具有抗扭转冲击的PDC钻头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有抗扭转冲击的PDC钻头，包括接头、钻头基体、刀翼和喷嘴，还包括主切削齿和副切削齿，所述主切削齿设置在刀翼的刀面上，并以钻头钻进时旋转方向为前方，副切削齿设置在主切削齿之后的刀翼上，且出露高度低于主切削齿的出露高度，且副切削齿切削齿面与钻头旋转方向相反。本实用新型专利技术能够提高钻头抗扭转冲击能力，平衡轴向钻压保护PDC齿提高钻进进尺，提高钻头稳定性大大减小钻头在井底的振动。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种具有抗扭转冲击的PDC钻头，属于石油天然气、矿山工程、地质等钻探设备领域。
技术介绍
近年来，各个油气田对石油天然气的开发周期和安全性的要求越来越高，与之相配套的各种工具在性能及其使用寿命上有了很大的提高，在钻井过程中对钻头的机械钻速和进尺的要求也越来越高。PDC钻头具特有的对地切削原理，能大幅提高钻头的机械钻速，成为钻井提速的首选钻头。例如，中国专利公开号203296699U公开的一种定向PDC钻头，公开日为2013-11-20，其包括钻头体和刀翼；所述刀翼有五个，分别为第一刀翼、第二刀翼、第三刀翼、第四刀翼以及第五刀翼；每个所述刀翼上均设置有前排切削齿以及后排切削齿；第一刀翼上的前排切削齿包括五个主切削齿，后排切削齿包括两个副切削齿；第二刀翼上的前排切削齿包括四个主切削齿以及一个副切削齿，后排切削齿包括两个副切削齿；第三刀翼上的前排切削齿包括六个主切削齿，后排切削齿包括两个副切削齿；第四刀翼上的前排切削齿包括八个主切削齿，后排切削齿包括两个副切削齿；第五刀翼上的前排切削齿包括七个主切削齿，后排切削齿包括两个副切削齿。在油气开发钻井作业中，如果地质岩性比较均匀，或者存在大段岩性类似的地层时，只要根据地质岩性选择适合的钻头就可以了。但当地层岩性分布不均匀，有软硬夹层或是含砾岩等复杂岩性存在时，造成钻井施工作业地质构造不明确，为钻头的选型带来了困难，有时需要频繁起下钻，增加施工风险，延长钻井周期，增加钻井成本，由于扭转冲击作用对钻头切削齿造成破坏性损伤，缩短钻头寿命。因此，常规PDC钻头副齿结构设计采用的是PDC齿工作面与主切削齿工作面同向，在钻遇硬地层复杂地层是抗冲击能力差，尤其是发生回转运动是反向抗扭转冲击能力差，增大在井底的轴向振动，造成PDC复合片崩齿等先期损坏。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种具有抗扭转冲击的PDC钻头。本技术能够提高钻头抗扭转冲击能力，平衡轴向钻压保护PDC齿提高钻进进尺，提高钻头稳定性大大减小钻头在井底的振动。为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种具有抗扭转冲击的PDC钻头，包括接头、钻头基体、刀翼和喷嘴，其特征在于：还包括主切削齿和副切削齿，所述主切削齿设置在刀翼的刀面上，并以钻头钻进时旋转方向为前方，副切削齿设置在主切削齿之后的刀翼上，且出露高度低于主切削齿的出露高度，且副切削齿的切削齿面与钻头旋转方向相反。所述副切削齿出露高度低于主切削齿的出露高度2~3mm。所述刀翼内锥面上设置有切深控制结构，切深控制结构为硬质合金齿或PDC切削齿，出露高度低于主切削齿的出露高度2~3mm。所述钻头基体的每个保径位置与冠部刀翼结合位置之间设置有多点定位规径齿，多点定位规径齿为PDC切削齿。所述钻头基体保径位置的刀面上设置有主动规径齿，主动规径齿为PDC切削齿。所述钻头基体保径位置与井壁接触面上设置有保径加强齿，保径加强齿为PDC切削齿或硬质合金齿。采用本技术的优点在于：1、本技术采用反向副切削齿结构，提高钻头抗扭转冲击能力，平衡轴向钻压保护PDC齿提高钻进进尺，提高钻头稳定性大大减小钻头在井底的振动。2、本技术采用主副切削齿设计，钻头在吃入地层时，主齿先接触地层钻进速度比较快，当磨损到一定程度时，副齿参与切削地层，有效的延长了钻头的使用寿命；采用主副齿切削结构设计增加了切削齿与井底的接触点，从而使钻头具有更好的稳定性。采用这种切削结构设计适用于岩性不均匀及软硬交错性地层。3、本技术采用特殊的切削副齿结构设计，即副齿齿面与钻头旋转方向相反：在钻井过程中钻头肩部位置岩石应力集中，而且岩屑常堆积在这个位置，采用此种特殊结构设计，可以减小切削阻力以及磨阻力；在钻头钻进软硬交错性地层、硬地层时，扭转振动对切削齿伤害较大，采用此种结构设计，在扭转振动过程中，副齿齿面与岩屑以及岩石接触，有效的预防了岩石冲击对钻头造成损失。