钢体螺旋四刀翼pdc钻头的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及钢体PDC钻头【技术领域】，是一种钢体螺旋四刀翼PDC钻头；其包括钻头本体、螺旋刀翼和切削齿；在钻头本体上圆周设置有四个下部向左旋转的螺旋刀翼，螺旋刀翼的剖面外轮廓呈中等抛物线状；相邻螺旋刀翼之间形成流道；在螺旋刀翼上沿其右侧外曲线间隔设置有切削齿。本实用新型结构合理而紧凑，使用方便；通过优化钻头刀翼的外轮廓剖面，刀翼数量，切削齿的分布及喷嘴水孔和流道，增加一种新型高效的PDC钻头；本实用新型作为定向PDC钻头，应用于某个指定的勘探区块时，能够提高了钻头机械钻速和进尺，改善了钻头井底工作环境，提高了钻头使用寿命和钻井效率，降低了钻井成本。
【专利说明】钢体螺旋四刀翼PDC钻头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及钢体PDC钻头【技术领域】，是一种钢体螺旋四刀翼PDC钻头。
【背景技术】
[0002]钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称，是石油钻井行业常用的一种钻井工具；通常在选用PDC钻头时，要根据勘探区块的地层岩性、温度、井眼曲率等多项参数选择适用于该勘探区块钻进的定向PDC钻头，由于勘探区块的地层变化的多样性，需要大量不同规格的PDC钻头来适用于各种复杂的地层；而现有的PDC钻头的种类少，无法满足该使用需求；如果在钻井过程中选用非定向的PDC钻头，可能存在机械钻速较低、穿夹层能力弱，不容易控制井斜和水利结构不合理等问题，造成钻头泥包、切削齿热龟裂、钻头碳化钨层及切削齿基座被冲蚀等现象发生；严重影响钻井工作效率，加大钻井成本。
【发明内容】
[0003]本实用新型提供了一种钢体螺旋四刀翼PDC钻头，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决PDC钻头的种类少，无法满足各种地层钻进需求；同时在钻井过程选用非定向的PDC钻头，会严重影响钻井工作效率，加大钻井成本的问题。
[0004]本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的:一种钢体螺旋四刀翼PDC钻头，包括钻头本体、螺旋刀翼和切削齿；在钻头本体上圆周设置有四个下部向左旋转的螺旋刀翼，螺旋刀翼的剖面外轮廓呈中等抛物线状；相邻螺旋刀翼之间形成流道；在螺旋刀翼上沿其右侧外曲线间隔设置有切削齿，四个螺旋刀翼根据切削齿的数量和长短分为镶嵌有七颗切削齿的第一长刀翼、镶嵌有五颗切削齿的第一短刀翼、镶嵌有六颗切削齿的第二长刀翼和镶嵌有四颗切削齿的第二短刀翼；第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼按顺时针圆周分布在钻头本体上；在钻头本体的内部有钻头内孔，在钻头本体上分布有与钻头内孔相通的至少四个喷嘴水孔；在第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼的下部外侧分别设有保径面。
[0005]下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进:
[0006]上述第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼可沿钻头本体的分布角度依次为 O。UOl0、177。、265。。
[0007]上述钻头本体I上可分布有6个喷嘴水孔；6个喷嘴水孔包括第一喷嘴水孔、第二喷嘴水孔、第三喷嘴水孔、第四喷嘴水孔、第五喷嘴水孔和第六喷嘴水孔；在第一长刀翼与第二短刀翼之间的钻头本体上由上至下间隔设有第一喷嘴水孔和第二喷嘴水孔，第一喷嘴水孔的延长线介于第一长刀翼内端的第一切削齿与第二切削齿之间；第二喷嘴水孔和的延长线介于第一长刀翼内端的第三切削齿与第四切削齿之间；在第一短刀翼与第二长刀翼之间的钻头本体上由上至下间隔设有第三喷嘴水孔和第四喷嘴水孔，第三喷嘴水孔的延长线介于第二长刀翼内端的第一切削齿与第二切削齿之间；第四喷嘴水孔的延长线介于第二长刀翼内端的第三切削齿与第四切削齿之间；在第一长刀翼与第一短刀翼之间的钻头本体的上设有第五喷嘴水孔，第五喷嘴水孔的延长线介于第二短刀翼内端的第一切削齿与第二切削齿之间；在第一短刀翼与第二短刀翼之间的钻头本体上设有第六喷嘴水孔，第六喷嘴水孔的延长线介于第二短刀翼内端的第一切削齿与第二切削齿之间。
