一种强攻击性PDC钻头制造技术

本发明专利技术公开了一种强攻击性PDC钻头，包括钻头体、刀翼及刀翼上布置的PDC齿，钻头体上设置有喷嘴，所述PDC齿以刮切方式破岩，以过PDC齿与岩石接触的最低点做岩石的法线，法线将PDC齿切削路径上的岩石分为已切削部分和未切削部分，PDC钻头上至少有一颗PDC齿在切削岩石时其工作面全部处于已切削岩石部分一侧。本发明专利技术的PDC钻头，可以强化钻头的攻击性，提高钻头吃入岩石的能力，提高钻头破岩效率，同时可以使喷嘴对PDC齿进行良好的冷却和冲洗，降低钻头泥包的风险。头泥包的风险。头泥包的风险。

【技术实现步骤摘要】
一种强攻击性PDC钻头


[0001]本专利技术属于石油天然气钻探工程、矿山工程、建筑基础工程钻孔施工、地质钻探、地热钻探、水文钻探、隧道工程、盾构及非开挖等技术设备领域，特别是涉及一种强攻击性PDC钻头。

技术介绍

[0002]破岩是钻井的根本问题。机械破岩仍然是现阶段油气钻井中主要的作业方式，钻头是用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具，钻头作为绝对主力在钻井工程中发挥着不可替代的作用，其中，牙轮钻头和PDC钻头最为常用。牙轮钻头依靠牙齿对井底岩石的挤压作用产生侧压力，侧压力又形成剪切力，岩石达到剪切强度后发生破裂失效，在这一过程中能量的传递与转化降低了其利用率。PDC钻头凭借高效的剪切方式破岩，在软至中硬地层中逐步替代牙轮钻头。特别是，切削齿材料技术、钻头基础理论、钻头设计技术的快速进步，使PDC钻头的地层适应性变宽，在油气钻井总进尺中的比例，已由十九世纪八十年代的5％增长至90％。
[0003]以PDC钻头为代表的固定切削齿钻头通常都具有若干个刀翼，刀翼上沿着钻头径向设置有多个切削齿(对PDC钻头，切削齿主要是聚晶金刚石复合片，简称复合片或PDC齿)。据资料显示，仅占总进尺20％的深部复杂地层，就花费了整个钻井周期80％的总成本。
[0004]在钻井过程中，PDC钻头的切削齿在钻压的作用下克服地应力吃入地层，在扭矩的驱动下剪切破碎地层材料。在给定钻压下PDC齿能够顺利吃入地层是实现岩石破碎的前提。为了能使PDC齿顺利吃入地层，通常采取的手段为使用较小尺寸的PDC齿或减小齿的前倾角。对于工作面为平面的PDC齿而言，PDC钻头切削齿的前倾角K是指，PDC齿工作平面和正在切削的岩石表面的垂线之间的夹角K。
[0005]然而，使用较小尺寸的PDC齿会降低钻头破岩效率，且小尺寸PDC齿的寿命要短于大尺寸PDC齿。因此，减小齿的前倾角是提高PDC钻头侵入岩石能力、提高钻头攻击性的有效手段。一般的，在较硬地层中采用较大的前倾角，使切削齿更具有耐久性；较软的地层则需要较小的前倾角，以提高钻头的破岩效率。
[0006]近年来，随着PDC齿材料性能、齿型结构等的不断进步和优化，对PDC钻头的攻击性及破岩效率提出了更高的要求，现有常规PDC钻头已无法满足，因此，现有常规PDC钻头技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0007]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于：本专利提出了一种正前角切削的PDC钻头，以提高钻头的攻击性，提高钻头破岩效率。
[0008]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0009]一种强攻击性PDC钻头，包括钻头体、刀翼及刀翼上布置的PDC齿，钻头体上设置有喷嘴，PDC齿以刮切方式破岩，以过PDC齿与岩石接触的最低点做岩石的法线，法线将PDC齿
切削路径上的岩石分为已切削部分和未切削部分，PDC齿在刮切岩石时其工作面全部处于已切削部分一侧。
[0010]作为优选，PDC齿的工作面为平面。
[0011]上述方案中，常规PDC齿的工作面也为平面，易于加工。PDC齿可整体呈斜圆柱状，其工作平面为椭圆平面；PDC齿可整体呈斜椭圆柱状，其工作平面为椭圆平面；PDC齿也可以为上部直径大、下部直径小的类似于椭圆的斜椭圆柱体，工作面呈类似于椭圆的平面形状。
