一种特型拒泥包PDC钻头的制作方法

本发明涉及一种石油天气钻井勘探工程技术领域，更具体的是涉及一种特型拒泥包PDC钻头。

背景技术：

在钻井过程中，钻头是破碎岩石的主要工具，井眼是由钻头破碎岩石而形成的。一个井眼形成得好坏，所用时间的长短，除与所钻地层岩石的特性和钻头本身的性能有关外，更与钻头和地层之间的相互匹配程度有关。钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井综合成本起着重要作用。

钻头是进行石油钻井工作的重要工具之一，钻头是否适应岩石性质及其质量的好坏，在选用钻井工艺方面起着非常重要的作用，特别是对钻井质量、钻探速度、钻井成本方面产生着巨大的影响，PDC钻头是当今石油和天然气勘探开发行业广泛使用的一种破颜工具，它有效地提高了机械钻具，缩短了钻井周期。

在石油天气钻井勘探工程中，胎体PDC钻头和钢体PDC钻头具有机械钻速快、寿命长、进尺多、井下安全等优点，所以在石油天然气勘探钻井工程中被广泛使用。目前现有的常规PDC钻头具有以下缺陷：

在钻遇粘度较大的软泥岩地层、易吸水膨胀地层、粘土层、胶质泥岩地层容易出现钻头泥包现象引起钻头无进尺，严重情况下造成卡钻、井漏、井喷等恶性事故。

常规钻头容易泥包成因分析：

在正常的石油天气钻井勘探工程中，PDC钻头在钻遇粘度较大的粘土层或胶质泥岩底层时，由于PDC复合片以剪切形式切削不同深度的土岩层，屡见的黄色粘土和暗红色胶质泥岩在PDC切削时受到切削挤压，逐渐将粘度较大的软质泥岩挤压附着在刀翼表面上，随钻头钻进，粘度较大的软质泥岩沿钻头刀翼表面作为导向面挤压到排屑槽内，随时间延长，挤压到排屑槽的胶质泥岩越多，最终将整个排屑槽几乎挤满堵死，挤压的岩屑攒积在切削齿周围，积压过多造成排屑槽堵塞及钻头整体泥包现象，出现这种现象会引起钻头无进尺、卡钻、井漏、井喷等恶性事故。

在这种工况和技术背景下发明一种特型拒泥包PDC钻头有效的防止钻头泥包现象造成机械钻速低和卡钻、井漏、井喷等严重事故。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为了解决现有钢体PDC钻头、胎体PDC钻头在各井段钻进中，所钻遇粘度较大的软泥岩地层、易吸水膨胀地层、粘土层或胶质泥岩出现的泥包现象的技术问题，本发明提供一种特型拒泥包PDC钻头。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种特型拒泥包PDC钻头，包括钻头主体、位于钻头主体下部且连接钻杆的螺纹接头、位于钻头主体上部的若干刀翼，两个相邻刀翼之间的沟槽形成排屑槽，每个刀翼上均安装有复合片，每个刀翼的一侧面设置有拒泥包陷槽，所述的拒泥包陷槽外边缘起始于复合片下方，拒泥包陷槽内边缘终止于排屑槽。

进一步地，刀翼由依次连接的内锥部、鼻部和外锥部构成，拒泥包陷槽的外边缘为内锥部、鼻部和外锥部构成的轮廓轨迹线偏移到复合片下部形成，拒泥包陷槽的外边缘至排屑槽形成刀翼第二特征面，将第二特征面向钻头工作的反方向去除材料形成拒泥包陷槽。

进一步地，拒泥包陷槽的外边缘为内锥部、鼻部和外锥部构成的轮廓轨迹线偏移到复合片下部10～20mm形成，将第二特征面向钻头工作的反方向去除5～8mm材料形成拒泥包陷槽。

进一步地，所述的钻头主体上设置有多个喷嘴。

工作原理：

设有拒泥包陷槽的PDC钻头，可将挤压的胶质泥岩通过复合片下端刀翼第一表面10～20mm距离后，断开与刀翼表面的接触，与刀翼第二表面构成一定空间形成悬空状态。由地面主设备泥浆泵将钻井液通过高压管汇→钻杆→钻铤→钻头喷嘴。将泥浆泵输送的钻井液通过钻头喷嘴形成高压射流和流场回旋，将形成悬浮状态的胶质泥岩冲断并随钻井液排出井外带到地面。有效地拒隔胶质泥岩向排屑槽挤压，不断地重复上述工作状况。有效的防止钻头泥包现象造成机械钻速低和卡钻、井漏、井喷等严重事故。

