[实用新型]一种新型混合齿PDC钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种金刚石钻头，尤其涉及一种应用于石油和天然气钻井的硬地层钻进的新型混合齿PDC钻头。

背景技术

在近年来的石油和天然气资源的勘探开发中，深井钻井和超深井成为提高油气资源开发的主力，在这样的油气钻井中，常常会遇到硬地层和研磨性地层，因此提高硬地层和研磨性地层的钻井速度，成为缩短钻井周期和降低钻井成本的重要途径和方法。人们知道，在硬地层和研磨性地层钻井中，为了提高钻头的稳定性和延长钻头的使用寿命，通常会采用增加钻压的方法来实现提高钻井速度。可供人们选择的钻头类型分为牙轮钻头和固定切削齿钻头，在钻井实践中，人们发现，牙轮钻头在硬地层和研磨性地层中钻井，由于牙轮钻头的轴承寿命和牙轮切削齿破碎地层的特点，钻屑在井底的重复破碎，往往造成这种钻头在深井和超深井钻井中，使得牙轮钻头的机械钻速低和寿命短，频繁更换钻头带来的起下钻作业时间长，增加了钻井周期和提高了劳动强度，大大增加了钻井成本。在软到中等硬度地层钻井中，首选PDC钻头钻井已成为石油钻井工业的行为标准；然而，在钻井实践，钻头在任何地层钻井都会产生的震动，在硬地层钻井钻头发生的震动更为严重，会产生钻头“回旋”，会造成PDC钻头严重早期磨损，会加速钻头的钝化或钻头失效；更换钻头会增加起、下钻作业时间，会增加钻井成本。

在较硬地层钻井，钻头稳定性成为越来越大的挑战；人们不希望钻头的震动带来钻头的钝化或失效，它会造成不必要的起钻。已有的钻头设计方案，有部分能够适应不同地层硬度的地层钻井，钻头能够适当提高机械钻速和可以接受的钻头寿命和耐久性，比较先前的钻头设计，通常采用增加钻压来减小钻头的震动，例如，某些钻头设计采用低攻击性的后倾角钻进硬地层，这样的设计在硬地层钻进必须增加钻压。然而，在使用PDC钻头钻井过程，人们不希望使用高钻压，因为增加钻压，要增加钻铤的长度，就增加了钻柱的压力损耗，会增加泵的压力和动力消耗，会增加扶正器和钻柱的磨损，降低钻井效率和钻井成本。同时钻井中，增加钻压，会加速钻头的磨损和钻头变钝的速度，会增加使用钻头的数量；在钻头已磨损的条件下，要延长钻头的使用时间，为了在可接受的钻速条件下，只有增加钻压，由于钻头的磨损和钻压之间的关系不是线性关系，而是指数关系；在特定地层，在已有的钻压下增加小值的钻压，将会急剧加速钻头切削齿的磨损，因为齿的热磨损和冲击损坏会加速齿的损坏。

因此，要增加硬地层钻井的速度，就要改变早先的钻头设计思路，选择更多的齿形和更多的切削齿布齿结构，改变钻头吃入方式和磨损特点，增加钻头抗研磨能力和工作寿命，增加切削齿的耐久性来延长钻头寿命，使用多种齿形的设计满足钻井作业对硬地层有效攻击性，提高新型钻头结构维持较高的钻速。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种新型混合齿PDC钻头。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种新型混合齿PDC钻头，包括钻头体，所述钻头体上分布有多条刮刀，所述刮刀的切削齿结构轮廓包括内锥、鼻部、外锥、台肩和保径块，多条所述刮刀上设有多种切削齿；以所述刮刀切削时的旋转方向为前方，所述钻头体上的所述刮刀中，至少有一条刮刀上的前排齿包括两种剪切齿，该条刮刀上的后排齿至少包括一种剪切齿或一种限位齿；所述剪切齿包括圆片剪切齿和脊形剪切齿两种，所述限位齿包括球面圆柱齿和锥形圆柱齿两种。

作为优选，所述钻头体上的所述刮刀中，至少包括一条刮刀，其前排齿分布于该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥、台肩和保径块，其前排齿由圆片剪切齿和脊形剪切齿组成，同一刮刀上的圆片剪切齿和脊形剪切齿间隔分布；该刮刀的后排齿至少包括一种剪切齿或一种限位齿。

作为优选，所述刮刀的后排齿中的剪切齿包括分布于该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥、台肩和保径块的圆片剪切齿和脊形剪切齿，所述后排齿中的限位齿分布于钻头该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥和台肩部位。

或者，所述钻头体上的每条刮刀上均设有由多种剪切齿构成的前排齿和多种后排齿；每条刮刀上的前排剪切齿与切削面之间设有0°～30°的后倾角；每条刮刀上的后排齿中的剪切齿与切削面之间设有15°～37°的后倾角；每条刮刀上的后排齿中的限位齿与切削面之间设有-8°～+8°的前倾角。

或者，所述钻头体上的每条刮刀上均设有多种前排齿和多种后排齿；每条刮刀上的前排齿的出露高度大于后排齿的出露高度，高度差在0～3毫米之间。

作为优选，所有的所述切削齿中，锥形圆柱齿、球面圆柱齿、圆片剪切齿和脊形剪切齿均为聚晶金刚石复合齿或由多晶超研磨材料制造的复合齿。