Pdc鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種PDC鉆頭，包括：具有軸線的連接軸；設置在連接軸上的多個刀翼；刀翼在伸出連接軸的部分設置有第一切削齒，第一切削齒的切削面面向連接軸，第一切削齒的中心線與連接軸的軸線平行。在不影響PDC鉆頭鉆井效果的前提下，在鉆頭的下端面設置有第一切削齒，避免了PDC鉆頭在進行劃眼時鉆頭的下端面直接與井壁接觸。同時，第一切削齒可以提高PDC鉆頭劃眼的效率，減少劃眼時間，提高劃眼效果。
【專利說明】
PDCJ鉆頭
技術領域
[0001 ]本實用新型設及石油鉆探領域，尤其設及一種PDC鉆頭。
【背景技術】
[0002] PDC(F*olycrystalline diamond compact)是一種將人造聚晶金剛石與碳化鶴基 座在高溫高壓下焊接在一起的切削元件;PDC鉆頭是在普通鉆頭的切削齒上安裝有PDCdPDC 鉆頭上世紀八十年代問世W來，因具有平均機械鉆速高、進尺多、壽命長等特點，已逐漸成 為石油、天然氣工業(yè)廣泛推廣應用的一種高效破巖工具;隨著人們對新一代PDC鉆頭認識的 不斷深入，它的生產技術不斷提高，使用量也逐年增加。
[0003] PDC鉆頭在鉆井時，為了防止井眼沉砂、縮徑、等造成起下鉆困難，需要使用鉆頭來 修整井眼W保證井眼的圓整，運種修整井眼的作業(yè)在石油鉆井領域稱為劃眼。劃眼作業(yè)必 須用與原來井徑相同的鉆頭，在井內作上下及旋轉運動。由于普通鉆頭刀翼后面是斜面，且 存在井眼縮徑的存在;鉆頭在劃眼時會造成刀翼背面直接貼到上井壁，從而影響劃眼效果。 【實用新型內容】
[0004] 針對上述問題，本實用新型的目的在于提供了一種PDC鉆頭，在PDC鉆頭進行劃眼 時的底面設置有切削齒，其可W提高劃眼的效率，減少劃眼時間，提高劃眼效果。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的實施例提供了一種PDC鉆頭，包括：
[0006] 具有軸線的連接軸；
[0007] 設置在所述連接件上的多個刀翼;所述刀翼在伸出所述連接軸的部分設置有第一 切削齒，所述切削齒的切削面面向所述連接軸，所述切削齒的中屯、線與所述連接軸的軸線 平行。
[0008] 進一步的，所述PDC鉆頭包括設置在所述刀翼上的第二切削齒，所述第二切削齒的 切削面背向所述連接軸。
[0009] 進一步的，所述PDC鉆頭包括設置在所述刀翼上的第S切削齒，所述第S切削齒位 于所述刀翼的側面。
[0010] 進一步的，所述第一切削齒背向所述連接軸部分的直徑大于所述第一切削齒面向 所述連接軸部分的直徑。
[0011] 進一步的，所述第一切削齒為PDC切削齒。
[0012] 進一步的，所述第二切削齒為PDC切削齒。
[0013] 進一步的，所述第S切削齒為PDC切削齒。
[0014] 進一步的，所述PDC包括基座和復合片，所述復合片設置在所述基座上。
[0015] 講一擊的.所沐笛一巧削說的R寸符合關系式；
[0016]
[0017] 其中:象為地層的泥質含量，t為兩次劃眼的間隔時間，K為與鉆頭本體直徑、刀翼數 量相關的經驗常數，N為第一切削齒個數，D為第一切削齒頂部直徑(mm), d為第一切削齒底 部直徑(mm)，h為切削齒高度(mm)，e為自然常數。
[0018]綜上所述，在不影響PDC鉆頭鉆井效果的前提下，在鉆頭的下端面設置有第一切削 齒，避免了 PDC鉆頭在進行劃眼時鉆頭的下端面直接與井壁接觸。同時，第一切削齒可W提 高PDC鉆頭劃眼的效率，減少劃眼時間，提高劃眼效果。
【附圖說明】
[0019]圖巧本實用新型的實施例提供的PDC鉆頭結構示意圖。
[0020] W上【附圖說明】：1、連接軸；11、接口；2、刀翼;21、第一凸起;22、第二凸起;3、第一切 削齒;31、頂部;32、底部;4、第二切削齒;5、第立切削齒。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖對本實用新型的較佳實施例進行詳細闡述，W使本實用新型的優(yōu)點 和特征能更易于被本領域的技術人員理解，從而對本實用新型的保護范圍作出更為清楚明 確的界定。
