一種適用于硬地層的犁切型pdc鉆頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油天然氣鉆井用鉆頭，具體地說是一種適用于硬地層的犁切型roc鉆頭。
【背景技術】
[0002]PDC鉆頭作為一種高效破巖工具，在油氣鉆井中得到了越來越廣泛的應用，其在軟到中硬地層中，鉆速快，進尺高。然而，在深井和復雜地質條件下的油氣鉆探工作中，經常鉆遇碳酸鹽巖、火成巖和變質巖等難鉆地層，其強度高，硬度大，可鉆性差，研磨性強。采用常規PDC鉆頭鉆進上述地層，PDC切削齒磨損速度較快，導致機械鉆速慢，鉆頭進尺低、壽命短，鉆井周期長、成本高。因此，有必要設計一種專門用于硬地層鉆井的PDC鉆頭。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種適用于硬地層的犁切型PDC鉆頭，能夠有效解決深井和復雜地質條件下鉆井過程中出現的鉆頭壽命短、鉆進效率低等問題，達到提高鉆井效率、縮短鉆井周期、降低鉆井成本的目的。
[0004]為了達成上述目的，本發明采用了如下技術方案，一種適用于硬地層的犁切型roc鉆頭，包括鉆頭基體、刀翼、切削齒，所述鉆頭基體上設置至少兩個刀翼，相鄰刀翼之間設置有排屑槽，所述刀翼上布置切削齒，所述切削齒包括每個刀翼上均設置的錐形PDC齒和聚晶金剛石復合片。
[0005]所述聚晶金剛石復合片作為主切削齒以后傾方式布置在刀翼上，后傾角范圍7度到13度；錐形PDC齒作為后排齒以前傾方式布置在刀翼上，前傾角范圍13度到18度。
[0006]所述聚晶金剛石復合片作為主切削齒，按等磨損原則沿井底輪廓線布齒，所述錐形PDC齒作為后排齒，采用與聚晶金剛石復合片同軌或交錯的布齒方式。
[0007]所述錐形PDC齒與聚晶金剛石復合片交錯布齒時，錐形PDC齒的井底切削軌跡位于井底輪廓線上相鄰兩個聚晶金剛石復合片井底切削軌跡之間。
[0008]所述錐形PDC齒與聚晶金剛石復合片同軌布置時，錐形PDC齒的井底切削軌跡與井底輪廓線上其中一個聚晶金剛石復合片井底切削軌跡相同。
[0009]所述的錐形PDC齒和聚晶金剛石復合片采用交錯布置時，兩者在刀翼上的出刃高度相問。
[0010]所述錐形PDC齒和聚晶金剛石復合片采用同軌布置時，錐形PDC齒的出刃高度低于聚晶金剛石復合片2mm以下。
[0011]所述排屑槽內設有噴嘴，噴嘴鑲裝于鉆頭基體上。
[0012]相較于現有技術，本發明具有以下有益效果:
本發明的犁切型PDC鉆頭在鉆井過程中，錐形PDC齒以前傾角犁削巖石，由于錐形齒頂部尖銳，容易吃入巖石，在井底形成“犁溝”，能夠有效破壞巖石內應力，降低巖石強度；而后，聚晶金剛石復合片以后傾角切削巖石，由于自身工作面較大，可高效破碎巖石，實現快速鉆進。
[0013]其中錐形PDC齒與聚晶金剛石復合片交錯布置時，錐形PDC切削齒首先在巖石表面犁削出溝槽，由于錐形PDC齒破巖工作面較小，在井底輪廓線上相鄰的兩個錐形PDC齒間形成未破壞巖脊，隨后被上述兩個錐形PDC齒軌跡之間的聚晶金剛石復合片切削破碎，完成井底的全面碎巖。
[0014]其中錐形PDC齒與聚晶金剛石復合片同軌布置時，錐形PDC切削齒首先在巖石表面形成溝槽，隨后與其同軌的聚晶金剛石復合片繼續沿溝槽切削，使原有溝槽加寬，完成井底的全面碎巖。
