本發(fā)明涉及石油天然氣pdc鉆頭技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種漸變徑式高效破巖錐形pdc鉆頭。

背景技術(shù)：

石油天然氣鉆井作業(yè)中，通過(guò)鉆頭破碎地層巖石來(lái)鉆成油氣的連接通道，該通道被稱(chēng)為井眼，通過(guò)井眼實(shí)現(xiàn)地面與地下油氣資源的連通，從而將地下油氣資源采出地面。其中，鉆頭是直接破碎巖石形成井眼的工具，鉆頭的性能會(huì)直接影響鉆井速度。鉆頭按結(jié)構(gòu)分為刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭和取心鉆頭四大類(lèi)。其中，聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭(polycrystallinediamondcompactbits)被簡(jiǎn)稱(chēng)為pdc鉆頭，是金剛石鉆頭的一種，通過(guò)pdc鉆頭表面固定的切削齒來(lái)破碎巖石，切削齒的主要成分是聚晶金剛石復(fù)合片，因其特殊組成成分，破碎巖石效率較高，因此，pdc鉆頭具有杰出的性能和優(yōu)勢(shì)，目前，pdc鉆頭在世界油氣鉆井市場(chǎng)中的鉆井進(jìn)尺比例己達(dá)鉆井總進(jìn)尺的90％左右。

隨著油氣資源的減少，鉆井的環(huán)境不斷惡化，鉆井深度不斷加深，對(duì)鉆頭提出了較高的要求，尤其是對(duì)使用量極大的pdc鉆頭提出了更高的要求。隨著鉆井深度的加深，地下的巖石強(qiáng)度和研磨性也隨之增加，鉆井過(guò)程中，pdc鉆頭的切削齒磨損程度更加嚴(yán)重，破碎巖石的效率下降明顯，pdc鉆頭使用壽命減少，降低了鉆進(jìn)速度，增加了鉆井成本。

深井硬地層、超硬地層和高研磨性地層鉆井，到目前為止還是世界性的難題。在這種地層鉆井，會(huì)出現(xiàn)機(jī)械鉆速慢、蹩鉆跳鉆嚴(yán)重、直井防斜和糾斜困難，鉆具事故多，鉆頭、扶正器磨損嚴(yán)重等諸多問(wèn)題。針對(duì)這些挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)外許多油氣服務(wù)公司推出了諸多解決方案，例如國(guó)際油氣服務(wù)商斯倫貝謝公司推出的axeblade新型斧式脊形齒pdc鉆頭、世界石油天然氣行業(yè)井下工具領(lǐng)導(dǎo)者美國(guó)國(guó)民油井公司推出的speeddrill^tm同心雙直徑固定切削齒鉆頭等。

基于國(guó)內(nèi)外油氣服務(wù)公司的鉆頭設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種漸變徑式高效破巖錐形pdc鉆頭，本鉆頭主要包括鉆頭體、鉆頭體冠部的外表面上分布的多條刀翼、每條刀翼上安裝的主切削齒和副切削齒、相鄰兩條刀翼間的排屑槽，以及排屑槽內(nèi)設(shè)置的安裝在鉆頭體上的噴嘴水眼。沿鉆頭軸線方向自上而下，將鉆頭直徑逐漸擴(kuò)大，形成錐形結(jié)構(gòu)，旨在通過(guò)該特殊的鉆頭結(jié)構(gòu)來(lái)降低破巖過(guò)程中鉆頭所需克服的硬地層巖石應(yīng)力，從而達(dá)到硬地層高效破巖的目的。該漸變徑式高效破巖錐形pdc鉆頭克服了常規(guī)pdc鉆頭未考慮破巖過(guò)程中巖石應(yīng)力降低的不足，在鉆進(jìn)過(guò)程中，先利用鉆頭前端小直徑鉆頭體破巖，有效釋放并降低巖石應(yīng)力，再利用后端逐步擴(kuò)徑的鉆頭體切削低應(yīng)力的巖石，從而有效降低了機(jī)械比能，提高機(jī)械鉆速。另外，由于在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭能夠始終與井壁保持連續(xù)接觸，鉆頭的穩(wěn)定性也得到了提高，同時(shí)能夠形成光滑的井壁，提高后期下套管效率和固井效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種漸變徑式高效破巖錐形pdc鉆頭，旨在通過(guò)該鉆頭特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)降低破巖過(guò)程中鉆頭所需克服的硬地層巖石應(yīng)力，從而達(dá)到硬地層高效破巖以及提高鉆頭穩(wěn)定性的目的。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

