一种石油井钻头的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及石油钻探领域，具体涉及一种石油井钻头。
【背景技术】
[0002]目前，公知的油井钻头的切削齿端面是按照一定的优化角度立着放置的。在一定的钻压和转速下，切削齿处的压强大于岩石的抗压强度，切削齿切入岩石，以螺旋线的轨迹，边旋转边向下连续地钻入岩石。其缺点是切削齿持续地承受压入岩石受到的阻力，容易损坏，使得钻头只能在高转速低钻压或低转速高钻压模式下工作，钻进速度随转速和钻压的变化存在极大值，无法通过提高转速来提高钻进速度。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于:提供一种可通过提高转速来提高钻进速度的石油井钻头。
[0004]本实用新型是通过以下技术方案实现的:一种石油井钻头，包括圆柱形钻头体、设在钻头体一端的N个切削齿及通水孔，以钻头体端面圆心为极点建立极坐标系，所述N个切削齿的中心为坐标点，所述第一切削齿至第N切削齿的极径依次增大，所述第一切削齿至第_刀削齿的极角依次为0°、360°/^、2*360°作……(N-l)*360°/N，所述第一切削齿至第N切削齿的高度呈等减数列;所述第一切削齿覆盖极点；以所述极点为圆心，相邻切削齿旋转一周所覆盖区域有重叠部分;所述N为大于I的自然数。
[0005]作为本实用新型的进一步优选方案，所述第一切削齿至第N切削齿的极径呈等加数列。
[0006]作为本实用新型的进一步优选方案，所述N等于9。
[0007]作为本实用新型的进一步优选方案，所述相邻切削齿的高度差为0.5_。
[0008]作为本实用新型的进一步优选方案，所述通水孔的极径大于第一切削齿的极径，小于等于第二切削齿的极径。
[0009]作为本实用新型的进一步优选方案，所述通水孔的直径大于等于切削齿的直径。
[0010]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0011]本实用新型的钻头，钻进速度与转速成正比，可通过提高转速提高钻进速度，并且切削齿大部分时间只需承受剪切岩石受到的阻力和摩擦力，远小于压入岩石受到的阻力，增加钻头使用寿命。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型实施例一结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
[0014]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0015]在极坐标系下，以钻头体I的轴心点为极点建立极坐标系，N个切削齿2的极角分别为0°，360°/N，2*360°/N，……，(N-1 )*360°/N。第一切削齿要保证钻头旋转一周时齿痕划过轴心点。第一至第M个切削齿2保证齿间距大于可加工制造距离，M值由实际钻头体I和切削齿2的尺寸决定。最后一个切削齿保证实际工作需要和安全使用。其余的切削齿2保证旋转一周时齿痕布满井底并和相邻齿痕存在交叠。N个切削齿的露出高度分别为h，h-A h，h-2Ah,……，h-(n-l) Ah。若N个切削齿端面面积之和是So，旋转360°/N时N个齿端面与前齿痕交叠的面积之和为Si,岩石的抗压强度为Pm，当钻压P大于Pm.(Sq-Si)小于Pm.So时，每旋转360°/N切削齿2与岩石的接触面积变为So-S1，压强变为PASo-S1)，大于Pm，切削齿压入岩石。当压入Ah深度时，切削齿与岩石的接触面积变为So，压强变为P/So，小于Pm，切削齿不再继续向下压入岩石，只通过旋转运动剪切岩石表层。随钻头转动，重复上述的压入和剪切过程，每转一圈钻头会钻进N.Ah的深度。若钻头每分钟转K圈，则此钻头每分钟会钻进K.N.Ah深度。钻进速度与转速成正比。
[0016]实施例一:
[0017]如图1所示，在图1中，切削齿2有9个，和通水孔3，钻头体I直径118mm，切削齿一到九的直径为10mm，通水孔3直径26mm。切削齿一极角0°，极径5mm，高度1mm;切削齿二极角-40°，极径18mm，高度9.5mm;切削齿三极角-80°，极径24mm，高度9mm;切削齿四极角-120°，极径28.5mm，高度8.5mm;切削齿五极角-160°，极径33mm，高度8mm;切削齿六极角-200°，极径37.5mm，高度7.5mm;切削齿七极角-240°，极径42mm，高度7mm;切削齿八极角-280°，极径46.5mm，高度6.5mm;切削齿九极角-320°，极径51mm，高度6mm。通水孔3极角145°，极径17.6mmο
[0018]当钻头正转时，每转动40°切削齿与岩石的接触面积会由7.1cm2变到小于5.0cm2。若岩石的抗压强度为30MPa，在施加1500公斤的钻井压力时，每转动40°对岩石的压强会大于30MPa—次，切削齿压入岩石，压入0.5mm后，对岩石的压强变为2 IMPa，小于岩石的抗压强度，切削齿不会继续向下深入。每转动40°会钻进0.5mm，每圈会钻进4.5_。
【主权项】
1.一种石油井钻头，包括圆柱形钻头体(I)、设在钻头体(I) 一端的N个切削齿(2)及通水孔(3)，其特征在于:以钻头体(I)端面圆心为极点建立极坐标系，所述N个切削齿(2)的中心为坐标点，所述第一切削齿至第N切削齿的极径依次增大，所述第一切削齿至第N切削齿的极角依次为0°、360°作、2*360°/^……(N-l)*360°/N，所述第一切削齿至第N切削齿的高度呈等减数列;所述第一切削齿覆盖极点；以所述极点为圆心，相邻切削齿旋转一周所覆盖区域有重叠部分;所述N为大于I的自然数。2.根据权利要求1所述的一种石油井钻头，其特征在于:所述第一切削齿至第N切削齿的极径呈等加数列。3.根据权利要求1所述的一种石油井钻头，其特征在于:所述N等于9。4.根据权利要求1所述的一种石油井钻头，其特征在于:所述相邻切削齿(2)的高度差为0.5mmο5.根据权利要求1所述的一种石油井钻头，其特征在于:所述通水孔(3)的极径大于第一切削齿的极径，小于等于第二切削齿的极径。6.根据权利要求1所述的一种石油井钻头，其特征在于:所述通水孔(3)的直径大于等于切削齿(2)的直径。
【专利摘要】本实用新型公开了一种石油井钻头，包括圆柱形钻头体、设在钻头体一端的N个切削齿及通水孔，以钻头体端面圆心为极点建立极坐标系，所述第一切削齿至第N切削齿的极径依次增大，所述第一切削齿至第N切削齿的极角依次为0°、360°/N、2*360°/N……(N-1)*360°/N，所述第一切削齿至第N切削齿的高度呈等减数列；本实用新型的钻头，钻进速度与转速成正比，可通过提高转速提高钻进速度。
【IPC分类】E21B10/60, E21B10/43
【公开号】CN205172442
【申请号】CN201520995854
【发明人】陈海勇, 张春雨, 姜志刚, 周健
【申请人】陈海勇
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月4日