[發明專利]一種高效鉆進的組合式取心PDC鉆頭

有效

• 申請號: 201610287588.2
• 申請日: 2016-05-04
• 公開（公告）號: CN105756564B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 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;E21B10/60;E21B25/10
• 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，公開了一種高效鉆進的組合式取心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以及因巖屑尺寸較小不能滿足地質上對巖石信息進行鑒定要求的問題。本發明包括鉆頭基體，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，所述鉆頭基體的中心區域設置有鉆進時用于巖心進入的第一通孔，所述鉆頭基體上還設置有折斷通孔和第二通孔，所述折斷通孔的兩端分別與第一通孔和第二通孔連通；所述折斷通孔與第一通孔之間具有傾斜角度；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。

技術領域

本發明屬于PDC鉆頭技術領域，具體涉及一種高效鉆進的組合式取心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。