石油天然气钻井pdc钻头的制作方法

文档序号:5352256阅读:149来源:国知局
专利名称:石油天然气钻井pdc钻头的制作方法
技术领域
本发明涉及一种石油天然气钻井钻头,具体地说,是一种PDC钻头。
背景技术
一种公开的用于石油天然气钻井的钻头是中国专利ZL 98222404.4所揭示的一种双级切削PDC钻头,它包括钻头体、大直径PDC切削件、小直径PDC切削件及喷嘴。大直径PDC切削件的排布密度很小,但能完全覆盖井底,其大、小直径PDC切削件总的覆盖系数与常规PDC钻头相当。大直径PDC切削件的出露高度大于小直径PDC切削件的出露高度,大直径PDC切削件形成第一级切削,小直径PDC切削件形成第二级切削。
上述PDC钻头在钻均质的较软地层时,钻进起初,参与切削地层的仅仅是大直径PDC切削件,相当于一个布齿密度很低的钻头,机械钻速很高,当钻头使用到后期,小直径PDC切削件也参与切削地层,其机械钻速与常规PDC钻头相当,综合效果是既保证了使用寿命,又提高了机械钻速。但是在钻软硬交错的不均质地层的情况下,上述PDC钻头效果不佳,因为首先参与切削的大直径PDC切削件常常发生金刚石层碎裂及脱层方式的损坏,失去切削能力,但其硬质合金衬垫仍然固结在钻头体上,从而增大了撑压面积,使得PDC切削件很难吃入地层,因而降低了机械钻速。

发明内容
为了克服上述PDC钻头只能适应钻均质的较软地层,而钻软硬交错的不均质地层时效果不佳的缺陷,本发明提供了一种石油天然气钻井PDC钻头,它能够在软硬交错的地层中有效地钻进。
为了达到上述目的,本发明的PDC钻头包括钻头体、主刀翼、次刀翼、大直径PDC切削件、小直径PDC切削件及喷嘴。按照本发明,这种PDC钻头的主刀翼和次刀翼成对出现,且在钻头周向上相互隔开,大直径PDC切削件固结在主刀翼上,小直径PDC切削件固结在次刀翼上,大直径PDC切削件的厚度和后倾角均小于小直径PDC切削件的厚度和后倾角,而且大直径PDC切削件的出露高度大于小直径PDC切削件的出露高度。大直径PDC切削件的排布密度很小,但能完全覆盖井底。
本发明的PDC钻头在软硬交错地层,甚至在含有砾岩的地层中钻进时,由于大直径PDC切削件的出露高度大于小直径PDC切削件的出露高度,所以在钻进的初期,仅有大直径PDC切削件切削地层,又因为大直径PDC切削件的排布密度很小,因此可以获得高的机械钻速。由于大直径PDC切削件的厚度和后倾角都较小,所以硬质合金衬垫的抗冲击能力也小,因而在钻进过程中,参与切削的大直径PDC切削件的损坏方式将是金刚石层和硬质合金衬垫一起整体折断或脱落,从而解决了由于金刚石层损坏,大直径PDC切削件失去切削能力时,硬质合金衬垫仍然存在而增大撑压面积的问题。所以当钻进后期,小直径PDC切削件参与切削时,本发明的PDC钻头仍然能够以高比压有效地钻进,取得高的机械钻速。
本发明将通过具体实例结合附图加以说明。


图1是本发明所述石油天然气钻井PDC钻头的顶视图;图2是图1中A-A剖视图。
具体实施例方式
参照图1和图2用于石油天然气钻井的PDC钻头,包括钻头体1,上面安装着三个主刀翼3、三个次刀翼5以及三个喷嘴6。主刀翼3和次刀翼5在钻头周向上相互隔开。所有的大直径PDC切削件2都固结在各个主刀翼3上,大直径PDC切削件2的厚度为8mm、后倾角α2为10°、出露高度H2为9mm。所有的小直径PDC切削件4都固结在次刀翼5上,小直径PDC切削件4的厚度为13mm、后倾角α1为20°、出露高度H1为5mm。
根据上述方案制造出的PDC钻头在软硬交错地层,甚至在含有砾岩的地层中钻进时,由于大直径PDC切削件2的出露高度H2大于小直径PDC切削件4的出露高度H14mm,所以在钻进的初期,仅有大直径PDC切削件2参与切削地层,而小直径PDC切削件4不参与切削地层,又因为大直径PDC切削件2的排布密度很小,因而在施加正常范围的钻压的情况下,大直径PDC切削件2能够很容易地吃入地层,所以可以获得高的机械钻速。由于大直径PDC切削件2的厚度和后倾角α2都较小,所以它自身的硬质合金衬垫的抗冲击能力也较小,因而在钻进过程中,如果由于某种原因引起大直径PDC切削件2损坏的话,则损坏方式将是金刚石层和硬质合金衬垫一起从主刀翼3上整体折断或脱落,从而解决了由于金刚石层损坏,大直径PDC切削2件失去切削能力时,硬质合金衬垫仍然存在而增大撑压面积的问题。所以当小直径PDC切削件4参与切削时,本发明的PDC钻头仍然能够以高比压有效地钻进,取得高的机械钻速。因而提高了整个钻进过程的机械钻速。
权利要求
1.一种石油天然气钻井PDC钻头,包括钻头体(1)、主刀翼(3)、次刀翼(5)、大直径PDC切削件(2)、小直径PDC切削件(4)及喷嘴(6),其特征在于主刀翼(3)和次刀翼(5)成对出现,且在钻头周向上相互隔开,大直径PDC切削件(2)固结在主刀翼(3)上,小直径PDC切削件(4)固结在次刀翼(5)上,大直径PDC切削件(2)的厚度和后倾角α2均小于小直径PDC切削件(4)的厚度和后倾角α1。
2.根据权利要求1所述的石油天然气钻井PDC钻头,其特征是大直径PDC切削件(2)的出露高度H2大于小直径PDC切削件(4)的出露高度H1。
全文摘要
本发明公开了一种石油天然气钻井PDC钻头,包括钻头体、主刀翼、次刀翼、大直径PDC切削件、小直径PDC切削件及喷嘴。这种PDC钻头的主刀翼和次刀翼成对出现,且在钻头周向上相互隔开,大直径PDC切削件固结在主刀翼上,小直径PDC切削件固结在次刀翼上,大直径PDC切削件的厚度和后倾角均小于小直径PDC切削件的厚度和后倾角,而且大直径PDC切削件的出露高度大于小直径PDC切削件的出露高度。它能够在软硬交错的地层中有效地钻进。
文档编号E21B10/60GK1763349SQ20041003601
公开日2006年4月26日 申请日期2004年10月22日 优先权日2004年10月22日
发明者王福修, 于建宾, 田京燕, 张崇砚 申请人:中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院
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