[0008]上述第一长刀翼的保径面外端面上可垂直设有4个保径齿；在第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼的保径面外端面上分别垂直设有3个保径齿。
[0009]上述保径齿可采用19毫米复合片。
[0010]上述第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼的保径面上可沿右侧外曲线间隔设有2个保径切削齿，保径切削齿的仰角为20° ;或/和，喷嘴水孔为斜向外的倾斜孔，喷嘴水孔的中心线与钻头本体的轴线之间的夹角在15°至35°之间；或/和，分别镶嵌在第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼上的切削齿仰角角度从钻头本体中心由内向外依次从15°递增至20° ;相邻螺旋刀翼的切削齿呈交叉分布。
[0011]上述第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼的上部可分别有向外隆起的刀翼鼻部，在刀翼鼻部的外轮廓面上由上至下依次间隔设有3个减震齿；或/和，钻头本体下端固定安装有连接接头，在连接接头的下部有外螺纹；或/和，切削齿采用19毫米复
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[0012]本实用新型结构合理而紧凑，使用方便；通过优化钻头刀翼的外轮廓剖面，刀翼数量，切削齿的分布及喷嘴水孔和流道，增加一种新型高效的PDC钻头；本实用新型作为定向PDC钻头，应用于某个指定的勘探区块时，能够提高了钻头机械钻速和进尺，改善了钻头井底工作环境，提高了钻头使用寿命和钻井效率，降低了钻井成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]附图1为本实用新型最佳实施例的立体结构示意图。
[0014]附图2为本实用新型最佳实施例的俯视结构示意图。
[0015]附图中的编码分别为:1为钻头本体，2为切削齿,3为第一长刀翼,4为第一短刀翼，5为第二长刀翼，6为第二短刀翼，7为保径面，8为保径齿，9为保径切削齿，10为第一喷嘴水孔，11为第二喷嘴水孔，12为第三喷嘴水孔，13为第四喷嘴水孔，14为第五喷嘴水孔，15为第六喷嘴水孔，16为减震齿，17为连接接头。
【具体实施方式】
[0016]本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
[0017]在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如:上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。
[0018]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述:
[0019]如附图1、2所示，该钢体螺旋四刀翼PDC钻头包括钻头本体1、螺旋刀翼和切削齿2 ;在钻头本体I上圆周设置有四个下部向左旋转的螺旋刀翼，螺旋刀翼的剖面外轮廓呈中等抛物线状；相邻螺旋刀翼之间形成流道；在螺旋刀翼上沿其右侧外曲线间隔设置有切削齿2，四个螺旋刀翼根据切削齿2的数量和长短分为镶嵌有七颗切削齿2的第一长刀翼3、镶嵌有五颗切削齿2的第一短刀翼4、镶嵌有六颗切削齿2的第二长刀翼5和镶嵌有四颗切削齿2的第二短刀翼6 ;第一长刀翼3、第一短刀翼4、第二长刀翼5和第二短刀翼6按顺时针圆周分布在钻头本体I上；在钻头本体I的内部有钻头内孔，在钻头本体I上分布有与钻头内孔相通的至少四个喷嘴水孔；在第一长刀翼3、第一短刀翼4、第二长刀翼5和第二短刀翼6的下部外侧分别设有保径面7。切削齿2采用金刚石复合片，其具有高硬度、高耐磨性的特点，适用于制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具；在本实用新型中将螺旋刀翼设计成4个长短不同的长短刀翼，当转矩从钻头本体I中心向外以螺旋方式延展时，通过力不平衡打破了径向涡动和声，增加切削速度，提高切削效率；在流道中的喷嘴水孔保证了切削齿2得到及时冷却，同时钻头本体I和螺旋刀翼得到很好的冲洗；岩屑能够被及时冲出，避免了重复切削；根据上述对本实用新型的结构及效果说明，在现有的PDC钻头基础上，增加了一种高效的roc钻头；本实用新型可作为一种定向roc钻头，应用于某个指定的勘探区块；针对该指定勘探区块，使用本实用新型进行钻井时不仅能够满足基本钻井要求，还可提闻了钻头机械钻速和进尺，改善了钻头井底工作环境，提闻了钻头使用寿命和钻井效率，降低了钻井成本。