[0015]該型PDC鉆頭具有良好的硬地層破巖能力和較高的機械鉆速，能夠有效解決深井和復雜地質條件下鉆井過程中出現的鉆頭壽命短、鉆進效率低等問題，達到提高鉆井效率、縮短鉆井周期、降低鉆井成本的目的。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的一種適用于硬地層的犁切型PDC鉆頭的結構示意圖；
圖2是錐形PDC齒與聚晶金剛石復合片交錯布齒示意圖；
圖3是錐形PDC齒與聚晶金剛石復合片同軌布齒示意圖；
圖4是錐形PDC齒與聚晶金剛石復合片交錯布齒破巖示意圖；
圖5是錐形PDC齒與聚晶金剛石復合片同軌布齒破巖7K意圖。
[0017]圖中:1_鉆頭基體；2-刀翼；3_聚晶金剛石復合片；4_錐形PDC切削齒；5-噴嘴；6_排屑槽。
【具體實施方式】
[0018]有關本發明的詳細說明及技術內容，配合【附圖說明】如下，然而附圖僅提供參考與說明之用，并非用來對本發明加以限制。
[0019]如圖1所示，犁切型PDC鉆頭，包括:鉆頭基體1、刀翼2、聚晶金剛石復合片3、錐形PDC齒4、噴嘴5及排屑槽6等部件，刀翼2位于鉆頭體1上，相鄰刀翼2間設置有排屑槽6，排屑槽6內設有噴嘴5，噴嘴5鑲裝于鉆頭體1上。刀翼2上布置有若干聚晶金剛石復合片3和錐形PDC齒4，聚晶金剛石復合片3作為主切削齒，按等磨損原則沿井底輪廓線布齒，錐形PDC齒4作為后排齒，采用與聚晶金剛石復合片3同軌或交錯的布齒方式。
[0020]實施例1
當錐形roc齒4與聚晶金剛石復合片3交錯布置時，如圖2所示，錐形PDC齒4的井底切削軌跡位于井底輪廓線上相鄰聚晶金剛石復合片3井底切削軌跡之間。所述聚晶金剛石復合片作為刀翼的主切削齒，以后傾方式布置在刀翼上，復合片的后傾角范圍7度到13度。所述錐形PDC齒作為刀翼的后排齒，以前傾方式布置在刀翼上，錐形齒的前傾角范圍13度到18度。所述的錐形PDC齒和聚晶金剛石復合片采用交錯布齒時，兩者出刃高度相同。[0021 ] 如圖3所示，采用上述布齒方式的犁切型鉆頭鉆進過程中，錐形PDC齒4以正前角犁削巖石，在巖石表面形成溝槽，在井底輪廓線上相鄰的兩個錐形roc齒4間形成未破壞巖脊，被上述兩個錐形PDC齒4軌跡之間的聚晶金剛石復合片3切削破碎，完成井底的全面碎山
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[0022]實施例2
當錐形PDC齒4與聚晶金剛石復合片3同軌布置時，如圖4所示，錐形PDC切削齒4的井底切削軌跡與井底輪廓線上其中一個聚晶金剛石復合片3井底切削軌跡相同。所述聚晶金剛石復合片作為刀翼的主切削齒，以后傾方式布置在刀翼上，復合片的后傾角范圍7度到13度。所述錐形PDC齒作為刀翼的后排齒，以前傾方式布置在刀翼上，錐形齒的前傾角范圍13度到18度。所述的錐形PDC齒和聚晶金剛石復合片采用同軌布齒時，錐形PDC齒的出刃高度低于聚晶金剛石復合片2mm以下。
[0023]如圖5所示，采用上述布齒方式的犁切型鉆頭鉆進過程中，錐形PDC齒4以正前角犁削巖石，在巖石表面形成溝槽，聚晶金剛石復合片3以后傾角將剩余巖石切削破碎，使原有溝槽加寬并相連，完成井底的全面碎巖。
[0024]犁切型roc鉆頭采用了聚晶金剛石復合片與錐形roc齒的混合設計，利用錐形roc齒與巖石接觸面積小、易吃入巖石的特點，先行破碎巖石，從而改變了井底地應力條件，再利用聚晶金剛石復合片切削面積大、碎巖效率高的特點，完成后續破巖。犁切型PDC鉆頭能有效解決堅硬地層鉆井過程中，鉆井速度慢、鉆頭磨損快、壽命低等問題，到達提高鉆井效率、縮短鉆井周期、降低鉆井成本的目的。
