[實用新型]一種設置有金剛石復合片和金剛石孕鑲塊的混合鉆頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420110221.X
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN203701990U
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設計）人: 毛忠仁;蘇益仁
• 申請（專利權）人: 成都惠靈豐金剛石鉆頭有限公司
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/46
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 譚新民

技術領域

本實用新型涉及石油鉆探領域，具體地，涉及一種設置有金剛石復合片和金剛石孕鑲塊的混合鉆頭。

背景技術

在石油地質鉆井工程中，針對不同的地層巖性，需要選用不同的鉆頭，其中最常用的是金剛石復合片鉆頭，它的特點是金剛石復合片有較好的耐磨性和一定的抗沖擊能力，在中等硬度及中等硬度以下的地層中鉆進，機械鉆速高，壽命較長，鉆井效率高，但是如果遇到堅硬地層和研磨性很強的地層，復合片會因為快速磨損或沖擊破裂而失去切削能力，鉆頭很快失效，在這種情況下，就必須換用耐磨性強的鉆頭，金剛石孕鑲塊鉆頭的耐磨性好，而且有很好的“自銳”能力，在堅硬地層中壽命長，但是它的機械鉆速慢，鉆井效率低，特別是對較軟的地層，甚至可能產(chǎn)生“泥包”，完全不能鉆進，由于這個原因，在石油鉆探工程中，都是采用換鉆頭的方法來對付地層巖性的變化，然而石油鉆井一般井深都有3000——5000m，更換鉆頭就必須起下鉆具，一次起下鉆具，少則需要花幾小時，多則需要幾十小時，既費時又費錢，這是鉆探工程中的一個難題。

專利號為“201320440467.9”的中國專利公開了一種聚晶金剛石復合片鉆頭，包括碳化鎢胎體，鉆頭的碳化鎢胎體冠部沿圓周依次布置有五個切削齒，分別為第一序齒，第二序齒，第三序齒，第四序齒，第五序齒，第一序齒有梯次布置的三排聚晶金剛石復合片，第一排的第一個聚晶金剛石復合片在鉆頭中心位置，依次向外布置有四個聚晶金剛石復合片，第二排聚晶金剛石復合片在第一排聚晶金剛石復合片的空格處布置三個聚晶金剛石復合片，第三排的二個聚晶金剛石復合片中后一個布置在鉆頭最大直徑位置。該專利提供一種交錯排列，由PDC鉆頭中心向外呈梯次增加聚晶金剛石復合片的方法，解決造成鉆頭冠部的聚晶金剛石復合片磨損速度不同，造成短板效應，降低整個PDC鉆頭的壽命的問題。這種鉆頭僅適用于對中硬地層進行鉆探。

專利號為“201320156830.4”的中國專利公開了一種防泥包聚晶金剛石復合片PDC鉆頭，包括鉆頭體和刀翼，刀翼的數(shù)量有五個，依次為第一刀翼、第二刀翼、第三刀翼、第四刀翼以及第五刀翼，每個刀翼上均設置有前排切削齒和后排切削齒。該防泥包PDC鉆頭能夠使用在硬度更高的地層中。這種鉆頭是單純的增加切削齒對地層進行切削，這種結構使得鉆頭的生產(chǎn)成本很高，同時鉆探效率低。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有鉆頭不能有效對不同硬度的地層進行鉆探的問題，設計了一種設置有金剛石復合片和金剛石孕鑲塊的混合鉆頭，該混合鉆頭利用呈一定位置關系設置的金剛石復合片和金剛石孕鑲塊，能夠針對不同硬度的地層進行鉆探，解決了現(xiàn)有鉆頭不能有效對不同硬度的地層進行鉆探的問題。

本實用新型解決上述問題所采用的技術方案是：一種設置有金剛石復合片和金剛石孕鑲塊的混合鉆頭，包括鉆頭本體，所述鉆頭本體上設置有若干個刀翼，刀翼上均設置有若干個金剛石復合片；刀翼上均設置有若干個金剛石孕鑲塊，在同一個刀翼上，每一個金剛石孕鑲塊對應設置在其中一個金剛石復合片的運動軌跡上。金剛石復合片是一種金剛石和硬質合金基體組成的復合材料，具有硬度高、耐磨性好的特點，廣泛應用于石油鉆井、地質勘探、煤田鉆采鉆頭上和機械加工工具等行業(yè)。金剛石孕鑲塊是采用小粒度的金剛石燒結粘合在碳化鎢胎體上組成的復合材料，用于對硬質巖層進行磨削。單獨的金剛石復合片和金剛石孕鑲塊都是現(xiàn)有的部件，但是沒有設計在同一鉆頭以及呈一定位置設置出現(xiàn)，使用這種鉆頭，在中等硬度及中等硬度以下的地層中鉆井時，在鉆壓力的作用下，金剛石復合片能“吃”入地層，主要靠金剛石復合片進行高效鉆進，當遇到堅硬地層時，金剛石孕鑲塊壓在堅硬地層上，復合片不能“吃”入地層，這時就靠金剛石孕鑲塊“磨削”堅硬巖石，實現(xiàn)鉆進，避免了復合片的損壞，因此在地層巖性多變的鉆探中，使用這種鉆頭，可大大減少起下鉆具的時間，節(jié)省鉆井費用。能夠對不同硬度的地層都進行鉆探，解決了現(xiàn)有鉆頭不能有效對不同硬度的地層進行鉆探的問題。具體可以設計為下述三種結構來針對不同硬度的地層鉆井：

結構一、同一個刀翼上，設置在同一運動軌跡上的金剛石孕鑲塊的頂端和金剛石復合片的頂端設置在同一水平線上。當已知地質資料顯示所鉆井地層為中硬以下地層為主時，復合片和孕鑲塊的軸向高度差可以為零，也就是復合片和孕鑲塊軸向高度基本一致，在大量的軟地層中，復合片“吃”入地層比較深，切削快，鉆井效率高，孕鑲塊起穩(wěn)定防撞作用，當偶爾遇到硬巖石時，孕鑲塊幫助磨削巖石，可延長鉆頭使用壽命。