[0022] 如圖1所示，一種PDC鉆頭，包括:具有軸線的連接軸1，連接軸1具有相對的上下端 面。設置在連接軸1上的多個刀翼2。刀翼2在伸出連接軸1的部分設置有第一切削齒3,第一 切削齒3的切削面面向連接軸1，第一切削齒3的中屯、線與連接軸1的軸線平行。
[0023] 較佳的，第一切削齒3的中屯、線與連接軸1的軸線形成的夾角為0%也就是第一切 削齒3的軸線方向與連接軸1的軸線方向可W平行設置。為了提高第一切削齒3在劃眼時的 工作效率和使用壽命，第一切削齒3的方向和劃眼的方向相同，運樣可W保證第一切削齒3 在劃眼時不會受垂直第一切削齒3軸線的剪切力，進而保證了第一切削齒3的工作壽命，且 第=削切齒3的削切面積較大，可W提高工作效率。
[0024] 連接軸1的下端面設置有與鉆桿相連接的接口 11，接口 11可W通過與鉆桿螺紋配 合使得鉆桿帶動連接軸1進行轉動，且連接軸1的直徑大于鉆桿的直徑。接口 11的種類可W 根據在實際使用中鉆桿的規(guī)格進行選擇，本實施例不對接頭口進行限制。連接軸1的上端面 W及側面設置有多個刀翼2,刀翼2可W與連接軸1 一體成型制成，也可W通過螺栓連接的方 式固定在連接軸1上，刀翼2設置在連接軸1上的方式沒有具體的限制，刀翼2在使用的過程 中可W固定在連接軸1上都是符合本實用新型的要求。
[0025] 刀翼2在連接軸1上的排布方式可W為對稱排布；刀翼2也能W連接軸1上端面中屯、 的位置向外擴散分布。刀翼2可W分為主刀翼和副刀翼，主刀翼和副刀翼可W為=主=副、 兩主兩副排布。刀翼2包括設置在連接軸1上端面的第一凸起21和設置在連接軸1側面上的 第二凸起22;第一凸起21和第二凸起22包括多個。第一切削齒3可W設置在第二凸起22的下 端面上，且第二凸起22的下端面面向連接軸1。第一切削齒3可W沿連接軸1圓周設置。
[0026] 通過在刀翼進行劃眼時工作的切削面上設置有第一切削齒，在劃眼時由第一切削 齒接觸上井壁，避免了刀翼的端面直接與井壁接觸;通過第一切削齒的旋轉可W提高劃眼 的效率，減
[0027] 如圖1所示，刀翼2的第一凸起21上設置有第二切削齒4,第二切削齒4位于刀翼2的 上端面，第二切削齒4的切削面背向連接軸1。第二切削齒4的主要作用是在鉆頭進行鉆井作 業(yè)時，對井底的巖石等進行切削。第二切削齒4可W垂直于刀翼2的第一凸起21的上端面設 置，也可W與第一凸起21的上端面之間不垂直設置，第二切削齒4的設置方式主要根據在實 際使用時的工作環(huán)境來具體設置，沒有具體的限制。
[0028] 刀翼2的第二凸起22上設置有第=切削齒5,第=切削齒5位于刀翼2的側面，第= 切削齒5的主要作用是在鉆頭進行鉆井作業(yè)時，對井壁的巖石等進行切削。第=切削齒5可 W垂直于刀翼2的第二凸起22的側壁設置，也可W與第二凸起22的側壁之間不垂直設置，第 =切削齒5的設置方式主要根據在實際使用時的工作環(huán)境來具體設置，沒有具體的限制。
[0029] 在一個優(yōu)選的實施例中，第一切削齒3包括頂部31和底部32,頂部31為第一切削齒 3具有切削面的部分，底部32為第一切削齒3設置在刀翼2上的部分。為了使得第一切削齒3 具有更大的切削面積，提高攻擊力，第一切削齒3的頂部31的直徑大于第一切削齒3的底部 32的直徑。
[0030] 切削齒的主要作用是鉆頭進行鉆井時，對巖石進行切削破碎。因此切削齒的強度 要滿足一定的要求。第一切削齒3上可W設置有PDCJDC(Polycrystalline diamond compact)是一種將人造聚晶金剛石與碳化鶴基座在高溫高壓下焊接在一起的切削元件。切 削元件設置在第一切削齒3的切削面上，來替代原切削面。第一削切齒3的削切面可W為球 狀或楠圓形結構。第一切削齒3的數量W及排列方式可W根據實際的需要進行設計，本實施 例不對第一切削齒3的數量W及排列方式進行限制。
[0031] 較佳的，考慮到其他部位的切削齒的切削需求，第二切削齒4和第=切削齒5上也 可W設置有PDC切削元件W提高切削齒的攻擊力。
[0032] 當PDC鉆頭進行劃眼操作時，設置在刀翼2的端面上的第一切削齒3與井壁接觸進 而對井壁進行切削破碎，運樣的設計方式可W避免了鉆頭本體2的下端面直接與井壁接觸， 防止井壁上的巖石對鉆頭的下端面的損傷，同時也提高了劃眼的工作效率。
