[实用新型]能在软硬互层岩石中快速钻进的PDC钻头

说明书

本实用新型公开了一种能在软硬互层岩石中快速钻进的PDC钻头，包括钻头体和接头刚体，钻头体的外周均匀设有三个外侧刀翼、中部设有两个中心刀翼，每个外侧刀翼的一侧上部和每个中心刀翼的一侧上部均设有一个圆柱形PDC，每个圆柱形PDC的负前角为13°～18°、旁通角为3°～5°、出露高度为10.9～11.2mm。本实用新型通过设计较高的三个外侧刀翼和较低的两个中心刀翼，并在每个刀翼上安装圆柱形PDC，并对圆柱形PDC进行负前角、旁通角和出露高度的优化设计，能够防止钻头在切削过程中导致崩齿的问题，并能够使切削后的岩粉迅速排除到钻头体以外，还实现了最佳的钻进速率及排屑速率，整体上显著提高了PDC钻头的钻进速度并延长了钻头寿命。

技术领域

本实用新型涉及一种PDC钻头，尤其涉及一种能在软硬互层岩石中快速钻进的PDC钻头。

背景技术

PDC钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称，是地质钻探行业常用的一种钻井工具，是从金刚钻演变来的，因其钻头体上设有PDC而称为PDC钻头。PDC对应的英文是：Polycrystalline Diamond Compactbit，即聚晶金刚石复合片。

PDC钻头属于切削型钻头。根据岩石力学性质，要求切削型钻头的抗拉强度最低，剪切强度次之，而抗压强度最高，抗压强度往往比剪切强度高数倍乃至十多倍。因此，利用剪切或切削方式的工具破碎岩石，必然会是一种高效的方式和工具。以往镶齿的刮刀钻头对岩石的破碎虽然称为剪切或切削型钻头，但由于硬质合金不耐磨，加之钻压的限制，致使钻头切削刃很快磨损而不能有效破碎岩石，实际上在钻进的大部分时间内不是处于切削而是处于刮削状态。而PDC钻头的切削齿由于具有金刚石耐磨层，尽管厚度很薄(1～2mm)，但硬度高，一般比碳化钨硬质合金的硬度高100倍以上，因而PDC钻头在切削过程中，其刃口能自锐，锐利的刃口切入岩石，在扭矩的作用下向前移动，剪切岩石，充分利用了岩石剪切强度低的弱点，发挥了PDC钻头具有高速切削岩石的优势。

然而，传统的PDC钻头也存在以下几个缺陷：首先由于PDC钻头在孔底接触面积小，比压高，加之PDC耐磨，且能自锐，刃口锋利，因而时效高，岩屑(或岩粉)多，及时清除孔底岩屑就显得十分重要，但是在一些胶粘性地层，由于其岩屑有很强的附着力，传统PDC钻头往往容易堵塞并粘着在切削齿前面而形成泥包或糊钻，钻进速率较慢；其次传统PDC钻头的耐冲蚀性和钻头钢体的耐磨性比较差，钻头寿命比较短；再次PDC是一种复合型的超硬材料，性能是硬而且耐磨，但耐温能力很差，所以在使用中温度不能超过650℃，因此对钻头的及时充分冷却提出来较高的要求，但传统PDC钻头的冷却效果不尽如意；最后PDC比较硬而脆，应该避免冲击，否则就要脱片和崩齿，但传统PDC钻头的受到冲击较大，有时会脱片和崩齿。

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能在软硬互层岩石中快速钻进的PDC钻头。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种能在软硬互层岩石中快速钻进的PDC钻头，包括钻头体和接头刚体，所述钻头体设于所述接头刚体的上端，所述接头刚体的下端用于连接钻杆，所述钻头体的外周均匀设有三个外侧刀翼，所述钻头体的中部设有两个中心刀翼，所述中心刀翼的顶部低于所述外侧刀翼的顶部，每个所述外侧刀翼的一侧上部和每个所述中心刀翼的一侧上部均设有一个圆柱形PDC，所述外侧刀翼上的圆柱形PDC的顶部高于所述外侧刀翼的顶部，所述中心刀翼上的圆柱形PDC的顶部高于所述中心刀翼的顶部，每个所述圆柱形PDC的一个端面与对应的所述外侧刀翼或所述中心刀翼的一侧连接，每个所述圆柱形PDC的负前角为13°～18°，每个所述圆柱形PDC的旁通角为3°～5°，每个所述圆柱形PDC的出露高度为10.9～11.2mm。