【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种含砾土层用高抗冲pdc钻头，属于一种钻井钻头。
技术介绍
1、钻井工程是石油和天然气的勘探和开发的一个重要手段和环节，钻头是地质钻探行业必不可少的一种钻井工具。钻头的合理选型，对石油钻井质量、钻探速度及钻井成本都产生巨大影响。常规pdc钻头的pdc齿一般采用平面切削面金刚石复合片，目前，现有的pdc钻头一般包括钻头体、切削齿和刀翼，此类pdc钻头在石油领域使用率越来越大，在软地层、中硬地层使用效果非常好，机械钻速高，使用寿命长，但是在冲击性强的含砾地层，常规pdc钻头抗冲击破坏能力较弱，容易在很短时间内会发生崩齿脱层，造成钻头报废，只能起钻更换其它类型钻头。现有技术中cn 105927159 b公开一种pdc钻头，也指出了每次切削地层时，容易发生钻头损坏的问题，即常规pdc钻头在冲击性强的含砾层中不能广泛推广使用。
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的上述问题，提供了一种混合pdc齿并且合理设置pdc齿空间位置的pdc钻头完成在强冲击性的含砾地层钻井工作，本专利技术公开了一种含砾土层用高抗冲pdc钻头，与常规pdc钻头对比，本专利技术有两个主要创新点，一是：在钻头肩部采用斧形齿与锥形齿混合补齿方式，在保证切削效率的前提下，提高了钻头的抗冲击性，从而实现在含砾地层中高效钻进；二是后排齿用锥形齿发挥的作用是对地层进行预破碎，降低地层岩石抗压强度，进一步提高了钻头的抗击性，同时也提高了前排齿的破岩效率。
2、本专利技术采用的技术方案是：一种含砾土层用高抗冲
3、所述钻头主体为一个整体，生产时一次加工成型，钻头主体上设有多个刀翼，所述刀翼沿周向布置于所述钻头主体的外壁上，分为长刀翼和短刀翼，所述长刀翼包括由若干切削齿组成且依次邻接的内锥部、鼻部、肩部、保径部、规径部五个部位，所述短刀翼包括由若干切削齿组成且依次邻接的肩部、保径部、规径部三个部位，所述的长刀翼或短刀翼的各部位均依次从刀翼一端向另一端顺序排布。所述在刀翼的不同部位设置不同类型的用于切削岩石的切削齿。所述刀翼各部位的径向轮廓尺寸由钻头主体上端至钻头主体下端的方向上依次变大，以使所述刀翼能通过各部位的切削齿依次对所述岩石进行切削。进一步的，所述的肩部分为肩部前排和肩部后排，肩部前排和肩部后排分布刀翼的两侧，且肩部后排位于在肩部前排的后方20mm处；所述的刀翼保径部分为保径部前排和保径部后排，保径部前排与肩部前排位于同一侧，保径部后排位于刀翼的另一侧且钎焊在保径部前排的后方20mm处；所述的刀翼规径部分为规径部前排和规径部后排，规径部前排与内锥部、鼻部、肩部前排、保径部前排位于同一轴线上，规径部后排位于刀翼的另一侧且钎焊在规径部前排的后方15mm和30mm处。
4、所述切削齿包括斧形齿、锥形齿、多面齿、弧形齿、平面齿；所述斧形齿为切削面成两面夹角，所述锥形齿为切削面成尖角，所述多面齿为切削面成三面夹角，所述弧形齿为切削面成圆弧状，所述平面齿为切削面成平面。
5、所述长刀翼的内锥部和鼻部采用多面齿；所述的长刀翼和短刀翼的相同部位采用相同的切削齿，即肩部前排主切削齿均采用斧形齿，斧形齿后倾角(图10中α角，即斧形齿与地层的夹角)保持20-25°；肩部后排齿均采用锥形齿，锥形齿设置在斧形齿后排20mm处且高度低于前排斧形齿2mm；所述的保径部前排齿均采用多面齿，多面齿后倾角(图10中α角，即多面齿与地层的夹角)保持25-30°；保径部后排齿均采用平面齿，在多面齿后面20mm处钎焊平面齿；所述规径部设置一排规径部前排和两排规径部后排的三排密布全覆盖方式，刀翼规径部前排钎焊平面齿；刀翼规径部后排钎焊弧形齿；在平面齿后面15mm和30mm处分别钎焊一排弧形齿。
