[发明专利]一种冲切PDC钻头

说明书

一种冲切PDC钻头，包括钻头本体、刀翼，刀翼与钻头本体固定相连或一体成型，刀翼上设置有切削齿，刀翼上还设置有保径段，自保径段处延伸有支承体，支承体上设置有冲击单元，冲击单元由滚动体、传动装置和冲击装置构成；所述滚动体能绕自身轴线转动，且所述滚动体的外轮廓在径向方向上与刀翼保径段的距离为L，其范围为‑d/4≤L≤d/4，d为切削齿直径；冲击装置由冲击杆和至少一个冲击齿组成。本发明在实现冲击破岩时无需配备冲击器工具，节约钻井成本的同时，改善切削齿侵入能力，提高破岩效率。

技术领域

本发明涉及石油天然气钻探工程、矿山工程、地质钻探、隧道工程等技术领域，具体而言，涉及一种冲切PDC钻头。

背景技术

钻头是钻井过程中直接与岩石接触并通过切削、冲击等作用破碎岩石的工具。PDC(Polycrystalline Diamond Compact聚晶金刚石复合片)钻头作为现有钻头技术中的一个重要种类，在石油钻井、地质乃至建筑工程中的应用越来越广泛。PDC钻头通过设置在钻头上的切削齿以切削为主要的方式进行岩石破岩，在软至中硬地层中，能够获得理想的钻速，在油气钻井中到了广泛的应用。

随着浅层油气资源的开发殆尽，油气勘探开发的重点逐渐转向深层、深海、非常规油气(包括页岩气)。通常情况下，深部地层的岩石材料较硬、研磨性强，可钻性差。PDC钻头，在这些地层中钻进，往往不能获得较高的机械钻速，其中，最重要的一个原因就是受限于切削齿的吃入能力。特别是，随着地层深度的增加，地层的复杂程度越来越高，如硬-塑性地层、硬-脆性地层、软硬夹层、含砾地层等，切削齿不能有效吃入地层，钻进效率低，且容易造成切削齿的快速磨损。切削齿的过度磨损后，会加重邻齿的工作负荷，进而发生切削齿的连锁失效，一旦出现较大区域的切削齿失效，钻头的切削能力即基本丧失。

为了改善难钻地层中钻头侵入能力差、破岩效率低、寿命短等问题，不少科研单位和钻头生产企业的工作人员，尝试着将冲击器工具(如轴向冲击器、扭转冲击器)配合钻头使用。这种办法，使钻头在钻进的过程中产生小幅冲击，以达到使切削齿在与岩石作用过程中的突然加力，井底岩石应力得到较大释放，切削齿吃入能力得到提高。但，冲击器产生的冲击直接作用在了整个钻头上。通常情况下，钻头上安装的切削齿为聚晶金刚石复合片，这些切削齿的抗冲击能力相对较弱，当冲击器的冲击载荷作用到钻头上后，钻头上的切削齿与岩石产生冲击很容易造成部分切削齿的崩脱等失效。在此情况下，西南石油大学提出了一种冲击-刮切复合钻头(202659151U)，该技术方案将冲击器产生的冲击直接作用在冲击切削结构上，而不直接作用在整个钻头上，提高切削齿侵入能力的同时，延长了钻头的工作寿命。然而，以上冲击破岩技术均为冲击器工具与破岩钻头的组合，冲击设备的增加，使钻井成本升高。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种冲切PDC钻头，PDC钻头上设置有冲击单元，无需单独配备冲击器工具，即能实现冲击破碎或预损伤地层，提高破岩效率，节约成本。

本发明是这样实现的：

一种冲切PDC钻头，包括钻头本体、刀翼，刀翼与钻头本体固定相连或一体成型，刀翼上设置有切削齿，刀翼上设置有保径段，其特征在于，自保径段处延伸有支承体，支承体上设置有冲击单元，冲击单元由滚动体、传动装置和冲击装置构成；滚动体能绕自身轴线转动，且滚动体的外轮廓在径向方向上与保径段的距离L的范围为-d/4≤L≤d/4，其中d为切削齿直径；冲击装置由冲击杆和至少一个冲击齿组成；滚动体的转动能够通过传动装置实现冲击装置沿着冲击方向冲击。