[发明专利]一种钻齿及其制造方法

说明书

本发明提供了一种钻齿及其制造方法，属于石油、天然气领域。该钻齿包括主切削齿、副切削齿和保护齿；在所述主切削齿内设有至少一个凹槽，在每个凹槽内嵌有一个副切削齿；在每个副切削齿内设有凹槽，在凹槽内嵌有保护齿；所述保护齿的端面低于副切削齿的端面，但高于主切削齿的端面。本发明通过副切削齿控制DOC，优化了钻头性能，同时为了改进副切削齿的可靠性，在副切削齿中设置了保护齿，提高了副切削齿的可靠性，同时根据偏心设计可以作为次一级的DOC控制结构。同时，设置的N个副切削齿可以首先破坏地层，使得主切削齿钻井地层更加容易，因此提高了钻速。

技术领域

本发明属于石油、天然气钻井领域，具体涉及一种钻齿及其制造方法。

背景技术

钻井过程中，钻头需要钻穿不同地层，当地层岩性发生变化时，钻进速度 ROP(Rate of Penetration)会随之变化，容易引起钻头的粘滑振动，甚至引起钻头和井下BHA(Bottom Hole Assembly)组件的失效，导致由于井底复杂事故造成的钻井成本增加和效率降低。通常钻速ROP主要通过控制钻压WOB(Weight On Bit)和旋转速度RPM(RevolutionsPer Minute)来实现，即分别通过大钩载荷、钻柱旋转和/或者控制井底马达转速来实现的，但这些控制手段相对于井底钻头都具有一定的滞后性。

随着PDC钻头技术突飞猛进的发展，为了避免在较低钻压和较高转速范围下引起的钻头回旋破坏，因此逐渐趋于采用较高的钻压和较低的转速相结合的参数组合来提高钻进性能，但是这样却难以避免在较高的WOB和较低的RPM下引起的扭转失稳，进而造成粘滑振动。DOC(Depth of Cut)控制技术自21世纪初引入后，可以有效消除钻头的扭转振动，成为PDC技术发展史上一个里程碑。它扩大了PDC钻头的应用范围，但是在一些情况下也限制了钻头的切削能力。

目前，2016年贝克休斯公司引入了自适应PDC钻头，该钻头可以随着持续变化的钻井环境自动调节DOC特性，可在提高ROP的情况下缓减粘滑振动，克服了固定齿传统DOC控制技术的局限，不需要固定的切削深度控制预设计，通过可调节的DOC控制单元收缩性能避免牙齿与地层的过度啮合，从而防止钻头过早失效以及引起BHA部件毁坏和扭断的可能性，且能在维持较高ROP的前提下，扩大钻头稳定操作区域。但是该技术在地下的可靠性弱。

2016年4月19日，哈里伯顿公司的公开专利US 9316057B2，发明了一项双齿切削齿，保护齿与主切削齿同心或者偏心，直径小于主切削齿，从主切削齿延伸出一定长度。该切削齿设计的目的也是为了控制切削齿的切削深度。但是该技术中副切削齿的稳定性不强。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种钻齿及其制造方法，提高切削结构的可靠性，延长钻头寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种钻齿，包括主切削齿、副切削齿和保护齿；

在所述主切削齿内设有至少一个凹槽，在每个凹槽内嵌有一个副切削齿；

在每个副切削齿内设有凹槽，在凹槽内嵌有保护齿；

所述保护齿的端面低于副切削齿的端面，但高于主切削齿的端面。

每个所述副切削齿的轴线均与主切削齿的轴线平行，且所有副切削齿的中心连线与主切削齿的横截面中心线平行。

所述主切削齿为圆柱体结构，包括连成一体的主切削齿基体和主切削齿切削面；

在所述主切削齿内的各个凹槽的中心连线与主切削齿的横截面中心线平行，且位于主切削齿的横截面中心线的下方。

所述副切削齿为圆柱体结构，包括连成一体的副切削齿基体和副切削齿切削面；

在所述副切削齿内的凹槽的轴线与副切削齿的轴线平行，所述凹槽与副切削齿同轴线设置或者偏心设置。