6、本专利技术的有益效果是：
7、1.该含砾地层用高抗冲pdc钻头，通过在肩部钎焊斧形齿，通过改变切削方式，来提高切削齿的破岩效率和抗冲击性。常规圆形齿是切削式破岩(如图13所示)，在含砾地层，在砾石冲击破坏下，会快速失效。斧形齿破岩时，斧刃会使其前方的岩石内部形成一个剪应力集中区，岩石更容易发生剪切破坏，使斧形齿更容易吃入岩石，提高了斧形齿的攻击性。斧刃吃入岩石之后，屋脊形的斧形齿逐渐楔入岩石，在侧向上使岩石发生拉伸破坏，提高了破岩效率。斧形齿破岩时所受轴向力和切向力小，更易吃入岩石，攻击性更强，且在使用过程中所受切向力及轴向力波动幅度更小，受力更稳定，不易发生冲击损坏，在井下使用寿命更长。
8、2.在肩部斧形齿后排设置锥形齿，采用点载荷方式破岩(图9)，提前松动岩层，辅助斧形齿切削破岩，达到犁削和点载荷混合破岩；同时锥形齿有效控制斧形齿吃入深度，提高了钻头稳定性，整体加强钻头抗冲击性能，提高了钻头使用寿命。
9、3.在保径部前排采用多面齿，其所受切向力及轴向力波动幅度比平面齿小，不易发生冲击损坏，保径部后排采用平面齿，提高了钻头稳定性，整体加强钻头抗冲击性能，提高了钻头使用寿命。
10、4.规径部位钎焊切削保径和被动保径，切削保径采用平面齿，被动保径采用弧形齿，规径部位布置一排切削保径和两排被动保径的三排密布方式，提高了抗冲击性能，防止钻头缩径。
11、5.合理设计肩部斧形齿和保径部位多面齿的空间角度，提高了钻头抗冲击性能。
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1.一种含砾土层用高抗冲PDC钻头，其特征在于，包括钻头主体1、刀翼和切削齿；
2.根据权利要求1所述的一种含砾土层用高抗冲PDC钻头，其特征在于，所述的斧形齿43后倾角为20-25°。
3.根据权利要求1所述的一种含砾土层用高抗冲PDC钻头，其特征在于，所述的多面齿42后倾角保持25-30°。
4.根据权利要求1所述的一种含砾土层用高抗冲PDC钻头，其特征在于，所述的锥形齿45设置在斧形齿43后排20mm处且高度低于前排斧形齿43至少2mm。
5.根据权利要求1所述的一种含砾土层用高抗冲PDC钻头，其特征在于，所述的多面齿42后面20mm处钎焊平面齿44。
6.根据权利要求1所述的一种含砾土层用高抗冲PDC钻头，其特征在于，所述的平面齿44后面15mm和30mm处分别钎焊一排弧形齿41。
【技术特征摘要】
1.一种含砾土层用高抗冲pdc钻头，其特征在于，包括钻头主体1、刀翼和切削齿；
2.根据权利要求1所述的一种含砾土层用高抗冲pdc钻头，其特征在于，所述的斧形齿43后倾角为20-25°。
3.根据权利要求1所述的一种含砾土层用高抗冲pdc钻头，其特征在于，所述的多面齿42后倾角保持25-30°。
4.根据权利要求1所述的一种含砾土层用高抗冲p...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙平涛，何军，刘强，赵建忠，董国昌，李艳波，孙达，袁龙飞，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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