專利名稱：石油天然氣鉆井pdc鉆頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種石油天然氣鉆井鉆頭，具體地說，是一種PDC鉆頭。
背景技術：
一種公開的用于石油天然氣鉆井的鉆頭是中國專利ZL 98222404.4所揭示的一種雙級切削PDC鉆頭，它包括鉆頭體、大直徑PDC切削件、小直徑PDC切削件及噴嘴。大直徑PDC切削件的排布密度很小，但能完全覆蓋井底，其大、小直徑PDC切削件總的覆蓋系數與常規PDC鉆頭相當。大直徑PDC切削件的出露高度大于小直徑PDC切削件的出露高度，大直徑PDC切削件形成第一級切削，小直徑PDC切削件形成第二級切削。
上述PDC鉆頭在鉆均質的較軟地層時，鉆進起初，參與切削地層的僅僅是大直徑PDC切削件，相當于一個布齒密度很低的鉆頭，機械鉆速很高，當鉆頭使用到后期，小直徑PDC切削件也參與切削地層，其機械鉆速與常規PDC鉆頭相當，綜合效果是既保證了使用壽命，又提高了機械鉆速。但是在鉆軟硬交錯的不均質地層的情況下，上述PDC鉆頭效果不佳，因為首先參與切削的大直徑PDC切削件常常發生金剛石層碎裂及脫層方式的損壞，失去切削能力，但其硬質合金襯墊仍然固結在鉆頭體上，從而增大了撐壓面積，使得PDC切削件很難吃入地層，因而降低了機械鉆速。
發明內容
為了克服上述PDC鉆頭只能適應鉆均質的較軟地層，而鉆軟硬交錯的不均質地層時效果不佳的缺陷，本發明提供了一種石油天然氣鉆井PDC鉆頭，它能夠在軟硬交錯的地層中有效地鉆進。
為了達到上述目的，本發明的PDC鉆頭包括鉆頭體、主刀翼、次刀翼、大直徑PDC切削件、小直徑PDC切削件及噴嘴。按照本發明，這種PDC鉆頭的主刀翼和次刀翼成對出現，且在鉆頭周向上相互隔開，大直徑PDC切削件固結在主刀翼上，小直徑PDC切削件固結在次刀翼上，大直徑PDC切削件的厚度和后傾角均小于小直徑PDC切削件的厚度和后傾角，而且大直徑PDC切削件的出露高度大于小直徑PDC切削件的出露高度。大直徑PDC切削件的排布密度很小，但能完全覆蓋井底。
本發明的PDC鉆頭在軟硬交錯地層，甚至在含有礫巖的地層中鉆進時，由于大直徑PDC切削件的出露高度大于小直徑PDC切削件的出露高度，所以在鉆進的初期，僅有大直徑PDC切削件切削地層，又因為大直徑PDC切削件的排布密度很小，因此可以獲得高的機械鉆速。由于大直徑PDC切削件的厚度和后傾角都較小，所以硬質合金襯墊的抗沖擊能力也小，因而在鉆進過程中，參與切削的大直徑PDC切削件的損壞方式將是金剛石層和硬質合金襯墊一起整體折斷或脫落，從而解決了由于金剛石層損壞，大直徑PDC切削件失去切削能力時，硬質合金襯墊仍然存在而增大撐壓面積的問題。所以當鉆進后期，小直徑PDC切削件參與切削時，本發明的PDC鉆頭仍然能夠以高比壓有效地鉆進，取得高的機械鉆速。
本發明將通過具體實例結合附圖加以說明。
圖1是本發明所述石油天然氣鉆井PDC鉆頭的頂視圖；圖2是圖1中A-A剖視圖。
具體實施例方式
參照圖1和圖2用于石油天然氣鉆井的PDC鉆頭，包括鉆頭體1，上面安裝著三個主刀翼3、三個次刀翼5以及三個噴嘴6。主刀翼3和次刀翼5在鉆頭周向上相互隔開。所有的大直徑PDC切削件2都固結在各個主刀翼3上，大直徑PDC切削件2的厚度為8mm、后傾角α2為10°、出露高度H2為9mm。所有的小直徑PDC切削件4都固結在次刀翼5上，小直徑PDC切削件4的厚度為13mm、后傾角α1為20°、出露高度H1為5mm。
根據上述方案制造出的PDC鉆頭在軟硬交錯地層，甚至在含有礫巖的地層中鉆進時，由于大直徑PDC切削件2的出露高度H2大于小直徑PDC切削件4的出露高度H14mm，所以在鉆進的初期，僅有大直徑PDC切削件2參與切削地層，而小直徑PDC切削件4不參與切削地層，又因為大直徑PDC切削件2的排布密度很小，因而在施加正常范圍的鉆壓的情況下，大直徑PDC切削件2能夠很容易地吃入地層，所以可以獲得高的機械鉆速。由于大直徑PDC切削件2的厚度和后傾角α2都較小，所以它自身的硬質合金襯墊的抗沖擊能力也較小，因而在鉆進過程中，如果由于某種原因引起大直徑PDC切削件2損壞的話，則損壞方式將是金剛石層和硬質合金襯墊一起從主刀翼3上整體折斷或脫落，從而解決了由于金剛石層損壞，大直徑PDC切削2件失去切削能力時，硬質合金襯墊仍然存在而增大撐壓面積的問題。所以當小直徑PDC切削件4參與切削時，本發明的PDC鉆頭仍然能夠以高比壓有效地鉆進，取得高的機械鉆速。因而提高了整個鉆進過程的機械鉆速。
權利要求
1.一種石油天然氣鉆井PDC鉆頭，包括鉆頭體(1)、主刀翼(3)、次刀翼(5)、大直徑PDC切削件(2)、小直徑PDC切削件(4)及噴嘴(6)，其特征在于主刀翼(3)和次刀翼(5)成對出現，且在鉆頭周向上相互隔開，大直徑PDC切削件(2)固結在主刀翼(3)上，小直徑PDC切削件(4)固結在次刀翼(5)上，大直徑PDC切削件(2)的厚度和后傾角α2均小于小直徑PDC切削件(4)的厚度和后傾角α1。
2.根據權利要求1所述的石油天然氣鉆井PDC鉆頭，其特征是大直徑PDC切削件(2)的出露高度H2大于小直徑PDC切削件(4)的出露高度H1。
全文摘要
本發明公開了一種石油天然氣鉆井PDC鉆頭，包括鉆頭體、主刀翼、次刀翼、大直徑PDC切削件、小直徑PDC切削件及噴嘴。這種PDC鉆頭的主刀翼和次刀翼成對出現，且在鉆頭周向上相互隔開，大直徑PDC切削件固結在主刀翼上，小直徑PDC切削件固結在次刀翼上，大直徑PDC切削件的厚度和后傾角均小于小直徑PDC切削件的厚度和后傾角，而且大直徑PDC切削件的出露高度大于小直徑PDC切削件的出露高度。它能夠在軟硬交錯的地層中有效地鉆進。
文檔編號E21B10/60GK1763349SQ20041003601
公開日2006年4月26日 申請日期2004年10月22日 優先權日2004年10月22日
發明者王福修, 于建賓, 田京燕, 張崇硯 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院