本發(fā)明涉及一種漸變徑式高效破巖錐形pdc鉆頭，主要包括鉆頭體，在鉆頭體冠部的外表面上分布有多條刀翼，每條刀翼上均安裝有主切削齒和副切削齒；相鄰兩條刀翼之間形成排屑槽，排屑槽內(nèi)設(shè)置有安裝在鉆頭體上的噴嘴水眼。沿鉆頭軸線方向自上而下，將鉆頭直徑逐漸擴(kuò)大，形成錐形結(jié)構(gòu)，在實(shí)際鉆井過(guò)程中，先利用鉆頭前端小直徑鉆頭體破巖，有效釋放并降低巖石應(yīng)力，再利用后端逐步擴(kuò)徑的鉆頭體切削低應(yīng)力的巖石，從而有效降低了機(jī)械比能，提高機(jī)械鉆速。此外，由于在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭能夠始終與井壁保持連續(xù)接觸，鉆頭的穩(wěn)定性也得到了提高，同時(shí)能夠形成光滑的井壁，提高后期下套管效率和固井效率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.漸變徑式高效破巖錐形pdc鉆頭特有的錐形結(jié)構(gòu)能在鉆井過(guò)程中，利用鉆頭前端小直徑鉆頭體破巖，從而有效釋放并降低巖石應(yīng)力，再利用后端逐步擴(kuò)徑的鉆頭體切削低應(yīng)力的巖石，達(dá)到降低機(jī)械比能，提高機(jī)械鉆速的目的。

2.漸變徑式高效破巖錐形pdc鉆頭在鉆進(jìn)過(guò)程中始終與井壁保持連續(xù)接觸，鉆頭穩(wěn)定性得到提高，同時(shí)能夠形成光滑的井壁，提高后期下套管效率和固井效率。

附圖說(shuō)明

附圖1為漸變徑式高效破巖錐形pdc鉆頭冠部結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為漸變徑式高效破巖錐形pdc鉆頭的鉆頭整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)號(hào)：1鉆頭體、2刀翼、3主切削齒、4副切削齒、5排屑槽、6噴嘴水眼

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，說(shuō)明本發(fā)明提出的具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如下：

一種漸變徑式高效破巖錐形pdc鉆頭，包括鉆頭體1，所述鉆頭體1冠部的外表面上分布有多條刀翼2，所述每條刀翼2上均安裝有主切削齒3和副切削齒4；相鄰兩條刀翼2之間形成排屑槽5，所述排屑槽5內(nèi)設(shè)置有安裝在鉆頭體1上的噴嘴水眼6；其特征在于：沿鉆頭軸線方向自上而下，將鉆頭直徑逐漸擴(kuò)大，形成錐形結(jié)構(gòu)，在實(shí)際鉆井過(guò)程中，先利用鉆頭前端小直徑鉆頭體破巖，有效釋放并降低巖石應(yīng)力，再利用后端逐步擴(kuò)徑的鉆頭體切削低應(yīng)力的巖石，從而有效降低了機(jī)械比能，提高機(jī)械鉆速。另外，由于在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭能夠始終與井壁保持連續(xù)接觸，鉆頭的穩(wěn)定性也得到了提高，同時(shí)能夠形成光滑的井壁，提高后期下套管效率和固井效率。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種漸變徑式高效破巖錐形PDC鉆頭，主要包括鉆頭體、鉆頭體冠部的外表面上分布的多條刀翼、每條刀翼上安裝的主切削齒和副切削齒、相鄰兩條刀翼間的排屑槽，以及排屑槽內(nèi)設(shè)置的安裝在鉆頭體上的噴嘴水眼。沿鉆頭軸線方向自上而下，將鉆頭直徑逐漸擴(kuò)大，形成錐形結(jié)構(gòu)，旨在通過(guò)該特殊的鉆頭結(jié)構(gòu)來(lái)降低破巖過(guò)程中鉆頭所需克服的硬地層巖石應(yīng)力，從而達(dá)到硬地層高效破巖的目的。在實(shí)際鉆井過(guò)程中，先利用鉆頭前端小直徑鉆頭體破巖，有效釋放并降低巖石應(yīng)力，再利用后端逐步擴(kuò)徑的鉆頭體切削低應(yīng)力的巖石，進(jìn)而有效降低機(jī)械比能，提高機(jī)械鉆速。此外，由于在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭能夠始終與井壁保持連續(xù)接觸，鉆頭的穩(wěn)定性也得到了提高，同時(shí)能夠形成光滑的井壁，提高后期下套管效率和固井效率。

技術(shù)研發(fā)人員：趙夢(mèng)梨;任威嚴(yán);周禮鵬;汪海閣;葛云華;王靈碧;查永進(jìn);樊洪海;李滿堂;劉明鑫;孫鵬;杜世亮;張佳偉;胡錦康
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院;中國(guó)石油大學(xué)（北京）
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.22
技術(shù)公布日：2017.08.29