一种具有后排齿水孔的PDC钻头制造技术

本发明专利技术公开了一种具有后排齿水孔的PDC钻头，属于石油天然气钻探技术领域，包括有钻头体、延伸自钻头体或固定在钻头体上的若干个刀翼，相邻刀翼之间形成钻井液流道，所述刀翼上设置有前排切削齿，且至少有一个刀翼上的切削齿至少有两排，钻头上至少有一个刀翼的前排切削齿和后排切削齿之间设置有水孔，即后排齿水孔。本发明专利技术的钻头结构上设置有后排齿，在钻进坚硬、高温地层中，后排齿在主切削齿失效的情况下能够及时对岩石进行切削，从而提高钻头在此类地层中的钻进效率，增加钻头使用寿命。同时，在刀翼上与钻头体上(特别是流道槽内)同时布置水孔，可进一步增强钻头冷却和排屑能力，大幅弱化切削齿的热磨损，进而提高钻头在高温、高硬度、高研磨性及不均质地层的钻进能力。高研磨性及不均质地层的钻进能力。高研磨性及不均质地层的钻进能力。

【技术实现步骤摘要】
一种具有后排齿水孔的PDC钻头


[0001]本专利技术属于石油天然气、矿山工程、地热井、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探
，特别是涉及一种具有后排齿水孔的PDC钻头。

