[发明专利]切削-研磨型孕镶金刚石块和PDC复合片混镶钻头

说明书

本发明涉及的是切削‑研磨型孕镶金刚石块和PDC复合片混镶钻头，为刀翼式钻头，采用梯形刀翼，冠部剖面形状为直线‑圆弧‑圆弧型双锥冠部剖面，第一孕镶块和第二孕镶块在各主刀翼、副刀翼上均交替布置，分布具备井底全覆盖能力，第一孕镶块的金刚石粒度为80目，浓度为120%，胎体硬度为60HRC；第二孕镶块的金刚石粒度为60目，浓度为100%，胎体硬度为45HRC；主刀翼有三个，相邻两个主刀翼的夹角为100^O‑140 ^O，第一主刀翼具有超顶结构，钻头中心布置1颗圆楔形PDC齿，7颗圆柱形PDC齿分布在圆楔形PDC齿周围，本发明解决了现有的PDC钻头，牙轮钻头和金刚石钻头适应地层较单一的问题。

技术领域

本发明涉及石油与天然气钻井用的钻头，具体涉及一种具有自适应地层特性的切削-研磨型金刚石和PDC复合片混镶钻头。

背景技术

石油钻井是以钻头作为破岩工具的，钻头与地层的匹配程度,决定着破岩效率和钻头的寿命，一个合适的钻头，不仅可以明显地提高钻速，同时也可以减少井下事故的发生，达到高速、低成本、安全钻井的目的。尤其是深井，所钻地层跨越地质年代多，地层岩性变化大，可钻性纵向差异大，每起下钻一次，不仅耗时而且费用大。因而，深井钻井对钻头提出更高的要求和挑战。如松辽盆地北部深层，地层可钻性级值分布在4.87～10级，多分布在8级以上，但软硬交错严重，非均质性较强，单一钻头的适应性差，破岩效率低。现有主流钻头类型有PDC钻头，牙轮钻头和金刚石钻头。PDC钻头在软到中硬地层有较高的机械钻速和使用寿命，但PDC复合片较脆，不能承受较高的钻压和冲击，在硬、极硬地层和砾岩层极易崩折、断齿和打滑。牙轮钻头的冲击切削破岩方式和具有较好韧性的硬质合金齿，能够在硬地层使用，但牙齿的耐磨性较差，机械钻速较低，钻头寿命较短。传统金刚石钻头通过磨削的方式破岩，能够克服硬到极硬地层，但在软到中硬地层破岩效率极低。同时孕镶金刚石材料与地层的配伍性对金刚石钻头的破岩效率和使用寿命影响非常显著，例如孕镶金刚石块胎体硬度高于地层需要的硬度，胎体不易磨损，金刚石磨光后不能及时出露，易出现打滑不进尺现象；如果胎体硬度低于地层所需的硬度，胎体易早期磨损，金刚石颗粒因胎体包镶不住，会早期脱落，造成钻头寿命很低。因此，开发一种能够克服强弱研磨性混杂，软硬相间的地层的高效钻头，是十分迫切和重要的。

发明内容

本发明的一个目的是提供切削-研磨型孕镶金刚石块和PDC复合片混镶钻头，这种切削-研磨型孕镶金刚石块和PDC复合片混镶钻头用于解决现有的PDC钻头，牙轮钻头和金刚石钻头适应地层较单一的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种切削-研磨型孕镶金刚石块和PDC复合片混镶钻头为刀翼式钻头，采用梯形刀翼，冠部剖面形状为直线-圆弧-圆弧型双锥冠部剖面，孕镶金刚石刀翼基体的金刚石粒度为46目，浓度为80%，胎体硬度为40HRC，第一孕镶块和第二孕镶块在各主刀翼、副刀翼上均交替布置，分布具备井底全覆盖能力，第一孕镶块的金刚石粒度为80目，浓度为120%，胎体硬度为60HRC； 第二孕镶块的金刚石粒度为60目，浓度为100%，胎体硬度为45HRC；主刀翼有三个，三个主刀翼将钻头底面分为三部分，相邻两个主刀翼的夹角为100^O-140^O，其中第一主刀翼具有超顶结构，第二主刀翼的长度小于第一主刀翼的长度，第三主刀翼长度小于第二主刀翼的长度，钻头中心布置1颗圆楔形PDC齿，第一主刀翼、第二主刀翼分别布置2颗圆柱形PDC齿，第三主刀翼布置有三颗圆柱形PDC齿，上述7颗圆柱形PDC齿分布在圆楔形PDC齿周围，所述圆楔形PDC齿分和圆柱形PDC齿均设置为后倾角10～40^O，侧倾角10～30^O。

上述方案中切削-研磨型孕镶金刚石块和PDC复合片混镶钻头采用中心水眼辐射形逼压式深水槽水力结构，水槽分布在钻头工作面上，分为高压水槽和低压水槽两种，高压水槽入口截面积比低压水槽入口截面积大，随着水槽向外延伸，高压水槽的截面积逐渐减小，而低压水槽截面积逐渐扩大，在刀翼两侧形成高低压流场，用于冷却和清洗，通过主刀翼、副刀翼的切削量配比水槽的过流面积。