[发明专利]一种切削硬质地层的复合PDC提速钻头

说明书

本发明公开了一种切削硬质地层的复合PDC提速钻头，它包括钻头体（1）、牙轮（2）和喷嘴防堵机构，钻头体（1）内开设有流体腔体（3），钻头体（1）的底部设置有冠部（4），冠部（4）的底表面上且位于其中心处固设有锥形钻头（5），冠部（4）的底表面上开设有多个绕锥形钻头（5）分布的喷嘴（6），每个喷嘴（6）均与流体腔体（3）连通，所述冠部（4）的底表面上且沿钻头体（1）的圆周方向固设有多个主刀翼（7），相邻两个主刀翼（7）之间固设有副刀翼（8）。本发明的有益效果是：结构紧凑、提高破岩效率、延长PDC切削齿使用寿命、避免喷嘴被岩石或碎屑堵住、制造成本低。

技术领域

本发明涉及PDC提速钻头结构的技术领域，特别是一种切削硬质地层的复合PDC提速钻头。

背景技术

PDC钻头及金刚石钻头在石油及地质钻井中应用越来越广泛，在硬地层中能取得好的使用效果和良好的经济效益，受到石油界和地质界的广泛重视。常规PDC钻头和金刚石钻头的设计以平衡设计为原则，以深锥和双锥等冠部形状作为被动防斜技术，应用到设计之中，起到一定的定心作用和稳斜作用。目前PDC 钻头主要由钻头体（胎体）、PDC切削齿、喷嘴、保径材料和连接体等组成，依靠PDC切削齿切削地层以实现钻进，所述喷嘴是钻头内腔与外部的水力通道，喷嘴主要作用是清洗井底，将岩屑带离井底，防止钻头泥包，减少重复切削，提高破岩效率，另外在一定钻井参数下还有水力破岩作用。工作时，高速转动的钻头体带动PDC切削齿高速转动，PDC切削齿切削硬地层，同时从喷嘴喷出的流体将碎屑从井道排出。

然而，在切削硬地层过程中，由于岩石过硬且尺寸大，造成PDC切削齿破损，长期使用还会造成 PDC切削齿疲劳损坏，缩短了钻头的使用寿命，而PDC切削齿损坏后，又需要重新更换新的钻头，严重降低了破岩效率。此外，钻头在钻硬地层过程中，产生的碎屑刚好卡在喷嘴内，造成通入到钻头体内的流体无法从喷嘴中顺利喷出，导致PDC切削齿得到不冷却，同时碎屑也无法从井道排出，这进一步降低了破岩效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构紧凑、提高破岩效率、延长PDC切削齿使用寿命、避免喷嘴被岩石或碎屑堵住、制造成本低的切削硬质地层的复合PDC提速钻头。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种切削硬质地层的复合PDC提速钻头，它包括钻头体、牙轮和喷嘴防堵机构，所述钻头体内开设有流体腔体，钻头体的底部设置有冠部，所述冠部的底表面上且位于其中心处固设有锥形钻头，冠部的底表面上开设有多个绕锥形钻头分布的喷嘴，每个喷嘴均与流体腔体连通，所述冠部的底表面上且沿钻头体的圆周方向固设有多个主刀翼，相邻两个主刀翼之间固设有副刀翼，所述主刀翼上且沿其长度方向固设有多个PDC切削齿，主刀翼上还固设有牙轮，牙轮包括固设于主刀翼顶表面上的锥形体，锥形体的外表面上且从小端面到大端面之间顺次固设有一圈镶齿、盘形齿和铣齿，所述镶齿、盘形齿和铣齿的出露高度均大于PDC切削齿的出露高度；每个喷嘴的上方均设置有一个位于流体腔体内的喷嘴防堵机构，喷嘴防堵机构包括空心钢管、卸料板、推板、弹簧和堵头，堵头固设于喷嘴内，堵头内开设有导向孔，导向孔内滑动安装有可上下移动的空心钢管，空心钢管的上端部延伸于流体腔体内，且该延伸端处焊接有推板，推板位于流体腔体内，空心钢管的下端部延伸于喷嘴内，且该延伸端的外部焊接有卸料板，卸料板位于喷嘴内，空心钢管上还套有弹簧，弹簧的一端固设于流体腔体的底表面，弹簧的另一端固设于推板的底表面上。

所述副刀翼固设于冠部底表面上，且副刀翼与主刀翼焊接于一体。

所述主刀翼均匀分布于冠部上。

所述冠部上至少包括三个主刀翼。

所述卸料板平行于推板设置。

所述的空心钢管平行于钻头体的轴线设置。

所述喷嘴内开设有内螺纹，所述堵头的外部设置有外螺纹，堵头的外螺纹与内螺纹连接固定于喷嘴上。

所述牙轮的截面为三角形、半圆形、梯形或楔形。