[0020]可根据实际需要，对上述钢体螺旋四刀翼PDC钻头作进一步优化或/和改进:
[0021]如附图1、2所示，第一长刀翼3、第一短刀翼4、第二长刀翼5和第二短刀翼6沿钻头本体I的分布角度依次为0° UOl0、177°、265°。这样使螺旋刀翼和切削齿2的分布更合理，使其具有良好的切削效果，切削效率高。
[0022]如附图2所示，钻头本体I上分布有6个喷嘴水孔；6个喷嘴水孔包括第一喷嘴水孔10、第二喷嘴水孔11、第三喷嘴水孔12、第四喷嘴水孔13、第五喷嘴水孔14和第六喷嘴水孔15 ;在第一长刀翼3与第二短刀翼6之间的钻头本体I上由上至下间隔设有第一喷嘴水孔10和第二喷嘴水孔11，第一喷嘴水孔10的延长线介于第一长刀翼3内端的第一切削齿2与第二切削齿2之间；第二喷嘴水孔11和的延长线介于第一长刀翼3内端的第三切削齿2与第四切削齿2之间；在第一短刀翼4与第二长刀翼5之间的钻头本体I上由上至下间隔设有第三喷嘴水孔12和第四喷嘴水孔13，第三喷嘴水孔12的延长线介于第二长刀翼5内端的第一切削齿2与第二切削齿2之间；第四喷嘴水孔13的延长线介于第二长刀翼5内端的第三切削齿2与第四切削齿2之间；在第一长刀翼3与第一短刀翼4之间的钻头本体I的上设有第五喷嘴水孔14，第五喷嘴水孔14的延长线介于第二短刀翼6内端的第一切削齿2与第二切削齿2之间；在第一短刀翼4与第二短刀翼6之间的钻头本体I上设有第六喷嘴水孔15，第六喷嘴水孔14的延长线介于第二短刀翼6内端的第一切削齿2与第二切削齿2之间。冲洗水柱沿喷嘴水孔的延长线冲洗钻头冠部的切削齿2，有效防止钻头泥包，冲洗效果好。
[0023]如附图1所示，在第一长刀翼3的保径面7外端面上垂直设有4个保径齿8 ;在第一短刀翼4、第二长刀翼5和第二短刀翼6的保径面7外端面上分别垂直设有3个保径齿8。
[0024]根据需要，保径齿8采用13毫米复合片。
[0025]如附图1所示，在第一长刀翼3、第一短刀翼4、第二长刀翼5和第二短刀翼6的保径面7上沿右侧外曲线间隔设有2个保径切削齿9，保径切削齿9的仰角为20°。保径齿8和保径切削齿9能够增强保径强度，减小保径面7磨损，保证钻井井眼的尺寸。[0026]根据需要，喷嘴水孔为斜向外的倾斜孔，喷嘴水孔的中心线与钻头本体I轴线之间的夹角在15°至35°之间。
[0027]如附图1所示，分别镶嵌在第一长刀翼3、第一短刀翼4、第二长刀翼5和第二短刀翼6上的切削齿2仰角角度从钻头本体I中心由内向外依次从15°递增至20° ;相邻螺旋刀翼的切削齿2呈交叉分布。这样可提高钻探效果，同时保护切削齿2，节约成本。
[0028]如附图1、2所示，在第一长刀翼3、第一短刀翼4、第二长刀翼5和第二短刀翼6的上部分别有向外隆起的刀翼鼻部，在刀翼鼻部的外轮廓面上由上至下依次间隔设有3个减震齿16。减震齿16可以限制主切削齿2切深，减小了钻头震动。
[0029]如附图1所示，在钻头本体I下端固定安装有连接接头17，在连接接头17的下部有外螺纹。
[0030]根据需要，切削齿2采用19毫米复合片。
[0031]以上技术特征构成了本实用新型的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
【权利要求】
1.一种钢体螺旋四刀翼PDC钻头，其特征在于包括钻头本体、螺旋刀翼和切削齿；在钻头本体上圆周设置有四个下部向左旋转的螺旋刀翼，螺旋刀翼的剖面外轮廓呈中等抛物线状；相邻螺旋刀翼之间形成流道；在螺旋刀翼上沿其右侧外曲线间隔设置有切削齿，四个螺旋刀翼根据切削齿的数量和长短分为镶嵌有七颗切削齿的第一长刀翼、镶嵌有五颗切削齿的第一短刀翼、镶嵌有六颗切削齿的第二长刀翼和镶嵌有四颗切削齿的第二短刀翼；第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼按顺时针圆周分布在钻头本体上；在钻头本体的内部有钻头内孔，在钻头本体上分布有与钻头内孔相通的至少四个喷嘴水孔；在第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼的下部外侧分别设有保径面。
2.根据权利要求1所述的钢体螺旋四刀翼roc钻头，其特征在于第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼可沿钻头本体的分布角度依次为0° UOl0、177°、265°。
