適應于頁巖氣井頁巖地層鉆進的pdc鉆頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及頁巖氣的鉆探設(shè)備，具體是一種適應于頁巖氣井頁巖地層鉆進的PDC鉆頭。該鉆頭包括有一個具有多個刀翼的冠部，所述冠部的回轉(zhuǎn)輪廓線是由鉆頭冠部內(nèi)凹的中心沿內(nèi)錐向外延伸的內(nèi)錐段、由內(nèi)錐邊緣延伸至外側(cè)保徑段的圓弧段以及直線輪廓的保徑段這三段組成，其中圓弧段由多段不同半徑圓弧組合而成，圓弧半徑由內(nèi)至外逐漸增大；在這三段輪廓上分布有切削齒。本發(fā)明能夠適應頁巖地層的鉆進作業(yè)，并且鉆進效率高、使用壽命長。
【專利說明】適應于頁巖氣井頁巖地層鉆進的PDC鉆頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及頁巖氣的鉆探設(shè)備，具體是一種適應于頁巖氣井頁巖地層鉆進的roc鉆頭。

【背景技術(shù)】
[0002]頁巖氣資源作為常規(guī)油氣資源的有效接替資源近年來備受重視，但在頁巖氣井實際鉆井，尤其是頁巖地層鉆進過程中由于欠缺針對性PDC鉆頭，造成鉆井效率低下，并嚴重影響頁巖氣的高效勘探開發(fā)。由于頁巖地層普遍存在地層古老、抗壓強度高，頁巖中硅質(zhì)、碳質(zhì)含量高、甚至硅質(zhì)條帶大片發(fā)育的特點。常規(guī)PDC鉆頭無法單純以剪切方式破碎巖石，而是以碾壓、磨削及剪切等多種破巖方式工作，尤其是在鉆遇硅質(zhì)條帶的時候，造成鉆頭錐頂和肩部的切削齒容易產(chǎn)生碎裂和先期磨損，失去破巖作用，從而影響了鉆頭使用壽命，無法取得理想機械鉆速和進尺。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠適應頁巖地層的鉆進作業(yè)，并且鉆進效率高、使用壽命長的適應于頁巖氣井頁巖地層鉆進的PDC鉆頭。
[0004]本發(fā)明適應于頁巖氣井頁巖地層鉆進的PDC鉆頭包括有一個具有多個刀翼的冠部，所述冠部的回轉(zhuǎn)輪廓線是由鉆頭冠部內(nèi)凹的中心沿內(nèi)錐向外延伸的內(nèi)錐段、由內(nèi)錐邊緣延伸至外側(cè)保徑段的圓弧段以及直線輪廓的保徑段這三段組成，其中圓弧段由多段不同半徑圓弧組合而成，圓弧半徑由內(nèi)至外逐漸增大；在這三段輪廓上分布有切削齒。
[0005]所述切削齒在所述內(nèi)錐段和保徑段均勻分布，所述圓弧段布齒密度隨圓弧半徑的增大而增大。
[0006]所述切削齒的負切削角度數(shù)在內(nèi)錐段為-15°，在圓弧段隨圓弧半徑的增大由-16°逐漸變至-19°，在保徑段為-20°。
[0007]所述圓弧段的切削齒由成對設(shè)置的主切削齒和副切削齒組成，其中主切削齒直徑大于負切削齒直徑，主、副切削齒的露出高度差為主、副切削齒直徑差的1/2，每一對主、副切削齒都在以鉆頭冠部中心為圓心的同一直徑的圓上，且負切削角相同。
[0008]各刀翼中段之間設(shè)有可換噴嘴，距冠部中心最近的切削齒前設(shè)有一個不可換噴嘴，可換噴嘴直徑大于不可換噴嘴直徑。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于，內(nèi)錐段至保徑段受力均衡，負切削角和布齒密度合適，保證了該部位切削齒可以均勻有效吃入地層，破碎巖石，避免了由于反復碾壓、磨削造成的切削齒先期損壞；同時副切削齒的設(shè)置一方面避免了鉆頭鉆遇硅質(zhì)條帶等高硬度地層由于鉆壓加載過大造成的切削齒局部受力過大而碎裂；另一方面在主切削齒損壞的情況下，代替主切削齒破巖。與常規(guī)PDC鉆頭相比較，本發(fā)明通過多種技術(shù)手段提高了鉆頭的使用壽命，增加了單只PDC鉆頭的綜合使用效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的端面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的冠部一半的輪廓線示意圖。

【具體實施方式】
