实施例，所述适用于硬夹层钻进的PDC钻头包括钻头基体1和设置在钻头基体1表面上的若干个刀翼2 (图中1用BLD1～BLD6标明了多个刀翼)，刀翼2上设置有若干个圆柱形PDC切削齿并且至少两个刀翼2上还设置有若干个圆锥形PDC切削齿，也即，在若干个刀翼2中，至少有两个刀翼2上同时设置有若干个圆柱形PDC切削齿和若干个圆锥形PDC切削齿，其余刀翼2上则仅设置有若干个圆柱形PDC切削齿。更优选地，所有刀翼2上均同时设置有若干个圆柱形PDC切削齿和若干个圆锥形PDC切削齿，从而实现最佳的钻进效果。当刀翼2上仅设置有圆柱形PDC切削齿时，可以采用常规PDC钻头设置方式进行布置；而当刀翼2上同时设置有圆柱形PDC切削齿和圆锥形PDC切削齿时，则优选地采用下面的设置方式进行布置。具体地，圆柱形PDC切削齿设置在刀翼2的前排，圆锥形PDC切削齿设置在刀翼2的后排。其中，刀翼2的前排是指在钻头转动时先碰到切削面的部分，刀翼2的后排是位于刀翼2的前排后方的部分。由于后排的圆锥形PDC切削齿具有高抗冲击和抗研磨能力，当其与切削面设有一定的倾角并且比前排的圆柱形PDC切削齿的出刃高度高时，其在钻遇硬夹层时能够预先对地层进行冲击破岩并释放地层压力，为圆柱形PDC切削齿剪切破岩提高效率。为了实现上述技术效果，本技术中的圆锥形PDC切削齿以前倾方式布置在刀翼2上并且设置为具有-3°～3°的前倾角。同时，圆柱形PDC切削齿可以以后倾方式布置在刀翼2上并且设置为具有20°～25°的后倾角，但本技术不限于此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，所述PDC钻头包括钻头基体和设置在所述钻头基体表面上的若干个刀翼，所述刀翼上设置有若干个圆柱形PDC切削齿并且至少两个刀翼上还设置有若干个圆锥形PDC切削齿，其中，圆柱形PDC切削齿设置在刀翼的前排，圆锥形PDC切削齿设置在刀翼的后排。

【技术特征摘要】
1.一种适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，所述PDC钻头包括钻头基体和设置在所述钻头基体表面上的若干个刀翼，所述刀翼上设置有若干个圆柱形PDC切削齿并且至少两个刀翼上还设置有若干个圆锥形PDC切削齿，其中，圆柱形PDC切削齿设置在刀翼的前排，圆锥形PDC切削齿设置在刀翼的后排。2.根据权利要求1所述的适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，所述刀翼包括长刀翼和短刀翼，并且所述长刀翼和短刀翼交错分布排列。3.根据权利要求1所述的适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，相邻两个刀翼之间的间隙处设置有排削槽，所述排削槽上设置有若干个喷嘴。4.根据权利要求1所述的适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，所述圆柱形PDC切削齿包括两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿并且所述两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿混合布置，在所述两种规格尺寸的圆柱形PDC切削齿中，大齿的直径为16～19mm，小齿的直径为13～16mm。5.根据权利要求1所述的适用于硬夹层钻进的PDC钻头，其特征在于，所述圆锥形PDC切削齿包括两种规格尺寸的圆锥形PDC切削齿并且所述两种规格尺寸的圆锥形PDC切削齿混合布置，在所述两种规格尺寸的圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：范晓勒，曾恒，刘明，周学军，张璠，
申请(专利权)人：四川川石·克锐达金刚石钻头有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51