[0025]以上所述僅為本發明的較佳實施例，非用以限定本發明的專利范圍，其他運用本發明的專利精神的等效變化，均應俱屬本發明的專利范圍。
【主權項】
1.一種適用于硬地層的犁切型PDC鉆頭，包括鉆頭基體、刀翼、切削齒，所述鉆頭基體上設置至少兩個刀翼，相鄰刀翼之間設置有排屑槽，所述刀翼上布置切削齒，其特征在于，所述切削齒包括每個刀翼上均設置的錐形PDC齒和聚晶金剛石復合片。2.根據權利要求1所述的一種適用于硬地層的犁切型roc鉆頭，其特征在于，所述聚晶金剛石復合片作為主切削齒以后傾方式布置在刀翼上，后傾角范圍7度到13度；錐形roc齒作為后排齒以前傾方式布置在刀翼上，前傾角范圍13度到18度。3.根據權利要求1所述的一種適用于硬地層的犁切型roc鉆頭，其特征在于，所述聚晶金剛石復合片作為主切削齒，按等磨損原則沿井底輪廓線布齒，所述錐形PDC齒作為后排齒，采用與聚晶金剛石復合片同軌或交錯的布齒方式。4.根據權利要求3所述的一種適用于硬地層的犁切型PDC鉆頭，其特征在于，所述錐形PDC齒與聚晶金剛石復合片交錯布齒時，錐形PDC齒的井底切削軌跡位于井底輪廓線上相鄰兩個聚晶金剛石復合片井底切削軌跡之間。5.根據權利要求3所述的一種適用于硬地層的犁切型PDC鉆頭，其特征在于，所述錐形PDC齒與聚晶金剛石復合片同軌布置時，錐形PDC齒的井底切削軌跡與井底輪廓線上其中一個聚晶金剛石復合片井底切削軌跡相同。6.根據權利要求3所述的一種適用于硬地層的犁切型PDC鉆頭，其特征在于，所述的錐形PDC齒和聚晶金剛石復合片采用交錯布置時，兩者在刀翼上的出刃高度相同。7.根據權利要求3所述的一種適用于硬地層的犁切型PDC鉆頭，其特征在于，所述錐形PDC齒和聚晶金剛石復合片采用同軌布置時，錐形PDC齒的出刃高度低于聚晶金剛石復合片2mm以下。8.根據權利要求3所述的一種適用于硬地層的犁切型PDC鉆頭，其特征在于，所述排屑槽內設有噴嘴，噴嘴鑲裝于鉆頭基體上。
【專利摘要】本發明公開了一種適用于硬地層的犁切型PDC鉆頭，包括鉆頭基體、刀翼、切削齒，所述鉆頭基體上設置至少兩個刀翼，相鄰刀翼之間設置有排屑槽，所述刀翼上布置切削齒，所述切削齒包括每個刀翼上均設置的錐形PDC齒和聚晶金剛石復合片。聚晶金剛石復合片以后耙角切削巖石，錐形PDC齒則以正前角犁削巖石。錐形PDC齒頂部尖銳，容易吃入巖石，并在井底形成“犁溝”，釋放井底巖石內應力，降低巖石強度；聚晶金剛石復合片工作面較大，可以大面積地切削巖石。兩種不同結構PDC齒的有機結合，可大大提高鉆頭的破巖效率，有效解決硬地層鉆井速度慢、鉆頭壽命低等問題，達到提高鉆井效率、縮短鉆井周期、降低鉆井成本的目的。
【IPC分類】E21B10/43, E21B10/54
【公開號】CN105275403
【申請號】CN201410308347
【發明人】劉天科, 劉成貴, 裴建忠, 劉湘華, 路峰, 鄒德永, 李海濤, 黃勇, 李文明, 趙永斌
【申請人】中國石油化工集團公司, 中石化勝利石油工程有限公司黃河鉆井總公司, 中國石油大學(華東)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年7月1日