[0012]作为优选，PDC齿的工作面为非平面。
[0013]上述方案中，可根据不同的地层需要，对应选择不同的非平面齿，即异形切削齿，如屋脊齿、三棱齿、球状齿等。
[0014]作为优选，PDC齿的齿刃上有倒角，其倒角范围为0.1毫米
‑
5毫米。
[0015]上述方案中，倒角可降低齿刃上的应力集中，提高PDC齿的抗冲击性。
[0016]作为优选，PDC齿的齿刃上有倒圆角，其圆角半径范围为0.1毫米
‑
3毫米。
[0017]上述方案中，倒圆角可使齿刃过渡更圆滑，进一步降低应力集中，提高PDC齿的抗冲击性。
[0018]作为优选，PDC钻头包括钻头上具有其他辅助切削结构的PDC钻头。
[0019]上述方案中，其他可活动破岩结构可以为牙轮破岩结构、盘刀破岩结构、冲击破岩结构或他们之间的至少两种破岩结构的组合。根据不同的地层条件及钻井工艺参数选择不同的破岩结构组合，以增强钻头在特定地层中的适应性。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]1.PDC齿与岩石之间的比压大，在一定钻压下吃入岩石更容易，特别是在硬地层钻进时，提高硬地层钻进的破岩效率；
[0022]2.钻头工作过程中，切削齿的工作面朝向钻头内部，与喷嘴喷射出的流体或钻井液方向相反，钻井液可以对切削齿起到更好的冷却和清洗。
[0023]3.钻头加工制造与常规PDC钻头区别不大，常规PDC钻头的加工工艺较成熟，不会额外增加钻头制造成本。
附图说明
[0024]图1为常规PDC钻头PDC齿安装状态和工作状态；；
[0025]图2为本专利技术提供的PDC钻头结构示意图；
[0026]图3为本专利技术实施例1提供的PDC钻头上PDC齿工作状态示意图；
[0027]图4为实施例2中PDC钻头上PDC齿形状；
[0028]图5为实施例2中PDC钻头上PDC齿的另外一种形状；
[0029]图6为实施例2中PDC钻头上PDC齿的第三种形状；
[0030]图7为实施例3中PDC钻头上PDC齿工作面为非平面形状；
[0031]图8为实施例6中PDC钻头上有牙轮辅助破岩结构示意图；
[0032]图9为实施例6中PDC钻头上有盘刀辅助破岩结构示意图；
[0033]其中：1
‑
PDC齿；2
‑
工作面；3
‑
法线；4
‑
岩石；5
‑
喷嘴；6钻井液；7
‑
钻头体；8
‑
刀翼；9
‑
牙轮破岩结构；10
‑
盘刀破岩结构；
具体实施方式
[0034]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0035]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]实施例1
[0037]本专利技术提供了一种强攻击性PDC钻头，包括钻头体7、刀翼8及刀翼上布置的PDC齿1，钻头体上设置有喷嘴9，PDC齿1切削破岩过程中，以过PDC齿与岩石接触的最低点做岩石的法线，该法线将PDC齿切削路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强攻击性PDC钻头，包括钻头体、刀翼及刀翼上布置的PDC齿，钻头体上设置有喷嘴，其特征在于：所述PDC齿以刮切方式破岩，以过所述PDC齿与岩石接触的最低点做岩石的法线，所述法线将所述PDC齿切削路径上的岩石分为已切削部分和未切削部分，所述PDC钻头上至少有一颗所述PDC齿在切削岩石时其工作面全部处于已切削岩石部分一侧。2.根据权利要求1所述的一种强攻击性PDC钻头，其特征在于：所述PDC齿的工作面为平面。3.根据权利要求1所述的一种强攻击性PDC钻头，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛世伟，杨迎新，李皋，黄奎林，张春亮，李扬，高剑峰，
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：