[實(shí)用新型]一種新型混合齒PDC鉆頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520730161.6
• 申請(qǐng)日: 2015-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN204960812U
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓育民;閉磊;陳嵐?jié)?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都百施特金剛石鉆頭有限公司
• 主分類號(hào): E21B10/54
• 分類號(hào): E21B10/54
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種金剛石鉆頭，尤其涉及一種應(yīng)用于石油和天然氣鉆井的硬地層鉆進(jìn)的新型混合齒PDC鉆頭。

背景技術(shù)

在近年來的石油和天然氣資源的勘探開發(fā)中，深井鉆井和超深井成為提高油氣資源開發(fā)的主力，在這樣的油氣鉆井中，常常會(huì)遇到硬地層和研磨性地層，因此提高硬地層和研磨性地層的鉆井速度，成為縮短鉆井周期和降低鉆井成本的重要途徑和方法。人們知道，在硬地層和研磨性地層鉆井中，為了提高鉆頭的穩(wěn)定性和延長鉆頭的使用壽命，通常會(huì)采用增加鉆壓的方法來實(shí)現(xiàn)提高鉆井速度。可供人們選擇的鉆頭類型分為牙輪鉆頭和固定切削齒鉆頭，在鉆井實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)，牙輪鉆頭在硬地層和研磨性地層中鉆井，由于牙輪鉆頭的軸承壽命和牙輪切削齒破碎地層的特點(diǎn)，鉆屑在井底的重復(fù)破碎，往往造成這種鉆頭在深井和超深井鉆井中，使得牙輪鉆頭的機(jī)械鉆速低和壽命短，頻繁更換鉆頭帶來的起下鉆作業(yè)時(shí)間長，增加了鉆井周期和提高了勞動(dòng)強(qiáng)度，大大增加了鉆井成本。在軟到中等硬度地層鉆井中，首選PDC鉆頭鉆井已成為石油鉆井工業(yè)的行為標(biāo)準(zhǔn)；然而，在鉆井實(shí)踐，鉆頭在任何地層鉆井都會(huì)產(chǎn)生的震動(dòng)，在硬地層鉆井鉆頭發(fā)生的震動(dòng)更為嚴(yán)重，會(huì)產(chǎn)生鉆頭“回旋”，會(huì)造成PDC鉆頭嚴(yán)重早期磨損，會(huì)加速鉆頭的鈍化或鉆頭失效；更換鉆頭會(huì)增加起、下鉆作業(yè)時(shí)間，會(huì)增加鉆井成本。

在較硬地層鉆井，鉆頭穩(wěn)定性成為越來越大的挑戰(zhàn)；人們不希望鉆頭的震動(dòng)帶來鉆頭的鈍化或失效，它會(huì)造成不必要的起鉆。已有的鉆頭設(shè)計(jì)方案，有部分能夠適應(yīng)不同地層硬度的地層鉆井，鉆頭能夠適當(dāng)提高機(jī)械鉆速和可以接受的鉆頭壽命和耐久性，比較先前的鉆頭設(shè)計(jì)，通常采用增加鉆壓來減小鉆頭的震動(dòng)，例如，某些鉆頭設(shè)計(jì)采用低攻擊性的后傾角鉆進(jìn)硬地層，這樣的設(shè)計(jì)在硬地層鉆進(jìn)必須增加鉆壓。然而，在使用PDC鉆頭鉆井過程，人們不希望使用高鉆壓，因?yàn)樵黾鱼@壓，要增加鉆鋌的長度，就增加了鉆柱的壓力損耗，會(huì)增加泵的壓力和動(dòng)力消耗，會(huì)增加扶正器和鉆柱的磨損，降低鉆井效率和鉆井成本。同時(shí)鉆井中，增加鉆壓，會(huì)加速鉆頭的磨損和鉆頭變鈍的速度，會(huì)增加使用鉆頭的數(shù)量；在鉆頭已磨損的條件下，要延長鉆頭的使用時(shí)間，為了在可接受的鉆速條件下，只有增加鉆壓，由于鉆頭的磨損和鉆壓之間的關(guān)系不是線性關(guān)系，而是指數(shù)關(guān)系；在特定地層，在已有的鉆壓下增加小值的鉆壓，將會(huì)急劇加速鉆頭切削齒的磨損，因?yàn)辇X的熱磨損和沖擊損壞會(huì)加速齒的損壞。

因此，要增加硬地層鉆井的速度，就要改變?cè)缦鹊你@頭設(shè)計(jì)思路，選擇更多的齒形和更多的切削齒布齒結(jié)構(gòu)，改變鉆頭吃入方式和磨損特點(diǎn)，增加鉆頭抗研磨能力和工作壽命，增加切削齒的耐久性來延長鉆頭壽命，使用多種齒形的設(shè)計(jì)滿足鉆井作業(yè)對(duì)硬地層有效攻擊性，提高新型鉆頭結(jié)構(gòu)維持較高的鉆速。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種新型混合齒PDC鉆頭。

本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：

一種新型混合齒PDC鉆頭，包括鉆頭體，所述鉆頭體上分布有多條刮刀，所述刮刀的切削齒結(jié)構(gòu)輪廓包括內(nèi)錐、鼻部、外錐、臺(tái)肩和保徑塊，多條所述刮刀上設(shè)有多種切削齒；以所述刮刀切削時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榍胺剑鲢@頭體上的所述刮刀中，至少有一條刮刀上的前排齒包括兩種剪切齒，該條刮刀上的后排齒至少包括一種剪切齒或一種限位齒；所述剪切齒包括圓片剪切齒和脊形剪切齒兩種，所述限位齒包括球面圓柱齒和錐形圓柱齒兩種。

作為優(yōu)選，所述鉆頭體上的所述刮刀中，至少包括一條刮刀，其前排齒分布于該刮刀輪廓的內(nèi)錐、鼻部、外錐、臺(tái)肩和保徑塊，其前排齒由圓片剪切齒和脊形剪切齒組成，同一刮刀上的圓片剪切齒和脊形剪切齒間隔分布；該刮刀的后排齒至少包括一種剪切齒或一種限位齒。

作為優(yōu)選，所述刮刀的后排齒中的剪切齒包括分布于該刮刀輪廓的內(nèi)錐、鼻部、外錐、臺(tái)肩和保徑塊的圓片剪切齒和脊形剪切齒，所述后排齒中的限位齒分布于鉆頭該刮刀輪廓的內(nèi)錐、鼻部、外錐和臺(tái)肩部位。

或者，所述鉆頭體上的每條刮刀上均設(shè)有由多種剪切齒構(gòu)成的前排齒和多種后排齒；每條刮刀上的前排剪切齒與切削面之間設(shè)有0°～30°的后傾角；每條刮刀上的后排齒中的剪切齒與切削面之間設(shè)有15°～37°的后傾角；每條刮刀上的后排齒中的限位齒與切削面之間設(shè)有-8°～+8°的前傾角。

或者，所述鉆頭體上的每條刮刀上均設(shè)有多種前排齒和多種后排齒；每條刮刀上的前排齒的出露高度大于后排齒的出露高度，高度差在0～3毫米之間。

作為優(yōu)選，所有的所述切削齒中，錐形圓柱齒、球面圓柱齒、圓片剪切齒和脊形剪切齒均為聚晶金剛石復(fù)合齒或由多晶超研磨材料制造的復(fù)合齒。