[实用新型]一种适用于含砾硬地层钻进的锥形齿钻头

说明书

本实用新型公开了一种适用于含砾硬地层钻进的锥形齿钻头，涉及石油钻探工具领域，包括钻头基体，钻头基体表面设有若干个刀翼，刀翼上设有若干PDC切削齿，PDC切削齿包括圆柱形齿，相邻刀翼的间隙处设有排屑槽，排屑槽上设有若干喷嘴，其特征在于：PDC切削齿还包括工作面呈锥形面的圆锥形齿。本实用新型能够解决目前含砾硬地层运用牙轮钻头，轴承失效快、切削齿崩损严重，使用寿命短；运用常规PDC钻头钻进，切削齿崩损、磨损严重、切削效率低，使用寿命短等问题。

技术领域

本实用新型涉及石油钻探工具领域，特别是涉及一种适用于含砾硬地层钻进的钻头。

背景技术

在复杂地质条件下的油气钻探工作中，经常钻遇碳酸盐岩、火成岩、砾石等难钻地层，其强度高，硬度大，可钻性差，研磨性强。牙轮钻头在钻井这种地层时，很容易出现断掉齿、牙齿磨损、钻头缩径、轴承失效等情况，最后导致牙轮钻头报废，表现出钻头进尺小、机械钻速低的特点；天然金刚石钻头和孕镶金刚石钻头主要以研磨方式破岩，机械钻速一般很低，加之造价高，限制了其应用范围；常规PDC钻头采用圆柱形PDC切削齿作为切削元件主要用于软到中硬地层，而在含砾硬地层中的适应性较差，容易出现崩齿、碎齿、磨损严重等情况，虽然通过改进钻头设计和PDC切削齿性能，一定程度上提高了常规PDC钻头在含砾硬地层中的钻进性能，但仍难以满足高效破岩要求。含砾硬地层可钻性差，钻井效率低，周期长，严重制约了开发效率，增加了钻井成本。所以，有必要设计一种适用于含砾硬地层钻进的锥形齿钻头。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：克服现有技术中存在的上述问题，提出一种适用于含砾硬地层钻进的锥形齿钻头，能够解决目前含砾硬地层运用牙轮钻头，轴承失效快、切削齿崩损严重，使用寿命短；运用常规PDC钻头钻进，切削齿崩损、磨损严重、切削效率低，使用寿命短等问题。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

一种适用于含砾硬地层钻进的锥形齿钻头，包括钻头基体，钻头基体表面设有若干个刀翼，刀翼上设有若干PDC切削齿，PDC切削齿包括圆柱形齿，相邻刀翼的间隙处设有排屑槽，排屑槽上设有若干喷嘴，PDC切削齿还包括工作面呈锥形面的圆锥形齿。

本专利钻头是采用异于常规圆柱形PDC复合片(即前述圆柱形齿)的锥形PDC齿(即前述圆锥形齿)。现有技术圆柱形齿通常包括基片和金刚石层，基片为圆柱体，金刚石层覆盖于圆柱体前端面(上顶面)形成工作面，其工作面通常是平面，整个切削齿呈圆柱体形状。本专利的这种独特几何形状的锥形PDC齿具有高抗冲击性和抗研磨性，能够长时间维持高的切削效率。它作为一种新型石油钻井破岩工具，其破岩方式与常规PDC齿既有相似之处，又有很大的不同。相似之处在于两者都是在轴向力和扭矩作用下连续旋转破岩，不同之处在于锥形PDC齿是以前倾角的角度将岩石“犁”出沟槽，在切向上将岩石从母体上剥离，并同时在侧向上对岩石产生挤压破坏作用。本专利锥形齿钻头特别适用于含砾硬地层钻进。含砾硬地层指结构致密硬度较高的岩石层如：硅质灰岩、石英砂岩、砾状砂岩、火成岩等。

作为选择，圆锥形齿包括基片和金刚石层，基片由圆柱部和圆柱部前端的锥部构成，金刚石层覆盖于锥部前端面形成锥形面的工作面。

作为选择，主切削齿内锥由一排圆锥形齿，主切削齿鼻部及外锥由两排圆锥形齿组成。作为选择，采用两排圆锥形齿布置时，两排圆锥形齿在刀翼上前后交错布置。作为进一步选择，两排圆锥形齿交错布置时，两排圆锥形齿出刃高度相同。该方案中，根据地层情况以及主切削齿的工作强度情况，在不同区域，沿切削齿切削方向设置前后排的一排或两排圆锥形齿。两排圆锥形齿在切削方向上前后交错布置，使得前后排切削齿的切削轨迹不重叠，同时出刃高度一致，使得切削后的井底切削面平整。

作为选择，圆锥形齿的直径为13～16mm。作为进一步选择，圆锥形齿的锥顶金刚石层高度为3～4mm。