[實用新型]一種五刀翼的聚晶金剛石復合片鉆頭

有效

• 申請號: 201420093733.X
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN203742459U
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 饒秀興
• 申請（專利權）人: 饒秀興
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務所(普通合伙) 51106
• 代理人: 段雪茵

技術領域

本實用新型涉及一種石油天然氣鉆井行業，具體是一種具有高效切削結構的五刀翼的聚晶金剛石復合片鉆頭。

背景技術

由于世界能源日趨緊張，石油天然氣鉆井活動不斷增加，所以對石油天然氣鉆井鉆頭的需求量也越來越大。石油天然氣鉆井聚晶金剛石復合片（PDC）鉆頭由于鉆井速度高和使用壽命長，因此得到了極其廣泛的應用。

聚晶金剛石復合片（PDC）鉆頭按照鉆頭刀翼數量分為三刀翼、四刀翼、五刀翼、六刀翼、七刀翼和八刀翼PDC鉆頭等，其中五刀翼PDC鉆頭的鉆井速度和使用壽命適中，適應地層范圍廣，在石油天然氣鉆井活動中被廣泛使用。

以現有五刀翼PDC鉆頭為例，分析現有PDC鉆頭的切削結構：

如圖1所示，聚晶金剛石復合片（PDC）鉆頭主要由鉆頭本體4、連接接頭5、刀翼2、主切削齒1和噴嘴3組成。聚晶金剛石復合片（PDC）鉆頭有5個刀翼2和多個主切削齒1（聚晶金剛石復合片），不同位置的主切削齒1按照特定的切削規律布置在各個刀翼2上，構成PDC鉆頭的切削結構。

如圖2～圖4所示，為現有PDC鉆頭的切削結構示意圖，圖2所示為現有PDC鉆頭的主切削齒1（聚晶金剛石復合片）布齒覆蓋圖，圖3所示為Z向視圖，表示不同位置的主切削齒1在各個刀翼2上的分布情況，圖4為現有PDC鉆頭單個主切削齒1（聚晶金剛石復合片）的切削面積和切削刃邊示意圖。標記CEN為PDC鉆頭中心線，標記V為PDC鉆頭鉆進地層時的旋轉方向，坐標系Z軸和PDC鉆頭中心線重合并且指向PDC鉆頭的鉆進方向。

一般現有技術所采用的五刀翼PDC鉆頭具有2根長刀翼和3根短刀翼，若干個主切削齒1分布在長刀翼和短刀翼的前刀翼面上。將五根刀翼2沿鉆頭旋轉方向的反方向（負V方向）依次順序定義為B1、B2、B3、B4和B5號刀翼2，其中：B1和B4號刀翼2為長刀翼、B2、B3和B5號刀翼2為短刀翼。再按靠近所述鉆頭中心線（Z軸）垂直距離由小到大、將主切削齒1順序編號為a₁、a₂、a₃、……，a_n號之前的主切削齒a₁、a₂……a_n-1依次交替布置在長刀翼B1和B4上；從a_n號開始，主切削齒1的分布規律如下循環：a_n、a_n+1、a_n+2、a_n+3、a_n+4、a_n+5……號主切削齒1依次布置在B1、B2、B3、B4、B5、B1……號刀翼2上。如此，依上述規律構成整個現有PDC鉆頭的切削結構，完成主切削齒1切削該區域地層的完整覆蓋。

定義上述切削結構為正向（按刀翼號由小到大的順序）順序切削結構，同理現有PDC鉆頭還有反向（按刀翼號由大到小的順序）順序切削結構。反向順序切削結構由于其它原因，在實際應用中很少被采用。因反向順序切削結構的切削原理和正向順序切削結構相類似，后面所述不再單獨提及反向順序切削結構。

如圖2所示，第a_n號主切削齒1靠PDC鉆頭外側的區域為PDC鉆頭的主切削齒全覆蓋區，第a_n號主切削齒1（聚晶金剛石復合片）靠PDC鉆頭內側的區域為PDC鉆頭的主切削齒非全覆蓋區。由此可見，在現有PDC鉆頭的主切削齒全覆蓋區，其切削結構完全遵循正向順序切削規律；在主切削齒非全覆蓋區，其切削結構部分遵循正向順序切削規律。

如圖4所示，圖中陰影部分為現有PDC鉆頭正向順序切削結構中第a_n+1號主切削齒1（聚晶金剛石復合片）的切削面積，圖中陰影部分和主切削齒1切削刃邊的相交部分為主切削齒1切削地層的切削刃邊。由此可知，該主切削齒1的切削面積過大，切削刃邊過長，必然導致整個現有PDC鉆頭存在以下缺陷：

1.???切削面積過大：導致鉆頭工作扭矩增大，能源消耗高，降低切削效率。

2.???切削刃邊過長：導致主切削齒1切削刃邊和地層的摩擦發熱增大，降低主切削齒1的使用壽命，同時降低整個PDC鉆頭的使用壽命。

3.???切削刃邊往鉆頭側向（外側）傾斜（如圖4所示）：導致PDC鉆頭側向受力加大，降低PDC鉆頭的穩定性。

發明內容

針對現有PDC鉆頭切削結構存在的缺陷，提供一種具有高效切削結構的五刀翼的聚晶金剛石復合片鉆頭。

本實用新型所采用的技術方案是：