[发明专利]一种刀翼式ＰＤＣ钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤层气钻探过程中的钻井工具，尤其是适应中硬、硬质区块的刀翼式ＰＤＣ钻头。

背景技术

煤层气区块地质构造复杂，地层层位交错，松软与坚硬相混，有些区块还存在砾石，造成钻头使用磨损快。多年来，煤层气开发钻井一直使用三牙轮钻头钻进，但是牙轮钻头不耐磨、切钻时慢；常规PDC钻头包括六刀翼PDC钻头是在冠部刀翼处镶嵌圆柱状聚晶金刚石复合片，由于各个刀翼独立分开，极易发生折断、磨损快等现象。在钻井过程中，往往因地层变化和钻头原因而中途起钻、更换钻头，不仅钻井工人的劳动强度加大，也致使钻井周期延长，增加井队生产成本。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种刀翼式ＰＤＣ钻头，对现有六刀翼PDC钻头刀翼的几何形状、钻头水眼进行了优化设计，可解决地层复杂变化大，岩石硬，钻头易磨损，钻速较慢的问题，本钻头适用范围广、综合效率高。

本发明采用的的技术方案如下：

该刀翼式ＰＤＣ钻头，包括刀翼、ＰＤＣ切削齿、喷嘴、排屑槽、钻头保径部分和钻头体，钻头体冠头部分固定刀翼，刀翼上布置ＰＤＣ切削齿，相邻刀翼之间设置排屑槽，钻头体上镶嵌有喷嘴。刀翼有主刀翼和短刀翼，主刀翼与短刀翼间隔均布，三个主刀翼的末端延伸相连相互支撑。

所述短刀翼距钻头中心的距离分别为45mm、55mm、65mm。

所述各个刀翼背部与钻头体冠头中心线成8°-12°倾角，刀翼的厚度随距刀刃的距离而逐渐增厚，尾部呈抛物线形状。

所述喷嘴有固定喷嘴和可调喷嘴，固定喷嘴烧结铸造时预留成孔形，环状分布在短刀翼的前端；可调喷嘴均匀排列在靠近排屑槽底的钻头体内径的水眼孔中，与烧结铸造时预留的内螺纹配接。

所述喷嘴与其配合的水眼孔均为上下阶梯式排布，可增大泥浆对井底的冲击力，方便清洁井底和破碎地层。

所述可调喷嘴为φ14～φ22的钻头喷嘴。

本发明的有益效果是，在现有钻头结构的基础上调整了主刀翼的形状和喷嘴及水眼孔的分布，能较好地保证钻头直径不被磨损，防止钻头蹩钻、泥包的形成，延长钻头使用寿命，从而缩短建井周期。该钻头也适用于石油、天然气的超深井和复杂井况的钻探。

附图说明

图1为刀翼式ＰＤＣ钻头的结构示意图；

图2为刀翼式ＰＤＣ钻头的正视图。

具体实施方式

以下结合附图进一步介绍本发明的实施例。

如图1和图2所示，该刀翼式ＰＤＣ钻头包括刀翼、ＰＤＣ切削齿3、喷嘴、排屑槽6、钻头保径部分7和钻头体8。

    刀翼部分包括三个主刀翼1、三个短刀翼2，每个刀翼上前排镶嵌着φ16聚晶金刚石ＰＤＣ切削齿，后排镶嵌φ13聚晶金刚石ＰＤＣ切削齿；相邻刀翼之间设置排屑槽6；喷嘴有固定喷嘴4和可调喷嘴5，可调喷嘴5根据地质条件和钻井需要可更换不同内径的喷嘴，以调节水量大小；钻头保径部分7为钻头的外径，镶嵌有片状聚晶金刚石复合片；钻头接头部分是钻头体8，其外径部分的螺纹可以与不同的钻柱连接。PDC钻头中心部分是一个空心的管网状，内部供钻井液流通，最终在固定喷嘴4和可调喷嘴5处喷出，用以冷却、清洗、润滑切削齿。

为提高刀翼强度，三个主刀翼1的末端延伸相连，交织为一体，相互支撑，构成稳固的三面相交结构，减少了钻头刀翼承压面；短刀翼2与主刀翼1间隔均部，对于8.5″钻头的短刀翼距钻头中心的距离分别为45mm、55mm、65mm，对于其它尺寸的钻头该距离可适当缩小或放大；各个刀翼背部与钻头体冠头中心线成8°～12°倾角，刀翼的厚度随距刀刃的距离而逐渐增厚，尾部呈抛物线形状。

为增大泥浆对井底的冲击力，方便清洁井底和破碎地层，喷嘴设计成上下阶梯式水眼排布；自钻头中心轴线径向外数第一圈是固定喷嘴4，烧结铸造时预留成孔形，环状分布在短刀翼的前端；第二圈是可调喷嘴5，均匀排列在靠近排屑槽底的钻头体内径的水眼孔中，与烧结铸造时预留的内螺纹配接，可安装内孔尺寸φ14～φ22的钻头喷嘴。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，所有在本发明的实质范围内作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。