適合含礫地層鉆進(jìn)的pdc鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及井下動(dòng)力工具技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適合含礫地層鉆進(jìn)的PDC鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]PDC鉆頭具有較高的機(jī)械鉆速、較長的使用壽命，適合鉆進(jìn)軟到中硬的均質(zhì)地層，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)己成為現(xiàn)場使用最多的鉆頭。但是PDC鉆頭對地層條件敏感性強(qiáng)，當(dāng)在礫巖地層鉆進(jìn)時(shí)，切削齒容易受到較大的沖擊載荷發(fā)生崩齒而失去切削能力，導(dǎo)致鉆頭進(jìn)尺低不能有效鉆穿礫巖層段，常規(guī)PDC鉆頭甚至鉆進(jìn)幾米就發(fā)生損壞而不得不起出PDC鉆頭。目前現(xiàn)場應(yīng)用中，鉆遇該地層一般先用PDC鉆頭鉆穿上部砂巖地層，然后換成牙輪鉆頭鉆穿礫巖層段，再換回PDC鉆頭繼續(xù)鉆礫巖以下地層，頻繁的起下鉆嚴(yán)重增加了鉆井時(shí)間，而且牙輪鉆頭鉆井效率低且抗磨損能力差，在礫巖中的鉆井效率低鉆井時(shí)間長，大大增加了鉆井成本。
[0003]長期以來，國內(nèi)外學(xué)者在PDC鉆頭方面進(jìn)行了積極的探索，提出了很多改進(jìn)方法。例如優(yōu)化冠部形狀；采用多重布齒結(jié)構(gòu)；增加抗渦動(dòng)設(shè)計(jì)；研制新型復(fù)合片材料等方面提高鉆頭的工作性能，延長使用壽命。
[0004]這些方法對PDC鉆頭技術(shù)的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用，但都不能從根本上解決PDC鉆頭對該地層適應(yīng)性的問題。因此，突破傳統(tǒng)思維方式，從新的角度對鉆頭各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行研宄，研制出一種適合含礫地層鉆進(jìn)的復(fù)合鉆頭是鉆頭技術(shù)發(fā)展的需要，是目前整個(gè)鉆井技術(shù)體系的需要，是提高鉆井綜合經(jīng)濟(jì)效益的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:為了現(xiàn)有技術(shù)中PDC鉆頭在鉆進(jìn)含礫及礫石地層時(shí)，容易發(fā)生“憋鉆”“跳鉆”，導(dǎo)致復(fù)合片崩落影響鉆頭使用壽命的問題，本發(fā)明提供一種適合含礫地層鉆進(jìn)的PDC鉆頭。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種適合含礫地層鉆進(jìn)的PDC鉆頭，包括鉆頭體以及設(shè)置在鉆頭體上的刀翼和噴嘴，所述刀翼采用單刀翼雙排的冠部結(jié)構(gòu)，設(shè)定鉆頭體的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榍胺?，所述刀翼設(shè)置在鉆頭體的冠部，包括前排刀翼和后排刀翼，所述前排刀翼位于鉆頭體上端面的部分以及向鉆頭體外圈延伸的拐角處為前排刀翼的上部，則前排刀翼的上部安裝有錐形PDC切削齒，所述前排刀翼的下部安裝有PDC切削齒，所述后排刀翼上安裝有PDC切削齒，所述錐形PDC切削齒端部朝上，后排刀翼上的PDC切削齒端部朝向前排刀翼。本發(fā)明前排的錐形PDC齒與后排的常規(guī)PDC齒的結(jié)合充分發(fā)揮了 “一帶一路”的切削特性，常規(guī)PDC齒彌補(bǔ)了錐形PDC齒切削效率低的缺點(diǎn)，錐形PDC齒彌補(bǔ)了常規(guī)PDC齒在含礫地層鉆進(jìn)抗沖擊效果差的缺點(diǎn)。這種有點(diǎn)到面的破碎方式符合現(xiàn)代機(jī)械加工的普遍規(guī)律，是兩種齒優(yōu)點(diǎn)的完美結(jié)合。
