[實用新型]一種適合硬地層的PDC鉆頭

無效

• 申請號: 00251498.2
• 申請日: 2000-09-14
• 公開（公告）號: CN2448906Y
• 公開（公告）日: 2001-09-19
• 發明（設計）人: 孫明光
• 申請（專利權）人: 勝利石油管理局鉆井工藝研究院
• 主分類號: E21B10/44
• 分類號: E21B10/44
• 代理公司: 北京市中實友專利代理有限責任公司
• 代理人: 羅文遠

本實用新型屬于石油及地質鉆井用PDC鉆頭的結構改進。

常規PDC鉆頭在均質的松軟或中等硬度地層中具有機械鉆速快、壽命長、進尺高等優點，但在中硬到硬的非均質研磨性地層中鉆進時，工作性能很差，PDC復合片容易產生碎裂和過度磨損現象，導致鉆頭先期損壞。其主要原因是PDC鉆頭以剪切方式破碎巖石，而在較硬的非均質地層鉆進時，容易引起鉆頭扭轉振動和軸向振動，同時由于硬地層的抗壓強度高，必須加大鉆壓才能使PDC復合片有效地吃入地層，容易造成PDC復合片的碎裂和高溫磨損。

本實用新型主要由PDC復合片、金剛石齒、刀翼、噴嘴和鉆頭體組成，依靠PDC復合片和金剛石齒在刀翼上形成混合切削結構，能有效鉆進硬研磨性地層。本實用新型的目的就是提供一種適合硬地層的PDC鉆頭。

本實用新型是這樣實現的，在刀翼[3]前端安裝一排PDC復合片[1]，在刀翼[3]后端與PDC復合片[1]一一對應安裝一排金剛石齒[2]；在同一刀翼[3]相同半徑上金剛石齒[2]比PDC復合片[1]的出露高度低0.5～1.5mm，且布置在距PDC復合片[1]后端10～20mm處；金剛石齒[2]包含了天然金剛石和三角、圓柱等形狀的人造熱穩定聚晶金剛石。

與常規PDC鉆頭相比，本實用新型在一般地層中鉆進時，具有常規PDC鉆頭的所有性能特點。在硬地層鉆進時，本實用新型仍以PDC復合片切削為主，但其后面的金剛石齒承擔了部分鉆壓，降低了鉆頭的振動幅度，減小了PDC復合片由于振動所受的瞬時沖擊載荷，保護了PDC復合片。在研磨性地層內鉆進時，刀翼后端的金剛石齒逐漸出露，其良好的熱穩定性使其在高溫下仍保持較高的耐磨性和形狀，對巖石具有犁刨作用，在巖石表面劃出溝槽，增加了巖石表面的自由度，使得PDC復合片相對容易破碎巖石；同時金剛石齒承擔了部分鉆壓，減小了PDC復合片由于鉆壓大而產生的高溫磨損，從而延長了鉆頭的使用壽命。因此本實用新型在中硬至硬的非均質研磨性地層中鉆進時，比常規PDC鉆頭具有機械鉆速高、壽命長、進尺多等優點，可節省大量鉆井費用，具有明顯的經濟效益。

說明書附圖：圖1．一種適合硬地層的金剛石鉆頭示意圖附圖說明：

1．PDC復合片2．金剛石齒3．刀翼4．噴嘴5．鉆頭體

現結合說明書附圖對本實用新型作進一步的描述：

本實用新型以PDC復合片[1]為主、以金剛石齒[2]為輔的組成混合切削結構，它們在刀翼上是按一一對應關系進行分布排列的，金剛石齒[2]比PDC復合片[1]的出露高度低0.5～1.5mm，金剛石齒[2]距離PDC復合片[1]后端10～20mm，金剛石齒[2]是天然金剛石或三角、圓柱等形狀的人造熱穩定聚晶金剛石。在鉆井過程中，首先把本實用新型與其它井下工具連接起來，下入井底，然后開泵通過井下工具內腔、鉆頭體[5]內腔和噴嘴[4]循環鉆井液，啟動旋轉設備將井下工具旋轉起來，并加鉆壓使其旋轉破碎巖石。在一般地層中鉆進時，本實用新型具有常規PDC鉆頭的性能特點。在硬研磨性地層鉆進時，本實用新型仍以PDC復合片[1]切削為主，但金剛石齒[2]承擔了部分鉆壓，限制每轉的切削量，并隨著PDC復合片[1]的磨損，金剛石齒[2]對巖石產生犁刨作用，在硬地層表面劃出溝槽，使得PDC復合片[1]相對容易破碎巖石，提高了機械鉆速。同時，金剛石齒[2]結構能在軸向、橫向和扭轉振動中大大降低PDC復合片[1]所承受的瞬間過量載荷，降低了PDC復合片[1]的沖擊損壞或高溫磨損，從而延長了鉆頭的使用壽命。在硬研磨性地層鉆進時，本實用新型比常規PDC鉆頭具有更好的經濟效益。