一种适用于硬岩地层的定向CDE钻头制造技术

本发明专利技术提出了一种适用于硬岩地层的定向CDE钻头，其特征在于，包括：钻头基体，所述钻头基体上设置有多个刀翼，每个所述刀翼上布置有若干锥形CDE切削齿，所述CDE切削齿由聚晶金刚石层包覆上部为锥形的硬质合金基座形成。该钻头能提高钻井效率、缩短钻井周期、降低钻井成本。

A Directional CDE Bit for Hard Rock Formation

The invention provides a directional CDE bit suitable for hard rock formation, which is characterized by: a bit base body, which is provided with multiple blades, and a number of conical CDE cutting teeth are arranged on each blade. The CDE cutting teeth are formed by a conical cemented carbide base covered by a polycrystalline diamond layer. The bit can improve drilling efficiency, shorten drilling cycle and reduce drilling cost.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于硬岩地层的定向CDE钻头
本专利技术涉及石油天然气钻井工程
，具体涉及一种适用于硬岩地层的定向CDE钻头(conicaldiamondelementsbit，犁切型钻头)。
技术介绍
在常规油气资源的勘探开发中，PDC钻头(即聚晶金刚石复合片钻头)具有钻进效率高、钻头寿命长、地层适应性好、井下事故少等诸多优点，PDC钻头因而成为目前定向钻井的主力钻头。随着常规油气资源的日益枯竭，非常规油气资源的勘探开发成为新趋势。由于非常规油气资源具有埋藏深、上覆地层复杂、岩性变化频繁、物理力学性质差异大等特点，而在定向钻井过程中地层岩石通常表现为强度高、硬度大、研磨性强、非均质严重、可钻性差等性质，使用常规定向PDC钻头勘探开发非常规油气资源的效果较差。采用常规定向PDC钻头勘探开发非常规油气资源时，PDC钻头以聚晶金刚石复合片切削岩石，当钻遇岩石胶结致密、可钻性差的地层时，聚晶金刚石复合片不能吃入岩石，破岩方式由切削转变为磨削，破岩效率降低，钻头磨损加剧寿命缩短。另外，由于地层可钻性、各向异性较强，钻头稳定性差、造斜困难，定向钻井效率低。因此，有必要设计一种能够提高钻井速度和造斜效率的新型定向钻头。
技术实现思路
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本专利技术提出了一种适用于硬岩地层的定向CDE钻头，该钻头能提高钻井效率、缩短钻井周期、降低钻井成本。为了实现以上专利技术目的，本专利技术提出了一种具有以下结构的适用于硬岩地层的定向CDE钻头，包括：钻头基体，所述钻头基体上设置有多个刀翼，每个所述刀翼上布置有若干锥形CDE切削齿，所述CDE切削齿由聚晶金刚石层包覆上部为锥形的硬质合金基座形成。在本专利技术中，通过由聚晶金刚石层包覆硬质合金基座形成的锥形CDE切削齿来进行切削，当钻遇岩石胶结致密、可钻性差的地层时，由于锥形CDE齿与井底岩石的接触面积小，作用于单个切削齿上的钻压较大，容易切入地层，同时同一刀翼的多个锥形CDE齿可通过压裂的方式协助破岩，从而提高钻井效率、缩短钻井周期、降低钻井成本。在一种实施方案中，所述刀翼的剖面形状包括依次连接的内锥、冠顶和外锥，所述内锥深度C小于1/8钻头直径D，所述冠顶的旋转半径Lc为1/4～3/5钻头直径D，所述外锥的高度G为1/4钻头直径D。设置钻头刀翼采用浅内锥、平缓冠顶和较长外锥的剖面形状，减少破岩切入阻力，且钻头导向性好、攻击性强。在一种实施方案中，所述CDE切削齿分为主切削齿和辅助齿，所述主切削齿为前排齿，所述辅助齿为后排齿。通过设置两排齿来优化切削效果和提高切削效率。前排的主切削齿锥顶尖锐，与井底岩石的接触面积小，作用于单个切削齿上的钻压较大，使主切削齿以犁压的方式破岩。同时后排设置辅助齿，提高了布齿密度，延长钻头使用寿命。在一种实施方案中，所述主切削齿以前倾的方式布置于所述刀翼上。优选地，所述主切削齿的前倾角为10°～20°。前倾布置的主切削齿更容易切入地层，同时前倾角的大小限制了切入深入，防止主切削齿过度切入地层，提高钻头的使用寿命和稳定性。在一种优选的实施方案中，所述主切削齿按照等磨损原则沿井底轮廓线依次布置于各刀翼之上，位于同一刀翼上相邻的两个主切削齿向两齿中心侧倾，侧倾角范围为5°～10°。同一刀翼相邻的主切削齿彼此互倾，加大了对局部岩石的挤压力，迫使岩石出现剪崩破坏，产生体积破碎以提高破岩效率。在一种实施方案中，所述辅助齿以垂直于所述刀翼的顶面的方式布置于所述刀翼的鼻部，所述辅助齿与前排的主切削齿交错布置。提高布齿密度，防止过度切削，在起到更好的破碎作用同时提高钻头使用寿命和钻头稳定性。