[0033] 切削齒的幾何設計與鉆遇地層粘±含量的配伍性(或者說是切削齒幾何設計是根 據地層中粘±含量設計出來的）存在著密切關系。地層中含有粘±遇水膨脹是造成井眼縮 徑的關鍵，而粘±含量的高低直接影響著劃眼遇阻力的大小。粘±含量越高，縮徑越明顯， 則需要的切削齒切削能力越強。
[0034] 糧據連騎牽研究結果:第一切削齒3的設計參數與地層泥巖含量的關系經驗式為：
[0035]
[0036] 式中:錢一地層的泥質含量；
[0037] t-兩次劃眼的間隔時間；
[0038] K-與鉆頭本體直徑、鉆頭刀翼數量相關的經驗常數；
[0039] N-第一切削齒個數；
[0040] D-第一切削齒頂部直徑(mm);
[0041 ] d-第一切削齒底部直徑(mm);
[0042] h-第一切削齒高度(mm);
[0043] e-自然常數。
[0044]
[0045] 參數說明：按照目前每40-50m倒劃眼一次進行設計。
[0046] 當鉆遇地層粘±含量5-10 %時，安裝1個第一切削齒3，頂部直徑9mm，底部直徑 7mm，第一切削齒3高度IOmm效果最好。
[0047] 當鉆遇地層粘±含量5-15 %時，安裝1個第一切削齒3，頂部直徑IOmm，底部直徑 7mm，第一切削齒3高度IOmm效果最好。
[004引當鉆遇地層粘±含量15-20 %時，安裝2個第一切削齒3，頂部直徑IOmm，底部直徑 7mm，第一切削齒3高度9mm效果最好。
[0049] 當鉆遇地層粘±含量20-25 %時，安裝2個第一切削齒3，頂部直徑1 Imm，底部直徑 8mm，第一切削齒3高8mm效果最好。
[0050] 當鉆遇地層粘±含量大于25%時，安裝2-3個第一切削齒3,頂部直徑12mm，底部直 徑12mm，切削齒高9mm效果最好。
[0051] 應該理解，W上描述是為了進行圖示說明而不是為了進行限制。通過閱讀上述描 述，在所提供的示例之外的許多實施方式和許多應用對本領域技術人員來說都將是顯而易 見的。因此，本教導的范圍不應該參照上述描述來確定，而是應該參照所附權利要求W及運 些權利要求所擁有的等價物的全部范圍來確定。出于全面之目的，所有文章和參考包括專 利申請和公告的公開都通過參考結合在本文中。在前述權利要求中省略運里公開的主題的 任何方面并不是為了放棄該主體內容，也不應該認為實用新型人沒有將該主題考慮為所公 開的實用新型主題的一部分。
【主權項】
1. 一種PDC鉆頭，其特征在于，包括： 具有軸線的連接軸； 設置在所述連接軸上的多個刀翼； 所述刀翼在伸出所述連接軸的部分設置有第一切削齒，所述第一切削齒的切削面面向 所述連接軸，所述第一切削齒的中心線與所述連接軸的軸線平行。2. 根據權利要求1所述的roc鉆頭，其特征在于，所述roc鉆頭包括設置在所述刀翼上的 第二切削齒，所述第二切削齒的切削面背向所述連接軸。3. 根據權利要求1所述的roc鉆頭，其特征在于，所述roc鉆頭包括設置在所述刀翼上的 第三切削齒，所述第三切削齒位于所述刀翼的側面。4. 根據權利要求3所述的PDC鉆頭，其特征在于，所述第一切削齒背向所述連接軸部分 的直徑大于所述第一切削齒面向所述連接軸部分的直徑。5. 根據權利要求1所述的PDC鉆頭，其特征在于，所述第一切削齒為PDC切削齒。6. 根據權利要求2所述的PDC鉆頭，其特征在于，所述第二切削齒為PDC切削齒。7. 根據權利要求3所述的PDC鉆頭，其特征在于，所述第三切削齒為PDC切削齒。8. 根據權利要求5到7的任意一個所述的PDC鉆頭，其特征在于，所述PDC包括基座和復 合片，所述復合片設置在所述基座上。9. 根據權利要求3所述的PDC鉆頭，其特征在于，所述第一切削齒的尺寸符合關系式：其中：_為地層的泥質含量，t為兩次劃眼的間隔時間，K為與鉆頭本體直徑、刀翼數量相 關的經驗常數，N為第一切削齒個數，D為第一切削齒頂部直徑(mm)，d為第一切削齒底部直 徑(mm)，h為切削齒高度(mm)，e為自然常數。
【文檔編號】E21B10/55GK205445478SQ201521107779
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月28日
【發(fā)明人】張國輝, 胡貴, 徐鵬, 張小寧, 張希文
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司