[实用新型]一种用于石油勘探钻井的金刚石钻头

说明书

本实用新型涉及一种适于具有一定研磨性或软硬交错夹层或某些砾石层的中软至中硬地层的石油勘探钻井用的金刚石钻头。

近年来，金刚石钻头在石油勘探钻井工程中得到了广泛地应用。金刚石钻头由钻头体、切削齿和水力结构等组成，它是通过切削齿与地层岩石的接触对其产生挤压和剪切岩层来破碎岩石的。通常金刚石钻头在软至中硬的大段匀质地层中钻井时可以取得较高的机械钻速，但是由于其切削元件所采用的各种超硬材料如PDC(聚晶金刚石)齿、TSP齿等的抗冲击性以及在研磨性较强的地层中其耐磨性较差，从而限制了这种钻头在具有研磨性或软硬交错夹层或砾石层的地层中的使用。

另一方面，金刚石钻头作为一种切削结构固定的钻头，它具有使用寿命长、进尺高、机械钻速快、井下事故少的优点，因而人们不断地研究扩展其使用范围，其中包括如何将其应用于具有研磨性或软硬交错夹层或某些砾石层的地层。为达到上述目的，一个最为常用的方法是增加钻头的布齿密度，但单纯采用增加布齿密度的方法难以达到良好的效果。另一种方法是在钻头的切削齿后一定位置设置比切削齿的出刃高度低的“减振垫”，如在美国专利4991670和5090492中所描述的。“减振垫”不能切削地层，但可以通过它来限制切削齿吃入地层的深度以增强切削齿的抗冲击性能从而达到最佳切削效果。采用这种结构对齿的耐磨性要求较高，因为一旦切削齿磨损到与“减振垫”一样高时，钻压就很难加上，由此会导致机械钻速过慢而影响钻头的使用性能。

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种适于具有一定研磨性或软硬交错夹层或某些砾石层的中软至中等硬度地层的石油勘探钻井用的金刚石钻头。

实现本实用新型目的的技术方案为：包括有钻头体，钻头体上设置有主刀翼3和副刀翼4，主、副刀翼上安设有主切削齿2，其不同之处在于主切削齿后方设置1～2排出刃高度低于主切削齿的副切削齿1。

按上述方案，所述的副切削齿为圆柱形或多棱柱形或者为圆柱形和多棱形的混合设置；副切削齿的外形尺寸(直径和截面)小于主切削齿的外形尺寸；副切削齿可设置在主刀翼上的主切削齿后方，副切削齿也可设置在副刀翼上的主切削齿后方，也可同时设置在主、副刀翼的主切削齿后方，副切削齿由TSP(热稳定聚晶金刚石)齿构成。

本实用新型通过在钻头的主切削齿后设置副切削齿来增强钻头的抗研磨性和耐冲击性。当钻头在较软地层中钻进时，在前的主切切削齿起主要切削作用；当钻遇较硬地层时，在后的副切削齿既可以限制前面主切削齿吃入地层的深度以减小振动，又可以承担部分切削任务；当钻遇硬夹层或研磨性较强地层或砾石层时，随着前面主切削齿的磨损，副切削齿将承担切削任务，在钻出这些地层后，由于钻头的切削元件仍然具有较强的切削能力，所以钻头仍能以令人满意的速度钻进，由此可使金刚石钻头的切削性能和使用范围得到有效的拓展。

图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12分别为本实用新型各个实施例的钻头冠部投影图。

图13、14、15分别为几种不同形状的副切削齿布设时钻头冠部侧向轮廓示意图。

图16为本实用新型的主、副切削齿后倾角示意图。

以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例，包括有钻头体，钻头体上设置有主刀翼3和副刀翼4，主、副刀翼之间开有下凹的面槽7，钻头体的端部开设有喷嘴5，在主、副刀翼上安设有主切削齿2，主切削齿为圆柱形，尾部呈半球状，在主刀翼上主切削齿后安设有1排副切削齿1，在主、副切削齿之间设置积屑槽6，副切削齿为圆柱形或三棱柱形，或者由圆柱形和三棱形相互交错混合布设，副切削齿的出刃高度低于主切削齿0.5～2mm，副切削齿的外形尺寸小于主切削齿的外形尺寸，如图9、10所示，副切削齿的后倾角b₂≥主切削齿的后倾角b₁，从钻头中心向外侧沿伸的副切削齿可以有逐渐增大的后倾角，b₂的取值通常为20°～30°，副切削齿的布设从钻头体的鼻部8开始，到钻头体轮廓外侧9结束，如图13、14所示。本实用新型可在上述设置一排副切削齿的基础上，在主刀翼上第1排副切削齿后安设第2排副切削齿1，第2排副切削齿可与第1排副切削齿并列对齐安设，或者与第1排副切削齿并列交错安设，两排副切削齿可采用相同形状的齿形，或者也可为不同形状的齿形，第2排副削齿的出刃高度小等于第1排副切削齿的出刃高度，第2排副切削齿的后倾角小等于第1排副切削齿的后倾角。