[实用新型]一种适合硬地层的PDC钻头

说明书

本实用新型属于石油及地质钻井用PDC钻头的结构改进。

常规PDC钻头在均质的松软或中等硬度地层中具有机械钻速快、寿命长、进尺高等优点，但在中硬到硬的非均质研磨性地层中钻进时，工作性能很差，PDC复合片容易产生碎裂和过度磨损现象，导致钻头先期损坏。其主要原因是PDC钻头以剪切方式破碎岩石，而在较硬的非均质地层钻进时，容易引起钻头扭转振动和轴向振动，同时由于硬地层的抗压强度高，必须加大钻压才能使PDC复合片有效地吃入地层，容易造成PDC复合片的碎裂和高温磨损。

本实用新型主要由PDC复合片、金刚石齿、刀翼、喷嘴和钻头体组成，依靠PDC复合片和金刚石齿在刀翼上形成混合切削结构，能有效钻进硬研磨性地层。本实用新型的目的就是提供一种适合硬地层的PDC钻头。

本实用新型是这样实现的，在刀翼[3]前端安装一排PDC复合片[1]，在刀翼[3]后端与PDC复合片[1]一一对应安装一排金刚石齿[2]；在同一刀翼[3]相同半径上金刚石齿[2]比PDC复合片[1]的出露高度低0.5～1.5mm，且布置在距PDC复合片[1]后端10～20mm处；金刚石齿[2]包含了天然金刚石和三角、圆柱等形状的人造热稳定聚晶金刚石。

与常规PDC钻头相比，本实用新型在一般地层中钻进时，具有常规PDC钻头的所有性能特点。在硬地层钻进时，本实用新型仍以PDC复合片切削为主，但其后面的金刚石齿承担了部分钻压，降低了钻头的振动幅度，减小了PDC复合片由于振动所受的瞬时冲击载荷，保护了PDC复合片。在研磨性地层内钻进时，刀翼后端的金刚石齿逐渐出露，其良好的热稳定性使其在高温下仍保持较高的耐磨性和形状，对岩石具有犁刨作用，在岩石表面划出沟槽，增加了岩石表面的自由度，使得PDC复合片相对容易破碎岩石；同时金刚石齿承担了部分钻压，减小了PDC复合片由于钻压大而产生的高温磨损，从而延长了钻头的使用寿命。因此本实用新型在中硬至硬的非均质研磨性地层中钻进时，比常规PDC钻头具有机械钻速高、寿命长、进尺多等优点，可节省大量钻井费用，具有明显的经济效益。

说明书附图：图1．一种适合硬地层的金刚石钻头示意图附图说明：

1．PDC复合片2．金刚石齿3．刀翼4．喷嘴5．钻头体

现结合说明书附图对本实用新型作进一步的描述：

本实用新型以PDC复合片[1]为主、以金刚石齿[2]为辅的组成混合切削结构，它们在刀翼上是按一一对应关系进行分布排列的，金刚石齿[2]比PDC复合片[1]的出露高度低0.5～1.5mm，金刚石齿[2]距离PDC复合片[1]后端10～20mm，金刚石齿[2]是天然金刚石或三角、圆柱等形状的人造热稳定聚晶金刚石。在钻井过程中，首先把本实用新型与其它井下工具连接起来，下入井底，然后开泵通过井下工具内腔、钻头体[5]内腔和喷嘴[4]循环钻井液，启动旋转设备将井下工具旋转起来，并加钻压使其旋转破碎岩石。在一般地层中钻进时，本实用新型具有常规PDC钻头的性能特点。在硬研磨性地层钻进时，本实用新型仍以PDC复合片[1]切削为主，但金刚石齿[2]承担了部分钻压，限制每转的切削量，并随着PDC复合片[1]的磨损，金刚石齿[2]对岩石产生犁刨作用，在硬地层表面划出沟槽，使得PDC复合片[1]相对容易破碎岩石，提高了机械钻速。同时，金刚石齿[2]结构能在轴向、横向和扭转振动中大大降低PDC复合片[1]所承受的瞬间过量载荷，降低了PDC复合片[1]的冲击损坏或高温磨损，从而延长了钻头的使用寿命。在硬研磨性地层钻进时，本实用新型比常规PDC钻头具有更好的经济效益。