[实用新型]适应于多种岩性及硬度地层的PDC钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油、煤层气、页岩气等领域钻探用PDC(聚晶金刚石复合片)钻头，尤其涉及一种适应于多种岩性及硬度地层的PDC钻头。

背景技术

机械钻速和钻头进尺是衡量PDC钻头优劣的两项重要指标，现有技术的PDC钻头往往是针对某一特定岩性及某一特定硬度地层而研制，在保证机械钻速的情况下，钻头进尺往往受到该段地层厚度的限制，无法保证以较高机械钻速钻穿多套不同岩性、不同硬度的地层；适合软地层的PDC钻头在钻较硬地层时，钻头磨损严重，无法取得理想进尺；适合较硬地层的PDC钻头在钻软地层时，破岩能力不够，无法取得理想机械钻速。再则定向井已成为油气勘探开发的常规手段，而通常PDC钻头在钻进过程中易致轨迹发生严重飘移，增大轨迹控制难度，在实钻过程中往往需要通过多次起下钻，更换钻头来实现不同地层的快速钻进，使得施工效率降低，作业成本提高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能够适应不同岩性、不同硬度的地层钻进，施工效率高的适应于多种岩性及硬度地层的PDC钻头。

本实用新型的适应于多种岩性及硬度地层的PDC钻头包括有位于钻头体冠部的多个刀翼；全部刀翼在侧向上的投影轮廓形线包括以钻头体中心轴线为对称中心的内锥线、与内锥线两侧最高点相衔接的两段抛物线；所述刀翼的工作面位于所述内锥线和抛物线构成的回转面上，刀翼的工作面上分布的有切削齿；所述钻头体的冠部还分布有可换喷嘴。

所述内锥线与钻头体中心轴线夹角为13°—18°，内锥线两侧最高点至钻头体中心轴线的距离为钻头直径的1/4—1/3。

所述刀翼相对钻头体中心呈不均匀分布，其中一个刀翼过钻头体中心。

所述切削齿直径大于等于13mm,小于等于19mm；单个刀翼上相邻切削齿的间距在2mm至3.5mm之间选择。

从钻头体中心至内锥线两最高点部位的切削齿切削角为-15°，从内锥线两侧最高点至钻头外缘的切削齿切削角为-20°。

所述刀翼下部设置有保径，保径由安装切削齿的切削齿保径和不安装切削齿的标准保径组合而成。

本实用新型的有益效果在于：在钻井作业中满足了定向井轨迹控制需要，对地层适应性强，破岩效率高，在多种硬度地层钻进中具有良好的稳定性、耐久性和较高的机械钻速，提高了单只PDC钻头的综合使用效益。

附图说明

图1是本实用新型的端部结构示意图；

图2是本实用新型的钻头体冠部各刀翼的侧向投影轮廓形状示意图；

图3是刀翼上的切削齿分布示意图。

具体实施方式

如图所示，该适应于多种岩性及硬度地层的PDC钻头包括有位于钻头体1冠部的多个刀翼2；全部刀翼2在侧向上的投影轮廓形线包括以钻头体中心轴线3为对称中心的内锥线4和与内锥线两侧最高点相衔接的两段抛物线5；所述刀翼2的工作面位于所述内锥线和抛物线构成的回转面上，刀翼的工作面上分布的有切削齿6（如图3）；所述钻头体的冠部还分布有可换喷嘴7。

所述内锥线4与钻头体中心轴线夹角为13°—18°，内锥线4两侧最高点至钻头体中心轴线3的距离为钻头直径的1/4—1/3。该冠部形状井底覆盖轮廓适中，在软地层中不至于太多齿匀受力接触井底，造成分压严重，影响机械钻速；在硬地层中不至于锥顶部位齿应力集中，造成先期损坏，影响钻头使用寿命。在软至中硬地层钻进过程中都具有良好的稳定好和寿命长的特点。

所述刀翼2相对钻头体中心呈不均匀分布，其中一个刀翼过钻头体中心，有效保护钻头中心，同时增加钻头中心部位碎岩能力。

所述切削齿6直径大于等于13mm,小于等于19mm；单个刀翼上相邻切削齿的间距均在2mm至3.5mm之间选择。

从钻头体中心至内锥线两最高点部位的切削齿切削角为-15°，从内锥线两侧最高点至钻头外缘的切削齿切削角为-20°。内锥线内侧的切削齿以与井壁呈半脱离状态进行岩石破碎，相对于外缘切削齿破岩机理，其受地层应力的影响较小，相对破岩效率高。所以在恒定钻压下，最高点以内切削齿切削角较锐利，可以加速破碎中心部位岩石，进而促使外部齿受到更大的钻压加载，更有效破坏外围岩石，达到整体提速的目的。

所述刀翼2下部设置有保径，保径由安装切削齿的切削齿保径8和不安装切削齿的标准保径9组合而成。在软地层钻进过程中，切削齿保径可以充分发挥修整井壁，保持钻头工作平稳；硬地层钻进过程中，双保径设计共同作用保护钻头本体，延长使用寿命，防止钻头事故。