[发明专利]一种异形齿PDC钻头

说明书

一种异形齿PDC钻头，属于一种石油、地质用的回转钻进钻头，特别涉及一种异形齿特殊结构的钻头。它包括钻头本体和接头，钻头本体由多个刀翼和规径组成，在刀翼上还钎焊PDC异形齿，PDC异形齿是在基体上设置金刚石层，金刚石层垂直于各自的法线方向设置；金刚石层形成有前隆棱脊和后隆棱脊以及尖角。本发明具有的有益效果是：PDC异形齿的金刚石层垂直于各自的法线方向安装，使得金刚石层可以全部参与切削，钻头具有更强的抗研磨性能，提高钻头寿命；它还改变了金刚石层的受力方式，可以成倍地提高钻头轴向的抗冲击能力，减少了跳钻、顿钻对钻头造成损坏的可能。

技术领域

本发明属于一种石油、地质用的回转钻进钻头，特别涉及一种异形齿特殊结构的钻头。

背景技术

目前，在石油、地质勘探等领域进行钻井作业中，使用PDC齿作为切削齿的回转钻进钻头(简称PDC钻头)应用很广泛。PDC钻头具有机械钻速高，钻头进尺寿命长等优点。但是也存在以下问题：1、在塑性泥岩、页岩地层钻进中，地层具有很强的塑性，通俗的叫法就是“橡皮地层”，常规PDC钻头和牙轮钻头都不能有效的克服该地层，存在机械钻速极低，甚至完全打不动的情况，目前是一大难点。2、在研磨型极强的石英砂岩地层钻进中，常规PDC钻头上的PDC齿，金刚石层只有30～40％可参与地层切削，导致单只PDC钻头进尺少，多次起下钻，严重影响钻井周期，加大钻井成本。目前在研磨型极强的石英砂岩地层一般采用孕镶钻头钻进，采用孕镶钻头要求配合涡轮钻具使用，由于涡轮钻具要求固相含量低的泥浆，常规泥浆不能满足要求，必须更换泥浆体系，这些都会大量增加钻井成本。

发明内容

本发明要解决的问题就是针对上述现有技术存在的缺点，提供一种既能在塑性泥岩、页岩地层中快速钻进，又能在研磨型砂岩地层钻进中有足够寿命的PDC钻头。其技术方案如下：

它包括钻头本体和接头，钻头本体安装在接头上，钻头本体由多个刀翼和规径组成，刀翼上钎焊PDC齿。其关键技术是在刀翼上还钎焊PDC异形齿，PDC异形齿是在基体上设置金刚石层，金刚石层垂直于各自的法线方向设置；金刚石层左右两侧向下倾斜形成对称斜坡，对称斜坡相交形成中分线，金刚石层前后两侧向下倾斜形成非对称的前倾斜面和后倾斜面，前倾斜面形成快速隆起的前隆棱脊，后倾斜面形成缓慢下降的后隆棱脊，前倾斜面和后倾斜面相交形成棱脊线，中分线与棱脊线相交部位形成尖角。

所述对称斜坡的夹角a为120°～160°。

所述前隆棱脊和后隆棱脊形成夹角b，夹角b为80°～160°。

所述前隆棱脊与地层形成夹角c，夹角c为50°～80°。

所述后隆棱脊与地层形成夹角d，夹角d为10°～40°。

所述夹角c大于夹角d10°～40°

所述PDC异形齿的直径X为10～20mm。

所述棱脊线中点与前隆棱脊的起点的距离Y为3～10mm。

所述钻头刀翼数为4～7刀翼。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、PDC异形齿的金刚石层垂直于各自的法线方向安装，有以下优势：a、金刚石层全部裸露在刀翼表面，使得金刚石层可以全部参与切削，与常规钻头PDC齿金刚石层30％～40％参与切削相比，本发明钻头具有更强的抗研磨性能，提高钻头寿命；b、改变了金刚石层的受力方式，可以成倍地提高钻头轴向的抗冲击能力，减少了跳钻、顿钻对钻头造成损坏的可能。以上优势能保证该PDC钻头在研磨型石英砂岩地层的钻进中有足够的寿命。

2、PDC异形齿的中分线与棱脊线相交部位形成尖角，让该PDC钻头更容易压入地层(在相同钻压下，与常规PDC齿切削地层时截面是圆形相比，PDC异形齿有更大的比压)。