[实用新型]一种脊形齿结构PDC钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种钻头，具体是一种脊形齿结构PDC钻头。

背景技术

PDC(聚晶金刚石复合片)钻头是石油天然气开发钻井的重要工具。性能良好的PDC钻头能够获得高的机械钻速、长的进尺及良好的可控性，从而大幅降低钻井综合成本。而钻头的性能很大程度上又是由切削齿性能决定的。

目前使用的常规切削齿的工作面通常为平面结构。钻井过程中，在钻压和扭矩的双重作用下，钻头钻入并刮切地层，这种破岩机理在抗压强度低的软地层中具有很高的速度优势，但是在抗压强度高的硬地层应用中，常规切削齿难以钻入地层，同时在高的转速条件下，常规切削齿与硬地层反复冲击所产生的高的冲击载荷很容易导致其崩损失效；在易水化分解的泥页岩钻进中，岩屑排出效率低，易在常规切削齿工作面积聚压实，导致钻头泥包；同时，在定向造斜应用中，常规切削齿刮切破岩的工作机理使得钻具承受更高的反扭矩，易导致定向造斜工具面失稳。采用常规切削齿的PDC钻头在实钻应用中的这些短板制约了PDC钻头的进一步推广应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种脊形齿结构PDC钻头，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种脊形齿结构PDC钻头，包括接头、基体、喷嘴、脊形齿、常规切削齿、刀翼和保径块，所述接头上设有基体，基体上设有多个刀翼，刀翼的底部设有保径块，相邻的所述刀翼之间设有喷嘴；所述刀翼的内锥部上设有脊形齿，脊形齿的表面设有脊状凸起，常规切削齿设置于刀翼的鼻部和外肩部，每个刀翼的主动保径部位至少布置一颗常规切削齿。

作为本实用新型进一步的方案：所述脊形齿布置于刀翼的鼻部，常规切削齿布置于刀翼的内锥部和外肩部。

作为本实用新型再进一步的方案：脊形齿布置于刀翼的外肩部，常规切削齿布置于刀翼的内锥部和鼻部。

作为本实用新型再进一步的方案：脊形齿布置于刀翼的内锥部、鼻部和外肩部。

作为本实用新型再进一步的方案：脊形齿与常规切削齿交替布置于刀翼的内锥部、鼻部和外肩部，且脊形齿的齿顶与常规切削齿的齿顶等高。

作为本实用新型再进一步的方案：脊形齿与常规切削齿交替布置于刀翼的内锥部、鼻部和外肩部，且脊形齿的齿顶高于常规切削齿的齿顶。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：脊形齿的工作面呈脊状凸起，有助于从以下方面提升钻头的使用性能：(1)脊形齿与地层的接触面积更小，在相同的钻压条件下相比常规切削齿更加容易钻入地层，提高了钻头的攻击性；

(2)脊形齿对地层兼有犁削与刮切作用，相同的扭矩条件下在切削刃部位更易产生应力集中，提高了钻头的破岩效率；

(3)脊形齿的侧面与其前进方向自然形成一定的后倾角度，使得破碎掉的岩屑更容易向切削齿两侧排出，避免了岩屑在切削齿工作面的积聚和压实，钻头的机械钻速和防泥包能力得到提升；

(4)脊形齿产生的高的破岩应力使其破碎等体积岩石所需的钻压和扭矩比常规切削齿更小，减少了钻具所承受的反扭矩，提高了钻头在定向钻进中的工具面稳定性；

(5)脊形结构使得切削齿具有更厚的金刚石层厚度，提高了切削齿的抗冲击性能，有利于使齿保持长时间的锋利状态，提高了钻头的使用寿命和机械钻速。

附图说明

图1为一种脊形齿结构PDC钻头的结构示意图。

图2为钻头内锥部位布置脊形齿的示意图。

图3是钻头鼻部布置脊形齿的示意图。

图4为钻头外肩部布置脊形齿的示意图。

图5为钻头内锥、鼻部、外肩部布置脊形齿的示意图。

图6为脊形齿与常规切削齿间隔布置且二者齿顶等高的布齿示意图。

图7为脊形齿与常规切削齿间隔布置且二者齿顶不等高的布齿示意图。

图中：1-接头、2-基体、3-喷嘴、4-脊形齿、5-常规切削齿、6-刀翼、7-保径块。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。