[發明專利]一種兩級切削PDC鉆頭

在審

• 申請號: 201711325122.8
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN107859489A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 涂關富;江詩貴;董正文;徐濤
• 申請（專利權）人: 中石化江鉆石油機械有限公司;中石化石油機械股份有限公司
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46;E21B10/60
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 胡建平

技術領域

本發明涉及一種兩級切削PDC鉆頭，屬于石油及地質鉆井鉆頭技術領域。

技術背景

PDC鉆頭是現在石油及地質鉆井廣泛采用的鉆頭，隨著復合片材料進步及切削結構的改進，其適用范圍越來越廣，鉆鑿進尺比例越來越高。PDC鉆頭一般采用剪切方式來破碎巖石，當PDC鉆頭工作時，切削元件復合片在鉆壓和扭矩的作用下克服地層應力切入地層并向前滑動，巖石在復合片切削齒的作用下沿其剪切方向破碎并產生塑性流動，切削所產生的巖屑呈大塊片狀。隨著技術的進步，現有的PDC鉆頭適應的地層越來越多，同一趟鉆進過程中要求穿越的地層也越來越多，使用者期望對不同的地層均能保證在較快的機械鉆速的同時也能保證使用壽命。實際鉆井過程中，有些情況下，地層變化比較頻繁，常會遇到致密泥巖與砂巖互層。常規針對砂巖設計的PDC鉆頭在鉆遇砂巖時比較快，但在鉆遇致密泥巖時，機械鉆速就比較慢。而針對泥巖設計的PDC鉆頭，雖然鉆遇泥巖時候速度快，但鉆遇砂巖時會磨損較快，鉆頭壽命短。而采用不同底層頻繁更換鉆頭的方式將會大大降低鉆井的工效。

發明內容

本發明針所要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足提供一種兩級切削PDC鉆頭，它能適應砂巖與致密泥巖互層的鉆進，既可保證機械鉆速又能保持鉆頭的使用壽命。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：包括有鉆頭體，鉆頭體上沿周向間隔設置有刀翼，刀翼上沿內錐、鼻部、肩部和保徑段安設固定切削齒，所述刀翼上內錐、鼻部和肩部的固定切削齒由內到外排列布設，覆蓋整個井底，形成固定切削齒的切削輪廓包羅線，其特征在于所述刀翼上內錐、鼻部和肩部的所有固定切削齒分別組成兩組對應的固定切削齒，并形成兩條相間隔的切削輪廓包絡線，兩條切削輪廓包絡線一高一低。

按上述方案，所述的兩條相間隔的切削輪廓包絡線相差間距L為0.2~2mm。

按上述方案，所述的兩條切削輪廓包絡線平行間隔。

按上述方案，所述的刀翼為3~8個，刀翼間安設有噴嘴。

按上述方案，所述的固定切削齒為金剛石復合片。

按上述方案，所述的固定切削齒齒形為圓柱形、橢圓柱形，或端面凸棱形。

本發明的有益效果在于：1、在鉆遇致密泥巖時，由于其速度相對較慢，故其單圈吃深較小，小于L，因此與地層接觸的切削齒主要為高度較高的第一條切削輪廓包絡線相切的切削齒，由于相對布齒密度低，有較大的齒間距，使其能夠在鉆遇致密地層時，能夠保證足夠的攻擊性，提高鉆頭機械鉆速；2、在鉆頭鉆遇吃入性好的砂巖或其他研磨性地層時，由于其速度相對較快，故其單圈吃深相對較大，鉆進時所有切削齒全部吃入地層，保證鉆頭的足夠的耐磨能力，提高鉆頭使用壽命。

附圖說明

圖1為本發明一個實施例的立體圖。

圖2為本發明一個實施例中切削輪廓包絡線的示意圖。

圖3為本發明另一個實施例的立體圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。

第一個實施例如圖1、圖2所示，包括有鉆頭體1，鉆頭體的上部為鉆頭柄部5，鉆頭體上沿周向間隔設置有刀翼4，所述的刀翼為5個，刀翼間安設有噴嘴2。刀翼上沿內錐、鼻部、肩部和保徑段安設固定切削齒，所述的固定切削齒為金剛石復合片，齒形為圓柱形。所述刀翼上內錐、鼻部和肩部的固定切削齒3由內到外排列布設，覆蓋整個井底，所述刀翼上內錐、鼻部和肩部的所有固定切削齒分別組成兩組對應的固定切削齒，兩組固定切削齒可沿徑向相互交錯排布，對應形成兩條高低間隔的切削輪廓包絡線，兩條切削輪廓包絡線一高一低，其中，第一條切削輪廓包絡線較高，由第一組固定切削齒形成，為圖2中實線所示，第二條切削輪廓包絡線較低，由第二組固定切削齒形成，為圖2中虛線所示，兩條切削輪廓包絡線平行間隔，相差間距L為1mm。

第二個實施例如圖3所示，它與上一個實施例的不同之處在于所述的第二組固定切削齒的齒形為端面凸棱形或凸臺形，帶有犁削功能的復合片，即其刀翼上的固定切削齒3為圓柱形切削齒（齒形2）與帶有犁削功能的切削齒（齒形1）混布。