[0007]作為優(yōu)選，所述后排刀翼上具有與前排刀翼上錐形PDC切削齒對應(yīng)的PDC切削齒。所述每個(gè)刀翼上的錐形PDC切削齒和PDC切削齒的中心呈同心圓分布。所述前排刀翼上的錐形PDC切削齒略高于后排刀翼上PDC切削齒。前排刀翼上的錐形PDC齒和后排刀翼上的常規(guī)PDC齒采用前后同心圓布置，常規(guī)PDC齒略低于錐形PDC齒。錐形齒的切削屬于點(diǎn)接觸，常規(guī)復(fù)合片的切削屬于線接觸，一前一后的布置形成了三角形的接觸方式，進(jìn)一步提高了鉆頭鉆進(jìn)含礫地層的穩(wěn)定性，保護(hù)鉆頭。與常規(guī)鉆頭相比增加了齒數(shù)，但由于后排齒低于前排齒并且增加的錐形齒屬于點(diǎn)接觸，整體的比鉆壓反而有所提高，保證了鉆頭的機(jī)械鉆速。
[0008]作為優(yōu)選，所述前排刀翼和后排刀翼之間形成小排肩槽，相鄰刀翼之間形成大排泄槽。刀翼上的小排肩槽與刀翼之間的大排肩槽共同為鉆頭提供良好的井底流場環(huán)境。
[0009]作為優(yōu)選，所述鉆頭體上均布有4個(gè)刀翼，所述4個(gè)刀翼中左、右兩個(gè)刀翼為第一對刀翼，上、下兩個(gè)刀翼為第二對刀翼。
[0010]作為優(yōu)選，所述第一對刀翼中的前排刀翼前端比第一對刀翼中的后排刀翼的前端靠近鉆頭體中心。
[0011]作為優(yōu)選，所述第二對刀翼中的前排刀翼的前端與第二對刀翼中的后排刀翼的前端基本平齊。
[0012]作為優(yōu)選，所述錐形PDC切削齒內(nèi)部為硬質(zhì)合金材料，外部為有金剛石微粉燒結(jié)層。錐形PDC切削齒是在錐形硬質(zhì)合金材料上燒結(jié)一層金剛石微粉，充分結(jié)合了當(dāng)下兩個(gè)主流鉆頭(牙輪鉆頭和PDC鉆頭)的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的抗沖擊性和研磨性。
[0013]作為優(yōu)選，所述噴嘴為4個(gè)，分別位于4個(gè)刀翼之間。鉆頭上采用四個(gè)小直徑噴嘴，四個(gè)噴嘴布置分別布置在刀翼之間，利用鉆井液漫流特性對前后排齒充分冷卻清巖。小直徑喂'嘴增加鉆頭壓降，提尚水力輔助破巖能力，保護(hù)鉆頭，從而提尚鉆進(jìn)效率。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的適合含礫地層鉆進(jìn)的PDC鉆頭，采用這種單刀翼雙排的切削結(jié)構(gòu)，利用錐形齒的抗沖擊性能充分吸收轉(zhuǎn)化鉆進(jìn)礫石層產(chǎn)生的沖擊能而形成一定的體積破碎，同時(shí)伴隨著鉆頭旋轉(zhuǎn)切削出一個(gè)錐形槽。對于大顆粒礫石錐形齒起到由大變小的先期破碎作用，對于小顆粒礫石錐形齒破壞了礫石的膠結(jié)結(jié)構(gòu)，從而降低了后排常規(guī)齒切削發(fā)生憋跳幾率。后排齒在產(chǎn)生的錐形槽的基礎(chǔ)上切削，由原來的單點(diǎn)受力切削變成兩側(cè)受力切削，切削效率更高，受力更加均勻?qū)ΨQ，金剛石復(fù)合片利用率更高，從而有效的保護(hù)復(fù)合片，提高鉆頭整體壽命。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的主視圖。
[0017]圖2是圖1的俯視圖。
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:1、鉆頭體，2、刀翼，21、前排刀翼，22、后排刀翼，3、噴嘴，4、錐形PDC切削齒，5、PDC切削齒，6、小排肩槽，7、大排泄槽。
【具體實(shí)施方式】
[0020]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0021]如圖1-3所示