[发明专利]一种PDC钻头

说明书

一种PDC钻头，包括钻头体、固定刀翼，PDC齿，水孔或者喷嘴，其特征在于：在钻头的刀翼上设置至少一个电子束发生器，所述电子束发生器包括电源及控制系统、抽真空系统、电子枪系统、聚焦系统，且钻头心部设置有中心水孔。通过电子束穿过岩石时，由于介电原子的电离和激发，将电子速能量传递给岩石，可产生大量的热，依靠热力剥落破碎岩石，高温状态下岩石通过中心水孔遇水突然冷却，由于岩石体内温度急剧变化，在岩石内部形成温度梯度，岩石内产生热破裂或者热冲击现象，导致岩石多种力学性质劣化，钻头是热力剥落以及PDC齿刮切两种方式耦合破岩，提高钻头的破岩效率，能够降低PDC齿吃入地层难度，延长PDC齿的使用寿命，提升钻头的综合性能。

技术领域

本发明属于石油天然气钻探工程、矿山工程、建筑基础工程施工、地质钻探、隧道工程、水文及非开挖等技术设备领域，具体涉及一种PDC钻头。

背景技术

PDC钻头依靠高硬度、耐磨、自锐的聚晶金刚石复合片（简称PDC齿或切削齿）作为切削元件来剪切和破碎岩石。PDC钻头在软到中硬地层中机械钻速高、寿命长，钻进成本低，因此其在油气井的钻进中得到广泛使用。

在油气钻井工程中，地层的地质条件往往很复杂，深部地层的泥页岩和泥质砂岩等在上覆地层压力以及高密度钻井液条件下，不仅密度和硬度增加，而且从常压下的脆性岩石向塑脆性岩石或塑性岩石转化，可钻性很差，加之深部井段的水力能量严重不足，不能有效发挥水力辅助破岩作用，钻进的速度相当低。钻头经常要穿越多种不同岩性的地层，这些地层不仅包括相对比较易钻的软岩层，而且包括可钻性较差的硬地层、高研磨性地层、塑性地层，软硬交错的互层、含砾等严重不均质地层，以及大倾角的高陡地层等。这些复杂的地层条件容易导致PDC钻头的异常失效，或使钻头在特殊钻井工艺条件下的钻进效果变差，仅靠机械式破岩很难满足现在钻井需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种PDC钻头，通过电子束穿过岩石时，由于介电原子的电离和激发，将电子速能量传递给岩石，可产生大量的热，依靠热力剥落破碎岩石，高温状态下岩石通过中心水孔遇水突然冷却，由于岩石体内温度急剧变化，在岩石内部形成温度梯度，岩石内产生热破裂或者热冲击现象，导致岩石多种力学性质劣化，钻头是热力剥落以及PDC齿刮切两种方式耦合破岩，提高钻头的破岩效率，能够降低PDC齿吃入地层难度，延长PDC齿的使用寿命，提升钻头的综合性能。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

现有技术的PDC钻头，包括钻头体、固定刀翼，在固定刀翼上设置有PDC齿，水孔或者喷嘴，其特征在于：在钻头的刀翼上设置至少一个电子束发生器，所述电子束发生器包括电源及控制系统、真空系统、电子枪系统、聚焦系统，且钻头心部设置有中心水孔。