技术介绍

[0002]钻头是钻井工程中用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具。除切削结构以外，钻头上的水力结构对钻头的破岩效率、使用寿命也起到了重要作用，即冷却切削齿、清洗井底、运移岩屑、辅助破岩等。目前，钻头上水力结构的设计均是在钻头体上的不同位置布置喷嘴或水孔，内流道里的钻井液或冷却介质通过喷嘴或水孔喷射出去以达到清洗、冷却切削齿目的。同时针对钻头在复杂难钻地层时出现的因主切削齿的失效而降低钻头使用寿命情况，采用在钻头上设置后排齿来代替已失效主切削齿进行破岩，从而来提高钻头的使用寿命。
[0003]在现代快速钻井技术中，需要钻头具有优良破岩切削结构、清洗井底、运移岩屑、切削齿冷却与清洗等水力性能。常规钻头的水力结构及刀翼切削齿只针对特定地层来进行设计，一是针对软地层来进行相应钻头的设计，来预防在钻进软地层中因岩屑过多而导致的钻头泥包；二是针对硬地层来进行相应的钻头的设计，来预防在钻进硬地层中因摩擦过大而使切削齿产生较大的热量，从而使其不能得到及时冷却而发生热磨损现象。以上钻头只能针对软地层或者硬地层等单一地层来进行钻进，而不能同时兼顾软、硬地层钻进。当地层较硬时，为提高刀翼上切削齿的工作寿命，常用的方法之一是在刀翼上设置后排切削齿，后排切削齿一般多设置在钻头上径向位置靠外的区域(如鼻部及鼻部以外的区域)。
[0004]当喷嘴与切削齿距离较大(即大喷距)时，水力沿程能量损耗大，在钻进软地层时将不能及时对岩屑进行清洗、运移，从而造成岩屑的不断堆积，进而导致钻头泥包的产生，最终引起钻头失效；在钻进硬地层时将会使切削齿因摩擦作用不能得到及时充分的冷却而使切削齿发生热磨损，从而加速钻头切削齿的失效，在钻头切削齿失效情况下，将会快速造成刀翼体的磨损，进而使钻头使用效率大大降低。特别是近年来地热钻井的迅速发展，钻头的工作温度高达150
°
或更高，切削齿发生热磨损的几率大幅提升，将会显著降低钻头的使用寿命和钻进性能。
[0005]随着钻井的不断发展，在实际钻井中不仅仅会遇到软地层或是硬地层，还会遇到各种不同的地层及软硬交替地层。常规钻头不能同时满足在软地层中的防泥包及硬地层中避免切削齿热磨损现象的发生。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于：针对现有钻头技术的不足，提出一种具有后排齿水孔的PDC钻头，解决钻头后排切削齿冷却效果差，且岩屑难以及时排出，进而降低钻头破岩效率和使用寿命的问题。
[0007]本专利技术目的通过下述技术方案来实现：
[0008]一种具有后排齿水孔的PDC钻头，包括钻头体、延伸自钻头体或固定在钻头体上的
若干个刀翼，相邻刀翼之间形成钻井液流道，所述刀翼上设置有前排切削齿，且至少有一个刀翼上的切削齿至少有两排，其特征在于：钻头上至少有一个刀翼的前排切削齿和后排切削齿之间设置有水孔，即后排齿水孔。
[0009]前排切削齿：钻头旋转方向上，同一刀翼上靠前的切削齿为前排切削齿(简称前排齿)，也是钻头在工作过程中最先接触岩石进行切削的齿。前排切削齿位于刀翼边缘或流道边缘，冷却和排屑条件好，故通常切削齿优先设置为前排齿。由于刀翼前缘的布齿空间有限，通常在地层较硬或不均质性较强时，为了提高钻头上切削齿的工作寿命，在前排切削齿之后还可以设置后排切削齿(简称后排齿)。后排齿多设置在冠顶以及冠顶以外的区域，后排齿可以是一排，也可以是多排，也可以在前排之后分散布置。
[0010]上述方案中，在前排切削齿磨损到一定程度时，后排齿开始进行破岩，或者前、后排齿同时破岩，从而延长钻头切削结构的工作寿命。尤其是在难钻、高温地层，切削齿极易磨损失效，可大大提高此类地层中钻头切削结构的工作寿命。在刀翼的前排切削齿和后排切削齿之间设置有水孔，不仅有效利用了刀翼体上的空间，且能显著提高水力系统对后排切削齿的冷却和清洗效果，有效减轻在高温地热钻井及硬地层钻进过程中因摩擦而产生的切削齿热磨损，从而增强钻头的钻进能力。
[0011]作为选择，所述刀翼的前排切削齿和后排切削齿之间的水孔为串状水孔。
[0012]水孔的出口形状由两个或两个以上的圆、椭圆、多变形等形状串通形成，这种串形结构的称为串状水孔或串型水孔。上述方案中，前排切削齿和后排切削齿之间设置串状水孔能使由水孔流出的液流更加集中，且将集中的液流用在了后排切削齿的冷却、清洗，大大增加水力能量的利用率。尤其在高温地热钻井中，该方案效果更佳明显。
[0013]作为选择，所述刀翼的前排切削齿和后排切削齿之间设置有后排齿凹槽，后排水孔设置在后排齿凹槽内。后排齿凹槽可以是长宽尺寸相当的凹窝，也可以是长宽尺寸差别较大的沟槽，简称凹槽。
[0014]上述方案中，刀翼后排齿在切岩过程中会产生大量的岩屑，由于刀翼体与井底之间的空间狭小，部分岩屑容易堆积、粘附在刀翼体上，特别是刀翼的布齿工作面上，凹槽一方面能增大刀翼体与井底之间的容纳空间，另一方面凹槽内的液流能拓宽后排齿水孔的作用范围，改善其作用效果，有效减少甚至避免岩屑在刀翼后排齿区域的堆积和粘附，从而更加有利于岩屑的排出。
[0015]作为选择，在保径块上设置有保径块流道槽，与刀翼上前排切削齿和后排切削齿之间的凹槽相连通，后排齿水孔设置在凹槽中。
[0016]上述方案中，保径块流道槽与刀翼上的后排齿凹槽相连通，就在刀翼体上建立了一条将后排齿切削的岩屑有效排出的流道，后排齿水孔、后排齿凹槽和保径块流道槽一起构成了一个专门服务于后排齿的水力子系统，能更好地实现对刀翼后排齿的冷却和排屑。
[0017]作为选择，所述刀翼上设置有多排后排齿，后排齿水孔设置在前排齿与最后排齿之间。
[0018]上述方案中，刀翼工作面上设置多排后排齿，在主切削齿及部分后排齿失效情况下，还有其余后排齿进行切削齿破岩，能够提高钻头的破岩效率，增加钻头使用寿命，后排齿水孔设置在前排齿与最后排齿之间，能够达到对后排齿进行高效冷却、清洗的目的。
[0019]作为选择，所述刀翼上设置有多排后排齿，后排齿水孔设置在前排齿与除最后排
齿以外的其它后排齿之间。
[0020]上述方案中，后排齿水孔设置在前排齿与除最后排齿以外的其它后排齿之间，能够通过合理设置后排齿水孔的位置，进一步提高对后排齿的冷却、清洗效果，更有利于提高钻头的使用寿命。
[0021]作为选择，在所述刀翼之间的水道中设置有喷嘴或水孔。
[0022]上述方案中，刀翼之间的水道中设置有喷嘴或水孔，不仅能够辅助对钻头的冷却，而且还加大了井底岩屑的清洗效果。
[0023]本
技术实现思路
与现有技术相比，其有益效果是：
[0024]1、本专利技术钻头结构设置有后排齿，在钻进坚硬、高温地层中，后排齿在主切削齿失效的情况下能够及时对岩石进行切削，从而提高钻头在此类地层中的钻进效率，增加钻头使用寿命。同时水孔设置在后排齿位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有后排齿水孔的PDC钻头，包括钻头体、延伸自钻头体或固定在钻头体上的若干个刀翼，相邻刀翼之间形成钻井液流道，刀翼上设置有前排切削齿，且至少一个刀翼上的切削齿至少有两排，其特征在于：钻头上至少有一个刀翼的前排切削齿与后排切削齿之间设置有后排齿水孔。2.如权利要求1所述的一种具有后排齿水孔的PDC钻头，其特征在于：所述刀翼的前排切削齿与后排切削齿之间的后排齿水孔为串状水孔。3.如权利要求1所述的一种具有后排齿水孔的PDC钻头，其特征在于：所述刀翼的前排切削齿与后排切削齿之间设置有凹槽，后排齿水孔设置在凹槽内。4.如权利要求1所述的一种具有后排齿水孔的PDC钻头...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨迎新，宋东东，任海涛，杨燕，包泽军，张春亮，
申请(专利权)人：成都为一石油科技有限公司，
类型：发明
国别省市：