[发明专利]一种抗扭转冲击结构锥型齿PDC钻头

说明书

本发明提供了一种抗扭转冲击结构锥型齿PDC钻头，采用7刀翼胎体结构，主切削齿采用常规Φ13.44mm+锥型齿Φ13.44mm结构设计，PDC钻头采用锥型齿结构和常规PDC齿复合切削结构设计，即压碎和切削两种方式，PDC齿复合切削结构采用较厚的切削齿金刚石面，PDC钻头后排齿采用抗扭转冲击结构布局，在前排主切削齿磨损后，作为第二切削元件切削地层，PDC钻头水力机构设计包括采用低转速‑高钻压模式，采用特殊横向漫流水利单元，并进行弧线形刀翼设计。PDC钻头采用模具成型制造胎体PDC钻头，钻头模具制造采用3D打印技术进行，打印模具包括数据转化、模型诊断、分层处理、打印工艺参数优化，无人职守模具打印、后期处理6项工序，并配合现有软模成型工艺。

技术领域

本发明涉及一种PDC钻头技术领域，特别是一种抗扭转冲击结构锥型齿PDC钻头。

背景技术

川东地区钻井过程中，以二叠系长兴组为代表的难钻地层称谓该区高效勘探开发的“拦路虎”，该地层岩性主要以灰色泥-粉晶灰岩为主，岩石强度较高，对钻头的吃入能力要求高，部分层段研磨性强，常规PDC钻头抗冲击、抗研磨能力难以满足实钻需求。前期岩石力学研究成果表明，川东地区二叠系长兴组地层抗压强度在150-200MPa之间，软硬交错，内摩擦角在45度以上，PDC钻头可钻性级值集中在10-15，且局部层段含燧石结核，可钻性极差。

为提高该层段井速度，近年来累计在该层段使用多种牙轮和PDC钻头，都没有取得理想的提速效果，平均每只钻头进尺均小于120m，平均单只钻头机械钻速低于1.5m/h。

因此，针对二叠系长兴组地层的岩石力学分析结果，有必要根据硬夹层的切削结构设计、抗涡动布齿设计、力平衡设计、水利结构设计技术，设计新的PDC钻头。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种抗扭转冲击结构锥型齿PDC钻头，采用7刀翼胎体结构，主切削齿采用常规Φ13.44mm+锥型齿Φ13.44mm结构设计，所述PDC钻头采用锥型齿结构和常规PDC齿复合切削结构设计，即压碎和切削两种方式。

优选的，所述PDC齿复合切削结构采用较厚的切削齿金刚石面。

优选的，所述PDC钻头后排齿采用抗扭转冲击结构布局，在前排主切削齿磨损后，作为第二切削元件切削地层。

优选的，所述PDC钻头水力机构设计包括采用低转速-高钻压模式，采用特殊横向漫流水利单元，并进行弧线形刀翼设计。

优选的，所述PDC钻头采用模具成型制造胎体PDC钻头，所述钻头模具制造采用3D打印技术进行，打印模具包括数据转化、模型诊断、分层处理、打印工艺参数优化，无人职守模具打印、后期处理6项工序，并配合现有软模成型工艺。

本发明的有益效果：新的PDC钻头在二叠系长兴组适应性强，提速效果显著。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

附图1为根据本发明实施例的锥型切削齿与PDC切削齿振动对比图；

附图2为根据本发明实施例的钻头轴向力分析曲线；

附图3为根据本发明实施例的钻头横向力分析曲线；

附图4为根据本发明实施例的钻头各切削齿切削体积分布图；

附图5为根据本发明实施例的钻头横向不平衡力指向示意图；