[发明专利]一种双级钻头

说明书

技术领域

本发明涉及地质勘探钻具领域，具体涉及一种适用于硬地层和极硬地层钻进的双级钻头。

背景技术

PDC钻头是石油钻井行业常用的一种钻井工具。但是其目前无法在不均质硬地层使用，原因有以下几点：一是在不均质硬地层PDC钻头吃入地层困难；二是在不均质硬地层的钻进过程中切削齿磨损速度快；三是由于不均质强、硬度高，PDC钻头在破岩时扭矩过大，钻头在井底轴向、横向振动严重，切削齿非常规损伤严重，切削齿崩裂严重。现有的PDC钻头的设计不合理，存在缺陷，各项性能不能兼顾，无法满足使用。

发明内容

本发明要解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种双级钻头。

本发明的一种双级钻头，包括领眼体和扩眼体，所述领眼体固定设于扩眼体上方，所述领眼体的最大外径小于扩眼体的最大外径，所述领眼体上设有若干个第一切削单元，扩眼体上设有若干个第二切削单元，所述第一切削单元和第二切削单元上分布有切削齿，所述相邻第一切削单元之间设有第一排屑槽，所述相邻第二切削单元之间设有第二排屑槽，所述第一排屑槽上设有领眼喷嘴，第二排屑槽上设有扩眼喷嘴。

作为本发明的进一步改进，所述领眼体为长内锥短抛形，所述领眼体1上设有五个第一切削单元。

作为本发明的进一步改进，所述扩眼体为平滑曲线形，所述扩眼体上设有五个第二切削单元。

作为本发明的进一步改进，所述第一切削单元和第二切削单元对应设置，所述对应设置的第一切削单元侧边和第二切削单元侧边之间形成偏转角θ，所述偏转角θ=5-15°。优选为所述偏转角θ=10°

作为本发明的进一步改进，所述第一切削单元和第二切削单元上还设有若干个锥形齿。所述切削齿设于第一切削单元或第二切削单元的一侧边，所述锥形齿与相邻的两个切削齿形成空间三角形结构。

作为本发明的进一步改进，所述锥形齿的高度低于切削齿的高度0.5-1.5mm。优选为，所述锥形齿的高度低于切削齿的高度1.0mm。

本发明与现有技术相比具有以下优点。

（1）本发明设计合理，各个部件之间相互配合，使得本发明的产品适用性广，适于硬质底层的钻孔使用，减少切削齿的磨损。由于领眼体固定设于扩眼体上方，所述领眼体的最大外径小于扩眼体的最大外径，本发明的PDC钻头包括领眼和扩眼两部分，领眼体上设有若干个第一切削单元，扩眼体上设有若干个第二切削单元，第一切削单元和第二切削单元上分布有切削齿，通过领眼小钻头先期吃入地层释放围压，带动扩眼钻头高效吃入。由于第一排屑槽和第二排屑槽上设有喷嘴，用于冷却和携带岩屑脱离井底。

（2）所述领眼体上设有五个第一切削单元，进一步的为长内锥短抛形，具有较强的攻击性，所述扩眼体上设有五个第二切削单元，扩眼钻头采用平滑曲线，提升钻头抗研磨性，领眼体与扩眼体的形状限定可以进一步降低钻头吃入地层的阻力，从而更易于在硬质底层的使用。申请人针对褐色、深灰色灰岩、泥质灰岩、浅灰色云岩、云质灰岩互层等不均质硬地层特点，结合钻头切削受力特点与磨损特点，进行了多次对比试验，从而确定适合硬且不均质地层的领眼体及扩眼体的外部形状。

（3）由于第一切削单元和第二切削单元对应设置，所述对应设置的第一切削单元侧边和第二切削单元侧边之间形成偏转角θ，侧边即为切削齿的刀翼部，从而增强了切削齿与井壁的空间接触，降低了扭矩，保护钻头从而增强钻头稳定性，且领眼体与扩眼体错落的切削的方式提高了切削效率。在各个角度设置的切削效果且保护切削齿的综合考虑下偏转角θ=5-15°，且在偏转角θ=10°时达到最好的效果。

（4）由于第一切削单元和第二切削单元上还设有若干个锥形齿。采用锥形齿，将井下振动产生的能量转化为锥形齿破岩的冲击力，保护钻头，提升钻头钻进效率。由于切削齿设于第一切削单元或第二切削单元的一侧边，所述锥形齿与相邻的两个切削齿形成空间三角形结构，在钻进过程中，与切削齿形成空间三角形结构，增强钻头稳定性。由于锥形齿的高度低于切削齿的高度0.5-1.5mm。锥形齿参与少量切削，进一步增强钻头的稳定性，优选的锥形齿的高度低于切削齿的高度1.0mm。锥形齿的设置一方面有效的控制了钻头吃入岩石的能力，另一方面又达到了在切削齿磨损情况下增强了钻头攻击性的特点，从而保证了较长时间较快的机械钻速。

（5）本发明的结构设计合理，可以增强钻头对难钻地层的吃入能力，减小复合片在冠顶、外锥处的磨损，从而延长了钻头的使用寿命，达到了减少钻井成本的目的。本发明的钻头主要用于硬地层和极硬地层，依靠小钻头易于钻进的优点达到随钻扩眼、快速钻进的目的。也可用于防斜打直，适用广。