3.根据权利要求1或2所述的钢体螺旋四刀翼PDC钻头，其特征在于钻头本体I上分布有6个喷嘴 水孔；6个喷嘴水孔包括第一喷嘴水孔、第二喷嘴水孔、第三喷嘴水孔、第四喷嘴水孔、第五喷嘴水孔和第六喷嘴水孔；在第一长刀翼与第二短刀翼之间的钻头本体上由上至下间隔设有第一喷嘴水孔和第二喷嘴水孔，第一喷嘴水孔的延长线介于第一长刀翼内端的第一切削齿与第二切削齿之间；第二喷嘴水孔和的延长线介于第一长刀翼内端的第三切削齿与第四切削齿之间；在第一短刀翼与第二长刀翼之间的钻头本体上由上至下间隔设有第三喷嘴水孔和第四喷嘴水孔，第三喷嘴水孔的延长线介于第二长刀翼内端的第一切削齿与第二切削齿之间；第四喷嘴水孔的延长线介于第二长刀翼内端的第三切削齿与第四切削齿之间；在第一长刀翼与第一短刀翼之间的钻头本体的上设有第五喷嘴水孔，第五喷嘴水孔的延长线介于第二短刀翼内端的第一切削齿与第二切削齿之间；在第一短刀翼与第二短刀翼之间的钻头本体上设有第六喷嘴水孔，第六喷嘴水孔的延长线介于第二短刀翼内端的第一切削齿与第二切削齿之间。
4.根据权利要求3所述的钢体螺旋四刀翼PDC钻头，其特征在于第一长刀翼的保径面外端面上垂直设有4个保径齿；在第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼的保径面外端面上分别垂直设有3个保径齿。
5.根据权利要求4所述的钢体螺旋四刀翼roc钻头，其特征在于保径齿采用19毫米复入t1-1=I / I ο
6.根据权利要求1或2所述的钢体螺旋四刀翼PDC钻头，其特征在于第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼的保径面上沿右侧外曲线间隔设有2个保径切削齿，保径切削齿的仰角为20° ;或/和，喷嘴水孔为斜向外的倾斜孔，喷嘴水孔的中心线与钻头本体的轴线之间的夹角在15°至35°之间；或/和,分别镶嵌在第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼上的切削齿仰角角度从钻头本体中心由内向外依次从15°递增至20° ;相邻螺旋刀翼的切削齿呈交叉分布。
7.根据权利要求4所述的钢体螺旋四刀翼roc钻头，其特征在于第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼的保径面上沿右侧外曲线间隔设有2个保径切削齿，保径切削齿的仰角为20° ;或/和，喷嘴水孔为斜向外的倾斜孔，喷嘴水孔的中心线与钻头本体的轴线之间的夹角在15°至35°之间；或/和,分别镶嵌在第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼上的切削齿仰角角度从钻头本体中心由内向外依次从15°递增至20° ;相邻螺旋刀翼的切削齿呈交叉分布。
8.根据权利要求5所述的钢体螺旋四刀翼roc钻头，其特征在于第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼的保径面上沿右侧外曲线间隔设有2个保径切削齿，保径切削齿的仰角为20° ;或/和，喷嘴水孔为斜向外的倾斜孔，喷嘴水孔的中心线与钻头本体的轴线之间的夹角在15°至35°之间；或/和,分别镶嵌在第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼上的切削齿仰角角度从钻头本体中心由内向外依次从15°递增至20° ;相邻螺旋刀翼的切削齿呈交叉分布。
9.根据权利要求1或2所述的钢体螺旋四刀翼PDC钻头，其特征在于第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼的上部分别有向外隆起的刀翼鼻部，在刀翼鼻部的外轮廓面上由上至下依次间隔设有3个减震齿；或/和，钻头本体下端固定安装有连接接头，在连接接头的下部有外螺纹；或/和，切削齿采用19毫米复合片。
10.根据权利要求8所述的钢体螺旋四刀翼PDC钻头，其特征在于第一长刀翼、第一短刀翼、第二长刀翼和第二短刀翼的上部分别有向外隆起的刀翼鼻部，在刀翼鼻部的外轮廓面上由上至下依次间隔设有3个减震齿；或/和，钻头本体下端固定安装有连接接头，在连接接头的下部有外螺纹；或/和，切削齿采用19毫米复合片。
【文档编号】E21B10/43GK203701983SQ201320880993
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】曾卫林, 张 杰 申请人:克拉玛依市新锋锐金刚石钻头制造有限公司