[發明專利]一種組合式PDC鉆頭

有效

• 申請號: 201610287586.3
• 申請日: 2016-05-04
• 公開（公告）號: CN105756563B
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 張占奎
• 申請（專利權）人: 滄州格銳特鉆頭有限公司
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/62
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 馬林中

本發明屬于PDC鉆頭技術領域，公開了一種組合式PDC鉆頭，用于解決現有PDC鉆頭不能根據地質軟硬程度而調整導致鉆進速度低的問題。本發明包括鉆頭基體，所述鉆頭基體上設置有保徑齒、長刀翼和短刀翼，所述長刀翼和短刀翼相互間隔設置，所述長刀翼上分布有大直徑PDC切削齒，所述短刀翼上分布有小直徑PDC切削齒，所述長刀翼能夠沿著鉆頭基體的軸線方向往復運動；所述鉆頭基體上開設有與鉆頭基體軸線方向相互平行的液壓腔，所述長刀翼連接有能夠在液壓腔內滑動的活塞桿，所述液壓腔的外圍設置有多個均勻布置的限位槽，所述長刀翼上連接有一能夠伸縮并與限位槽相互適配的活動銷，所述活動銷與鉆頭基體的軸線方向相互垂直。

技術領域

本發明屬于PDC鉆頭技術領域，具體涉及一種組合式PDC鉆頭。

背景技術

PDC（聚金剛石復合片）鉆頭廣泛應用于石油、地質領域的一種鉆頭，其具有較高的硬度、耐磨性和使用壽命。PDC鉆頭破巖石的主要方式是切屑巖石，由于其一般具有3-7個刀翼，十幾個復合片，巖石又是不均質的，因此PDC鉆頭在工作時存在劇烈的橫向振動，削弱了破碎巖石的效率。為了抑制鉆頭的橫向振動，部分鉆頭強化了保徑結構，使保徑結構的直徑比鉆頭的直徑略大，保徑結構域井壁大面積緊密接觸，從而有效抑制了橫向振動。

在地層較硬的情況下，一般不使用牙輪鉆頭，因為牙輪鉆頭機械鉆速慢、壽命短，常常導致額外的起小鉆作業，增加鉆井時間和作業費用。因此，對于地層較硬的地方，通常采用機械鉆速較快的PDC鉆頭，以提高鉆井速度。

現有技術中關于PDC的技術文獻也較多，例如申請號為20142008408.2的專利公開了一種PDC鉆頭，包括圓柱形鉆頭體和設置在鉆頭體上的刀翼和噴嘴，刀翼包括上刀翼和位于上刀翼下方的下刀翼，上刀翼上設置有切屑齒，相鄰兩個下刀翼形成的溝道與鉆頭體的中軸線之間的夾角大于5度小于35度。

申請號為201420087416.7的專利公開了一種高效率PDC鉆頭，包括鉆頭體、均勻設置在鉆頭體上的6個刀翼、鉆頭體上端的噴嘴和鉆頭體下端的連接件，刀翼包括上刀翼和位于上刀翼下端的下刀翼，上刀翼上設置有兩排切屑齒，每排切屑齒均有4個切屑齒，上刀翼與下刀翼不平行。

申請號為201420508187.1的專利公開了一種PDC鉆頭，包括組那頭基體、流道、噴嘴孔、刀翼和切屑齒，刀翼設置在鉆頭基體上，刀翼包括切屑部和保徑部，刀翼的切屑部上設置有切屑齒，保徑部與切屑部相連接；兩個刀翼之間構成流道，噴嘴孔設置在鉆頭基體上，還包括保徑齒和保徑平躺齒，保徑齒及保徑平躺齒設置在保徑部上；切屑齒主體為圓柱形，一端為圓弧面另一端為平面，切屑齒橫向設置在刀翼的兩端，平面一端朝向刀翼的外側，圓弧面一端朝向刀翼的內側，并部分潛入刀翼內；切屑齒焊接在刀翼上；還包括減震齒，減震齒為硬質合金，減震齒鑲嵌在刀翼的側面；保徑齒設置在保徑部的前端，保徑齒的形狀及安裝方式與切屑齒相同；保徑平躺齒設置在保徑部的側面；保徑平躺齒為圓柱形，其一端面為圓弧面，另一端面為平面，保徑平躺齒的縱向軸線與保徑齒部的側面垂直，保徑平躺齒的圓弧面朝向保徑的外側，平面端鑲嵌保徑部內部。

由于地層的軟硬層分布不均勻，為了提高PDC鉆頭的鉆井速度，現有技術中出現了組合式PDC鉆頭，通過大直徑PDC鉆頭和小直徑PDC鉆頭的共同作用來提高PDC鉆頭的鉆進速度。例如申請號為200410036012.6的專利共公開了一種石油天然氣鉆井PDC鉆頭，包括鉆頭體(1)、主刀翼(3)、次刀翼(5)、大直徑PDC切削件(2)、小直徑PDC切削件(4)及噴嘴(6)，其特征在于主刀翼(3)和次刀翼(5)成對出現，且在鉆頭周向上相互隔開，大直徑PDC切削件(2)固結在主刀翼(3)上，小直徑PDC切削件(4)固結在次刀翼(5)上，大直徑PDC切削件(2)的厚度和后傾角α₂均小于小直徑PDC切削件(4)的厚度和后傾角α₁。

雖然該石油天然氣鉆井PDC鉆頭能夠提高鉆進的速度，但是現有的PDC鉆頭不能夠根據地層軟硬的情況進行自動調整，從而導致PDC鉆頭鉆進速度低。

發明內容