4、本技术采用刀翼内锥面上切深控制结构设计，可以促进作业人员按照设计参数进行钻进，有效的防止由于野蛮施工造成钻头受冲击性破坏，缩短钻头使用寿命。5、本技术采用多点定位规矩和主动规矩结构齿设计，可以增加钻头在井底的稳定性以及有效的防止钻进过程中缩径而造成钻井损失。附图说明图1为本技术实施例1结构示意图图2为本技术实施例1结构示意图图中标记为：1、喷嘴，2、切深控制结构，3、主切削齿，4、副切削齿，5、主动规径齿，6、多点定位规径齿，7、保径加强齿，8、钻头基体，9、接头。具体实施方式实施例1一种具有抗扭转冲击的PDC钻头，包括接头9、钻头基体8、刀翼和喷嘴1，还包括主切削齿3和副切削齿4，所述主切削齿3设置在刀翼的刀面上，并以钻头钻进时旋转方向为前方，副切削齿4设置在主切削齿3之后的刀翼上，且出露高度低于主切削齿3的出露高度，且副切削齿4的切削齿面与钻头旋转方向相反。本实施例的优选实施方式为，所述副切削齿4出露高度低于主切削齿3的出露高度2~3mm。本技术的工作原理为：钻头在吃入地层时，主切削齿3先接触地层钻进速度比较快，当磨损到一定程度时，副切削齿4参与切削地层；平衡轴向钻压保护PDC钻头提高进尺；提高钻头的稳定性减小钻头在井底的震动。采用副切削齿4的齿面与钻头旋转方向相反结构设计：可以有效在钻头肩部位置岩石应力集中及岩屑易堆积处，减小切削阻力以及磨阻力；在钻头钻进软硬交错性地层、硬地层时，扭转振动对切削齿伤害较大，采用此种副切削齿设计，在扭转振动过程中，副齿齿面与岩屑以及岩石接触，有效的预防了岩石冲击对钻头造成损失。实施例2本实施例与上述实施例基本相同，主要区别在于：所述刀翼内锥面上设置有切深控制结构2，切深控制结构2为硬质合金齿或PDC切削齿，出露高度低于主切削齿的出露高度2~3mm。所述钻头基体的每个保径位置与冠部刀翼结合位置之间设置有多点定位规径齿6，多点定位规径齿6为PDC切削齿。所述钻头基体8保径位置的刀面上设置有主动规径齿5，主动规径齿5为PDC切削齿。所述钻头基体8保径位置与井壁接触面上设置有保径加强齿7，保径加强齿7为PDC切削齿或硬质合金齿。多点定位规径齿6设置在每个保径与冠部刀翼结合位置中部，多点定位规径齿为PDC切削齿，使钻头始终置于井眼中心，保持钻头稳定性。主动规径齿5设置在保径位置的刀面上，主动规径齿为PDC切削齿，起保径作用，为后续钻进过程中提高优质的井眼质量。保径加强齿7设置在保径与井壁接触面上，保径加强齿为PDC切削齿或硬质合金齿，主要加强保径性能，保证井眼质量。采用主副切削齿设计以及特殊的副齿切削结构、刀翼内锥面上切深控制结构、多点定位规矩和主动规矩结构齿设计，使PDC钻头在复杂地层具有更好的稳定性、耐久性和较高的机械钻速，从而提高在硬地层、复杂地层钻头的破岩效率、延长钻头的使用寿命。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有抗扭转冲击的PDC钻头，包括接头（9）、钻头基体（8）、刀翼和喷嘴（1），其特征在于：还包括主切削齿（3）和副切削齿（4），所述主切削齿（3）设置在刀翼的刀面上，并以钻头钻进时旋转方向为前方，副切削齿（4）设置在主切削齿（3）之后的刀翼上，且出露高度低于主切削齿（3）的出露高度，且副切削齿（4）的切削齿面与钻头旋转方向相反。

【技术特征摘要】
1.一种具有抗扭转冲击的PDC钻头，包括接头（9）、钻头基体（8）、刀翼和喷嘴（1），其特征在于：还包括主切削齿（3）和副切削齿（4），所述主切削齿（3）设置在刀翼的刀面上，并以钻头钻进时旋转方向为前方，副切削齿（4）设置在主切削齿（3）之后的刀翼上，且出露高度低于主切削齿（3）的出露高度，且副切削齿（4）的切削齿面与钻头旋转方向相反。2.根据权利要求1所述的具有抗扭转冲击的PDC钻头，其特征在于：所述副切削齿（4）出露高度低于主切削齿（3）的出露高度2~3mm。3.根据权利要求2所述的具有抗扭转冲击的PDC钻头，其特征在于：所述刀翼内锥面上设置有切深控制结构（2），切深控制结构（...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚建林，李勇，付晓平，冯明，李巍，李伟成，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51