本发明的有益效果如下：

1、本发明结构简单，能够有效地利用特型拒泥包陷槽将所泥包的物体介质拒绝挤导到排屑槽内，不存留泥包的机会。使钻井液携带切削下的岩屑，通过顺畅的排屑槽快速离开井底带到地面，减少岩屑在井底的滞留时间造成二次切削而影响机械钻速，极大的提高了而提高了石油天气钻井勘探工程机械钻速，缩短了石油天气钻井勘探工程建井周期，减少了因石油天气钻井勘探工程对环境的污染、提高了石油天然气勘探开发的速度和效率。

2、由于种特型拒泥包PDC钻头，对PDC钻头在钻遇软泥岩地层、易吸水膨胀地层、粘度较大的粘土层或胶质泥岩地层时，具有良好的防拒钻头泥包效果，为实现快速、高效、低耗、环保的石油天气钻井勘探工程，减少了钻头泥包的概率，极大的保证了石油天然气钻井勘探工程的井下安全性。

3、通过现场六口井在泥包井段的钻井实验对比总结比传统普通PDC钻头泥包概率降低了75％。效果非常理想，大大缩短了建井周期，极大的节约了能源，降低了钻井成本，提高了井下安全性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是现有PDC钻头的结构示意图；

图3是图1的一个局部剖视图；

附图标记：1-螺纹接头，2-拒泥包陷槽，3-钻头主体，4-复合片，5-刀翼，5-1-外锥部，5-2-鼻部，5-3-内锥部，6-喷嘴，7-排屑槽。

具体实施方式

为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

如图1到3所示，本实施例提供一种特型拒泥包PDC钻头，包括钻头主体3、位于钻头主体3下部且连接钻杆的螺纹接头1、位于钻头主体3上部的若干刀翼5，两个相邻刀翼5之间的沟槽形成排屑槽7，每个刀翼5上均安装有复合片4，其特征在于：每个刀翼5的一侧面设置有拒泥包陷槽2，所述的拒泥包陷槽2外边缘起始于复合片4下方，拒泥包陷槽2内边缘终止于排屑槽7。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是：

刀翼5由依次连接的内锥部5-3、鼻部5-2和外锥部5-1构成，拒泥包陷槽2的外边缘为内锥部5-3、鼻部5-2和外锥部5-1构成的轮廓轨迹线偏移到复合片4下部形成，拒泥包陷槽2的外边缘至排屑槽形成刀翼第二特征面，将第二特征面向钻头工作的反方向去除材料形成拒泥包陷槽2。

实施例3

本实施例实在实施例1或2的基础上做了进一步优化，具体是：

拒泥包陷槽2的外边缘为内锥部5-3、鼻部5-2和外锥部5-1构成的轮廓轨迹线偏移到复合片4下部10～20mm形成，将第二特征面向钻头工作的反方向去除5～8mm材料形成拒泥包陷槽2。

所述的钻头主体3上设置有多个喷嘴6。

设有拒泥包陷槽的PDC钻头，可将挤压的胶质泥岩通过复合片下端刀翼第一表面10～20mm距离后，断开与刀翼表面的接触，与刀翼第二表面构成一定空间形成悬空状态。由地面主设备泥浆泵将钻井液通过高压管汇→钻杆→钻铤→钻头喷嘴。将泥浆泵输送的钻井液通过钻头喷嘴形成高压射流和流场回旋，将形成悬浮状态的胶质泥岩冲断并随钻井液排出井外带到地面。有效地拒隔胶质泥岩向排屑槽挤压，不断地重复上述工作状况。有效的防止钻头泥包现象造成机械钻速低和卡钻、井漏、井喷等严重事故。

本发明“一种特型拒泥包PDC钻头”通过现场延安安塞区块，延1086-2井、、郝3-4井和延长油矿长45-1井钻井工程中，全井段使用特型拒泥包PDC钻头，与邻井延1108井、长3-1井使用传统常规钻头，井深相同，钻遇井段地层均为易泥包的石千峰组、石河子组。在钻遇石千峰组、石河子组中，延1086-2井、郝3-4井和延长油矿长45-1井均未发生泥包现象顺利完钻。而邻井延1108井、长3-1井使用传统常规钻头均出现泥包现象，多次起下钻清洗钻头，延长了建井周期。使用特型拒泥包PDC钻头比使用传统常钻头机械钻速提高了30％，建井周期缩短3～5天，效果理想，大大缩短了建井周期，节约了能源，降低了成本和减少了环境污染。是非常值得推广的一种“特型拒泥包PDC钻头”。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。