[发明专利]一种两级切削PDC钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种两级切削PDC钻头，属于石油及地质钻井钻头技术领域。

技术背景

PDC钻头是现在石油及地质钻井广泛采用的钻头，随着复合片材料进步及切削结构的改进，其适用范围越来越广，钻凿进尺比例越来越高。PDC钻头一般采用剪切方式来破碎岩石，当PDC钻头工作时，切削元件复合片在钻压和扭矩的作用下克服地层应力切入地层并向前滑动，岩石在复合片切削齿的作用下沿其剪切方向破碎并产生塑性流动，切削所产生的岩屑呈大块片状。随着技术的进步，现有的PDC钻头适应的地层越来越多，同一趟钻进过程中要求穿越的地层也越来越多，使用者期望对不同的地层均能保证在较快的机械钻速的同时也能保证使用寿命。实际钻井过程中，有些情况下，地层变化比较频繁，常会遇到致密泥岩与砂岩互层。常规针对砂岩设计的PDC钻头在钻遇砂岩时比较快，但在钻遇致密泥岩时，机械钻速就比较慢。而针对泥岩设计的PDC钻头，虽然钻遇泥岩时候速度快，但钻遇砂岩时会磨损较快，钻头寿命短。而采用不同底层频繁更换钻头的方式将会大大降低钻井的工效。

发明内容

本发明针所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种两级切削PDC钻头，它能适应砂岩与致密泥岩互层的钻进，既可保证机械钻速又能保持钻头的使用寿命。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有钻头体，钻头体上沿周向间隔设置有刀翼，刀翼上沿内锥、鼻部、肩部和保径段安设固定切削齿，所述刀翼上内锥、鼻部和肩部的固定切削齿由内到外排列布设，覆盖整个井底，形成固定切削齿的切削轮廓包罗线，其特征在于所述刀翼上内锥、鼻部和肩部的所有固定切削齿分别组成两组对应的固定切削齿，并形成两条相间隔的切削轮廓包络线，两条切削轮廓包络线一高一低。

按上述方案，所述的两条相间隔的切削轮廓包络线相差间距L为0.2~2mm。

按上述方案，所述的两条切削轮廓包络线平行间隔。

按上述方案，所述的刀翼为3~8个，刀翼间安设有喷嘴。

按上述方案，所述的固定切削齿为金刚石复合片。

按上述方案，所述的固定切削齿齿形为圆柱形、椭圆柱形，或端面凸棱形。

本发明的有益效果在于：1、在钻遇致密泥岩时，由于其速度相对较慢，故其单圈吃深较小，小于L，因此与地层接触的切削齿主要为高度较高的第一条切削轮廓包络线相切的切削齿，由于相对布齿密度低，有较大的齿间距，使其能够在钻遇致密地层时，能够保证足够的攻击性，提高钻头机械钻速；2、在钻头钻遇吃入性好的砂岩或其他研磨性地层时，由于其速度相对较快，故其单圈吃深相对较大，钻进时所有切削齿全部吃入地层，保证钻头的足够的耐磨能力，提高钻头使用寿命。

附图说明

图1为本发明一个实施例的立体图。

图2为本发明一个实施例中切削轮廓包络线的示意图。

图3为本发明另一个实施例的立体图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

第一个实施例如图1、图2所示，包括有钻头体1，钻头体的上部为钻头柄部5，钻头体上沿周向间隔设置有刀翼4，所述的刀翼为5个，刀翼间安设有喷嘴2。刀翼上沿内锥、鼻部、肩部和保径段安设固定切削齿，所述的固定切削齿为金刚石复合片，齿形为圆柱形。所述刀翼上内锥、鼻部和肩部的固定切削齿3由内到外排列布设，覆盖整个井底，所述刀翼上内锥、鼻部和肩部的所有固定切削齿分别组成两组对应的固定切削齿，两组固定切削齿可沿径向相互交错排布，对应形成两条高低间隔的切削轮廓包络线，两条切削轮廓包络线一高一低，其中，第一条切削轮廓包络线较高，由第一组固定切削齿形成，为图2中实线所示，第二条切削轮廓包络线较低，由第二组固定切削齿形成，为图2中虚线所示，两条切削轮廓包络线平行间隔，相差间距L为1mm。

第二个实施例如图3所示，它与上一个实施例的不同之处在于所述的第二组固定切削齿的齿形为端面凸棱形或凸台形，带有犁削功能的复合片，即其刀翼上的固定切削齿3为圆柱形切削齿（齿形2）与带有犁削功能的切削齿（齿形1）混布。