[实用新型]一种五刀翼的聚晶金刚石复合片钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种石油天然气钻井行业，具体是一种具有高效切削结构的五刀翼的聚晶金刚石复合片钻头。

背景技术

由于世界能源日趋紧张，石油天然气钻井活动不断增加，所以对石油天然气钻井钻头的需求量也越来越大。石油天然气钻井聚晶金刚石复合片（PDC）钻头由于钻井速度高和使用寿命长，因此得到了极其广泛的应用。

聚晶金刚石复合片（PDC）钻头按照钻头刀翼数量分为三刀翼、四刀翼、五刀翼、六刀翼、七刀翼和八刀翼PDC钻头等，其中五刀翼PDC钻头的钻井速度和使用寿命适中，适应地层范围广，在石油天然气钻井活动中被广泛使用。

以现有五刀翼PDC钻头为例，分析现有PDC钻头的切削结构：

如图1所示，聚晶金刚石复合片（PDC）钻头主要由钻头本体4、连接接头5、刀翼2、主切削齿1和喷嘴3组成。聚晶金刚石复合片（PDC）钻头有5个刀翼2和多个主切削齿1（聚晶金刚石复合片），不同位置的主切削齿1按照特定的切削规律布置在各个刀翼2上，构成PDC钻头的切削结构。

如图2～图4所示，为现有PDC钻头的切削结构示意图，图2所示为现有PDC钻头的主切削齿1（聚晶金刚石复合片）布齿覆盖图，图3所示为Z向视图，表示不同位置的主切削齿1在各个刀翼2上的分布情况，图4为现有PDC钻头单个主切削齿1（聚晶金刚石复合片）的切削面积和切削刃边示意图。标记CEN为PDC钻头中心线，标记V为PDC钻头钻进地层时的旋转方向，坐标系Z轴和PDC钻头中心线重合并且指向PDC钻头的钻进方向。

一般现有技术所采用的五刀翼PDC钻头具有2根长刀翼和3根短刀翼，若干个主切削齿1分布在长刀翼和短刀翼的前刀翼面上。将五根刀翼2沿钻头旋转方向的反方向（负V方向）依次顺序定义为B1、B2、B3、B4和B5号刀翼2，其中：B1和B4号刀翼2为长刀翼、B2、B3和B5号刀翼2为短刀翼。再按靠近所述钻头中心线（Z轴）垂直距离由小到大、将主切削齿1顺序编号为a₁、a₂、a₃、……，a_n号之前的主切削齿a₁、a₂……a_n-1依次交替布置在长刀翼B1和B4上；从a_n号开始，主切削齿1的分布规律如下循环：a_n、a_n+1、a_n+2、a_n+3、a_n+4、a_n+5……号主切削齿1依次布置在B1、B2、B3、B4、B5、B1……号刀翼2上。如此，依上述规律构成整个现有PDC钻头的切削结构，完成主切削齿1切削该区域地层的完整覆盖。

定义上述切削结构为正向（按刀翼号由小到大的顺序）顺序切削结构，同理现有PDC钻头还有反向（按刀翼号由大到小的顺序）顺序切削结构。反向顺序切削结构由于其它原因，在实际应用中很少被采用。因反向顺序切削结构的切削原理和正向顺序切削结构相类似，后面所述不再单独提及反向顺序切削结构。

如图2所示，第a_n号主切削齿1靠PDC钻头外侧的区域为PDC钻头的主切削齿全覆盖区，第a_n号主切削齿1（聚晶金刚石复合片）靠PDC钻头内侧的区域为PDC钻头的主切削齿非全覆盖区。由此可见，在现有PDC钻头的主切削齿全覆盖区，其切削结构完全遵循正向顺序切削规律；在主切削齿非全覆盖区，其切削结构部分遵循正向顺序切削规律。

如图4所示，图中阴影部分为现有PDC钻头正向顺序切削结构中第a_n+1号主切削齿1（聚晶金刚石复合片）的切削面积，图中阴影部分和主切削齿1切削刃边的相交部分为主切削齿1切削地层的切削刃边。由此可知，该主切削齿1的切削面积过大，切削刃边过长，必然导致整个现有PDC钻头存在以下缺陷：

1.   切削面积过大：导致钻头工作扭矩增大，能源消耗高，降低切削效率。

2.   切削刃边过长：导致主切削齿1切削刃边和地层的摩擦发热增大，降低主切削齿1的使用寿命，同时降低整个PDC钻头的使用寿命。

3.   切削刃边往钻头侧向（外侧）倾斜（如图4所示）：导致PDC钻头侧向受力加大，降低PDC钻头的稳定性。

发明内容

针对现有PDC钻头切削结构存在的缺陷，提供一种具有高效切削结构的五刀翼的聚晶金刚石复合片钻头。

本实用新型所采用的技术方案是：