[實用新型]適應于多種巖性及硬度地層的PDC鉆頭

有效

• 申請號: 201420016964.0
• 申請日: 2014-01-13
• 公開（公告）號: CN203669757U
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 沈建中;賀慶;李紅偉;樊華
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46;E21B10/61
• 代理公司: 鎮江京科專利商標代理有限公司 32107
• 代理人: 夏哲華

技術領域

本實用新型涉及石油、煤層氣、頁巖氣等領域鉆探用PDC(聚晶金剛石復合片)鉆頭，尤其涉及一種適應于多種巖性及硬度地層的PDC鉆頭。

背景技術

機械鉆速和鉆頭進尺是衡量PDC鉆頭優劣的兩項重要指標，現有技術的PDC鉆頭往往是針對某一特定巖性及某一特定硬度地層而研制，在保證機械鉆速的情況下，鉆頭進尺往往受到該段地層厚度的限制，無法保證以較高機械鉆速鉆穿多套不同巖性、不同硬度的地層；適合軟地層的PDC鉆頭在鉆較硬地層時，鉆頭磨損嚴重，無法取得理想進尺；適合較硬地層的PDC鉆頭在鉆軟地層時，破巖能力不夠，無法取得理想機械鉆速。再則定向井已成為油氣勘探開發的常規手段，而通常PDC鉆頭在鉆進過程中易致軌跡發生嚴重飄移，增大軌跡控制難度，在實鉆過程中往往需要通過多次起下鉆，更換鉆頭來實現不同地層的快速鉆進，使得施工效率降低，作業成本提高。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種能夠適應不同巖性、不同硬度的地層鉆進，施工效率高的適應于多種巖性及硬度地層的PDC鉆頭。

本實用新型的適應于多種巖性及硬度地層的PDC鉆頭包括有位于鉆頭體冠部的多個刀翼；全部刀翼在側向上的投影輪廓形線包括以鉆頭體中心軸線為對稱中心的內錐線、與內錐線兩側最高點相銜接的兩段拋物線；所述刀翼的工作面位于所述內錐線和拋物線構成的回轉面上，刀翼的工作面上分布的有切削齒；所述鉆頭體的冠部還分布有可換噴嘴。

所述內錐線與鉆頭體中心軸線夾角為13°—18°，內錐線兩側最高點至鉆頭體中心軸線的距離為鉆頭直徑的1/4—1/3。

所述刀翼相對鉆頭體中心呈不均勻分布，其中一個刀翼過鉆頭體中心。

所述切削齒直徑大于等于13mm,小于等于19mm；單個刀翼上相鄰切削齒的間距在2mm至3.5mm之間選擇。

從鉆頭體中心至內錐線兩最高點部位的切削齒切削角為-15°，從內錐線兩側最高點至鉆頭外緣的切削齒切削角為-20°。

所述刀翼下部設置有保徑，保徑由安裝切削齒的切削齒保徑和不安裝切削齒的標準保徑組合而成。

本實用新型的有益效果在于：在鉆井作業中滿足了定向井軌跡控制需要，對地層適應性強，破巖效率高，在多種硬度地層鉆進中具有良好的穩定性、耐久性和較高的機械鉆速，提高了單只PDC鉆頭的綜合使用效益。

附圖說明

圖1是本實用新型的端部結構示意圖；

圖2是本實用新型的鉆頭體冠部各刀翼的側向投影輪廓形狀示意圖；

圖3是刀翼上的切削齒分布示意圖。

具體實施方式

如圖所示，該適應于多種巖性及硬度地層的PDC鉆頭包括有位于鉆頭體1冠部的多個刀翼2；全部刀翼2在側向上的投影輪廓形線包括以鉆頭體中心軸線3為對稱中心的內錐線4和與內錐線兩側最高點相銜接的兩段拋物線5；所述刀翼2的工作面位于所述內錐線和拋物線構成的回轉面上，刀翼的工作面上分布的有切削齒6（如圖3）；所述鉆頭體的冠部還分布有可換噴嘴7。

所述內錐線4與鉆頭體中心軸線夾角為13°—18°，內錐線4兩側最高點至鉆頭體中心軸線3的距離為鉆頭直徑的1/4—1/3。該冠部形狀井底覆蓋輪廓適中，在軟地層中不至于太多齒勻受力接觸井底，造成分壓嚴重，影響機械鉆速；在硬地層中不至于錐頂部位齒應力集中，造成先期損壞，影響鉆頭使用壽命。在軟至中硬地層鉆進過程中都具有良好的穩定好和壽命長的特點。

所述刀翼2相對鉆頭體中心呈不均勻分布，其中一個刀翼過鉆頭體中心，有效保護鉆頭中心，同時增加鉆頭中心部位碎巖能力。

所述切削齒6直徑大于等于13mm,小于等于19mm；單個刀翼上相鄰切削齒的間距均在2mm至3.5mm之間選擇。

從鉆頭體中心至內錐線兩最高點部位的切削齒切削角為-15°，從內錐線兩側最高點至鉆頭外緣的切削齒切削角為-20°。內錐線內側的切削齒以與井壁呈半脫離狀態進行巖石破碎，相對于外緣切削齒破巖機理，其受地層應力的影響較小，相對破巖效率高。所以在恒定鉆壓下，最高點以內切削齒切削角較銳利，可以加速破碎中心部位巖石，進而促使外部齒受到更大的鉆壓加載，更有效破壞外圍巖石，達到整體提速的目的。

所述刀翼2下部設置有保徑，保徑由安裝切削齒的切削齒保徑8和不安裝切削齒的標準保徑9組合而成。在軟地層鉆進過程中，切削齒保徑可以充分發揮修整井壁，保持鉆頭工作平穩；硬地層鉆進過程中，雙保徑設計共同作用保護鉆頭本體，延長使用壽命，防止鉆頭事故。