在一种优选的实施方案中，所述辅助齿布置于同一刀翼上彼此相倾的两个主切削齿之间，所述辅助齿的出刃高度比位于同一刀翼的主切削齿的出刃高度低1mm～3mm。主切削齿与辅助齿协同破岩，提高破岩效率。在一种实施方案中，所述保径采用圆弧形，所述保径由刀翼肩部向下收缩，所述保径的最大外径与钻头外径相同。保径为圆弧形，且由刀翼肩部向下收缩，这种结构增大了保径与井壁的间隙，减小了保径与井壁的接触面积，进而减小在定向钻井时钻头的保径处的定向阻力，使得钻头活动空间大、偏转角度大，有利于提高造斜效率。在一种实施方案中，相邻刀翼之间设置有排屑槽，所述排屑槽内设有喷嘴，喷嘴镶装于钻头基体上。钻出的岩屑能被及时排出去，同时从设置的喷嘴喷出的钻井液能对钻头起到均匀降温的作用。在一种实施方案中，相邻刀翼的长度和其上布置的CDE切削齿的数量不等。根据钻井中的等磨损原则进行布齿，提高钻头整体寿命。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的定向CDE钻头具有良好的硬地层破岩能力和较高的造斜能力，能够有效解决硬岩地层定向钻井过程中钻进速度慢、造斜效率低的问题，达到提高钻井效率、缩短钻井周期、降低钻井成本的目的。附图说明下面将结合附图来对本专利技术的优选实施例进行详细地描述，在图中：图1是本专利技术的适用于硬岩地层的定向CDE钻头的一种实施例的主视结构示意图；图2是图1中定向CDE钻头的俯视结构示意图；图3是图1中定向CDE钻头的剖面结构示意图；图4是图1中定向CDE钻头的切削齿的结构示意图；图5是图1中定向CDE钻头的主切削齿的安装结构示意图；图6是图2中定向CDE钻头的主切削齿与辅助齿的安装结构示意图。图中：1、钻头基体，2、刀翼，3、CDE切削齿，31、主切削齿，32、辅助齿，4、喷嘴，5、排屑槽，6、保径，7、硬质合金基座，8、聚晶金刚石层，9、岩石。附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。具体实施方式为了使本专利技术的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本专利技术的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。专利技术人在专利技术过程中注意到，PDC钻头以聚晶金刚石复合片切削岩石，当钻遇岩石胶结致密、可钻性差的地层时，聚晶金刚石复合片不能吃入岩石，破岩方式由切削转变为磨削，破岩效率降低，钻头磨损加剧寿命缩短。另外，由于地层可钻性、各向异性较强，钻头稳定性差、造斜困难，定向钻井效率低。针对以上不足，本专利技术的实施例提出了一种适用于硬岩地层的定向CDE钻头，下面进行说明。图1显示了本专利技术的适用于硬岩地层的定向CDE钻头的其中一种实施例的主视结构示意图。在该实施例中，该定向CDE钻头主要包括：钻头基体1，该钻头基体1上设置有多个刀翼2，每个刀翼2上均布置有若干锥形CDE切削齿3。其中的CDE切削齿3主要包括圆柱形的硬质合金基座7和其上设置的聚晶金刚石层8，如图4所示，硬质合金基座7的顶部加工为锥形，聚晶金刚石层8包覆在该硬质合金基座7的顶部从而形成为锥形的CDE切削齿3。图2显示了图1中的定向CDE钻头的俯视结构示意图。在一个实施例中，钻头基体1上设置有多个刀翼2，相邻刀翼2的长度和其上布置的CDE切削齿的数量不等。如图2所示，在钻头基体1上位于相邻两个刀翼2之间均设有排屑槽5和喷嘴4，喷嘴4通过镶装的方式形成在钻头基体1内。设置排屑槽5和喷嘴4主要是在钻进过程中及时排出钻屑和对CDE切削齿3起到均匀冷却的作用。如图2所示的实施例中，CDE切削齿3主要分为主切削齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于硬岩地层的定向CDE钻头，其特征在于，包括：钻头基体，所述钻头基体上设置有多个刀翼，每个所述刀翼上布置有若干锥形CDE切削齿，所述CDE切削齿由聚晶金刚石层包覆上部为锥形的硬质合金基座形成。

【技术特征摘要】
1.一种适用于硬岩地层的定向CDE钻头，其特征在于，包括：钻头基体，所述钻头基体上设置有多个刀翼，每个所述刀翼上布置有若干锥形CDE切削齿，所述CDE切削齿由聚晶金刚石层包覆上部为锥形的硬质合金基座形成。2.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述刀翼的剖面形状包括依次连接的内锥、冠顶和外锥，所述内锥的深度小于1/8钻头直径，所述冠顶的旋转半径为1/4～3/5钻头直径，所述外锥的高度为1/4钻头直径。3.根据权利要求1或2所述的钻头，其特征在于，所述CDE切削齿分为主切削齿和辅助齿，所述主切削齿为前排齿，所述辅助齿为后排齿。4.根据权利要求3所述的钻头，其特征在于，所述主切削齿以前倾的方式布置于所述刀翼上，所述主切削齿的前倾角为10°～20°。5.根据权利要求4所述的钻头，其特征在于，所述主切削齿按照等磨损原则沿井底轮廓线依次布置于各刀...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建华，刘卫东，王果，孙明光，藏艳彬，张建龙，周号博，张洪宁，陈小峰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11