[0011]如圖1所示,該PDC鉆頭包括有一個具有多個刀翼I的冠部2 ;如圖2所示,所述冠部的回轉(zhuǎn)輪廓線由三段組成:由鉆頭冠部內(nèi)凹的中心沿內(nèi)錐向外延伸的內(nèi)錐段3、由內(nèi)錐邊緣延伸至外側(cè)保徑段的圓弧段4以及直線輪廓的保徑段5 ;其中圓弧段4由多段不同半徑圓弧組合而成，圓弧半徑由內(nèi)至外逐漸增大，從結(jié)構(gòu)上保證了鉆頭受力均衡變化，避免了局部齒過分受力；在這三段輪廓上分布有切削齒6。
[0012]切削齒6在內(nèi)錐段3和保徑段4均勻分布，圓弧段布齒密度隨圓弧半徑的增大而增大。根據(jù)鉆頭不同部位切削作用力大小的不同，調(diào)整布齒密度，保證鉆頭均勻磨損。
[0013]切削齒6的負切削角度數(shù)在內(nèi)錐段3為-15 °，在圓弧段4隨圓弧半徑的增大由-16°逐漸變至-19°，在保徑段5為-20°。冠部中心至內(nèi)錐的負切削角較銳利，可以加速破碎中心部位巖石，圓弧段負切削角隨圓弧半徑變化保證每個切削齒在能有效吃入地層的前提下，受力均勻。
[0014]圓弧段4的切削齒6由成對設(shè)置的主切削齒61和副切削齒62組成，其中主切削齒直徑大于負切削齒直徑，主、副切削齒的露出高度差為主、副切削齒直徑差的1/2，每一對主、副切削齒都在以鉆頭冠部中心為圓心的同一直徑的圓上，且負切削角相同。一方面避免了鉆頭鉆遇硅質(zhì)條帶等高硬度地層由于鉆壓加載過大造成的切削齒局部受力過大而碎裂；另一方面在主切削齒損壞的情況下，代替主切削齒破巖。
[0015]各刀翼I中段之間設(shè)有可換噴嘴7，距冠部中心最近的切削齒前設(shè)有一個不可換噴嘴8，可換噴嘴直徑大于不可換噴嘴直徑。保證鉆頭破巖的幾個關(guān)鍵部位及時冷卻，并充分攜巖。
【權(quán)利要求】
1.一種適應于頁巖氣井頁巖地層鉆進的PDC鉆頭,包括有具有多個刀翼(I)的冠部(2);所述冠部的回轉(zhuǎn)輪廓線由三段組成:由鉆頭冠部內(nèi)凹的中心沿內(nèi)錐向外延伸的內(nèi)錐段(3)、由內(nèi)錐邊緣延伸至外側(cè)保徑段的圓弧段(4)以及直線輪廓的保徑段(5);其特征是:圓弧段(4)由多段不同半徑圓弧組合而成，圓弧半徑由內(nèi)至外逐漸增大；在這三段輪廓上分布有切削齒(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應于頁巖氣井頁巖地層鉆進的PDC鉆頭，其特征是:切削齒(6)在內(nèi)錐段(3)和保徑段(4)均勻分布，圓弧段(4)布齒密度隨圓弧半徑的增大而增大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應于頁巖氣井頁巖地層鉆進的PDC鉆頭，其特征是:切削齒(6)的負切削角度數(shù)在內(nèi)錐段(3)為-15°，在圓弧段(4)隨圓弧半徑的增大由-16°逐漸變至-19°，在保徑段(5)為-20°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應于頁巖氣井頁巖地層鉆進的PDC鉆頭，其特征是:圓弧段(4)的切削齒(6)由成對設(shè)置的主切削齒(61)和副切削齒(62)組成，其中主切削齒直徑大于負切削齒直徑，主、副切削齒的露出高度差為主、副切削齒直徑差的1/2，每一對主、副切削齒都在以鉆頭冠部中心為圓心的同一直徑的圓上，且負切削角相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應于頁巖氣井頁巖地層鉆進的PDC鉆頭，其特征是:各刀翼(I)中段之間設(shè)有可換噴嘴(7)，距冠部中心最近的切削齒前設(shè)有一個不可換噴嘴(8)，可換噴嘴直徑大于不可換噴嘴直徑。
【文檔編號】E21B10/60GK104358522SQ201410618305
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】賀慶, 王彥祺, 沈建中, 王洪亮, 印中華, 曹建山, 汪瓊, 趙麗 申請人:中國石油化工股份有限公司