[發明專利]一種PDC?孕鑲塊混合自適應鉆頭

有效

• 申請號: 201610429601.3
• 申請日: 2016-06-15
• 公開（公告）號: CN105840105B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 高科;孫友宏;孫陽;唐瓊瓊
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B10/54
• 分類號: E21B10/54;E21B10/62
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 郭耀輝

技術領域

本發明涉及一種鉆井領域的鉆頭，特別涉及一種PDC-孕鑲塊混合自適應鉆頭。

背景技術

PDC鉆頭和孕鑲金剛石鉆頭是兩種主要的碎巖工具，應用十分廣泛，PDC鉆頭后傾角對鉆速和鉆頭壽命有著明顯的影響，鉆進軟地層時，角度越小越有利于提高機械鉆速，鉆進硬地層時，后傾角適當增大，有利于減小巖石沖擊對PDC齒的正面沖擊力，提高鉆頭壽命。綜合來說，PDC鉆頭在軟到中硬巖層有著良好的機械鉆速，但在硬到堅硬地層、高研磨性地層、軟硬交錯夾層、礫夾層、破碎巖層等地層時PDC齒極易崩落、斷裂，鉆頭壽命和機械鉆速急劇下降，目前在鉆進硬到堅硬這類地層主要選用胎體硬度較小的孕鑲金剛石鉆頭，但該類型的鉆頭在鉆進軟到中硬巖層時，機械鉆速遠低于PDC鉆頭及胎體硬度較大的孕鑲金剛石鉆頭。

為了提高鉆頭對地層的適應性，特別是適用于硬到堅硬地層、高研磨性地層、軟硬交錯夾層、礫夾層、破碎巖層等地層的鉆頭，已有部分學者進行了相關研究：如西南石油大學發明專利《一種混合鉆頭》專利號：CN103147691A，該專利公開的鉆頭為牙輪齒和固定切削齒的復合，該鉆頭是通過牙輪來進行輔助切削巖石，切削齒后傾角固定，二者在鉆進過程中碎巖并沒有先后級別，不能發揮出某種鉆頭結構在鉆進某一地層的特殊優勢；再如成都惠靈豐金剛石鉆頭有限公司的實用新型專利《一種設置有金剛石復合片和金剛石孕鑲塊的混合鉆頭》，專利號：CN203701990U，該鉆頭是在每個刀翼上設置有金剛石復合片和金剛石孕鑲塊，通過金剛石孕鑲塊來進行輔助碎巖，同前一專利一樣，該鉆頭金剛石復合片的切削角固定，并不能根據地層來選擇合理的切削方式；吉林大學發明專利《一種仿生自適應PDC鉆頭》，專利號：CNIO5019833A，公布一種能夠根據地層自適應改變后傾角的PDC鉆頭，但是該鉆頭在軟到中硬巖層的復雜地層具有很好的鉆進效果，而在硬地層僅能夠保護PDC齒，減少非正常損壞現象產生，對鉆進速度沒有明顯提高。

發明內容

本發明的目的是要解決上述現有的PDC鉆頭對地層適應性較差的問題，特別是在鉆進硬到堅硬地層、高研磨性地層、軟硬交錯夾層、礫夾層、破碎巖層等復雜地層時，PDC鉆頭容易出現切削齒斷裂、脫層等非常規磨損現象等問題，而提供一種PDC-孕鑲塊混合自適應鉆頭。

本發明是由鋼體、數個自適應元件和數個PDC齒—孕鑲塊混合切削刀翼組成，PDC齒—孕鑲塊混合切削刀翼通過銷軸固定設置在鋼體上的，數個自適應元件分別固定設置在鋼體和PDC齒—孕鑲塊混合切削刀翼之間；

所述PDC齒—孕鑲塊混合切削刀翼是由數個PDC齒和數個孕鑲塊組成，數個PDC齒分別設置在數個孕鑲塊上；

所述PDC齒—孕鑲塊混合切削刀翼上的PDC齒初始工作角a為0-10°；

所述孕鑲塊的高度低于PDC齒上端工作層。

本發明的工作原理和過程：

在鉆進過程中，因為PDC齒工作層高于孕鑲塊，優先壓入巖石，在回轉過程中會受到巖層的反作用力，PDC齒—孕鑲塊混合切削刀翼會以銷軸為中心進行轉動，PDC齒向后傾斜，孕鑲塊被抬高與巖石接觸，在鉆進軟巖時，巖層反作用力較小，在自適應元件作用下，PDC齒后傾角改變較小，孕鑲塊還不能接觸到巖石，此時PDC齒起主要切削作用；在鉆進硬巖時，巖層反作用力較大，PDC齒后傾角改變也較大，孕鑲塊與巖層接觸進行碎巖，此時PDC齒與孕鑲塊同時碎巖，但以孕鑲塊磨削碎巖為主。

本發明的有益效果：

本發明鉆頭結構為組裝式，便于拆卸和更換零部件，鉆頭能夠根據地層的軟硬程度自適應的選擇合理的切削方式和切削角，在軟到中硬巖層，PDC齒其主要碎巖作用，在硬巖層孕鑲塊起主要碎巖作用，既能保持鉆頭高效碎巖作用，又能減少地層對PDC齒的沖擊破壞現象的發生，不需要頻繁更換軟、硬鉆頭，提高工作效率和成本。

附圖說明

圖1是本發明第一實施例的立體示意圖。

圖2是本發明第一實施例的工作原理示意圖。

圖3是本發明第二實施例的立體示意圖。

圖4是本發明第二實施例的工作原理示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發明是由鋼體1、數個自適應元件2和數個PDC齒—孕鑲塊混合切削刀翼3組成，PDC齒—孕鑲塊混合切削刀翼3通過銷軸4固定設置在鋼體1上的，數個自適應元件2分別固定設置在鋼體1和PDC齒—孕鑲塊混合切削刀翼3之間；

所述PDC齒—孕鑲塊混合切削刀翼3是由數個PDC齒5和數個孕鑲塊6組成，數個PDC齒5分別設置在數個孕鑲塊6上；