钢体五刀翼pdc钻头的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及油气田钻采用PDC钻头【技术领域】，是一种钢体五刀翼PDC钻头，包括钻头本体、五个刚体刀翼和主切削齿；五个刚体刀翼由第一长刀翼、第二长刀翼、第一短刀翼、第二短刀翼和第三短刀翼组成；在钻头本体上沿圆周顺时针方向依次间隔分布有第一长刀翼、第一短刀翼、第二短刀翼、第二长刀翼和第三短刀翼；对应切削方向位置的第一长刀翼、第二长刀翼、第一短刀翼、第二短刀翼和第三短刀翼上分别镶嵌有数量不等的主切削齿且其镶嵌的主切削齿的数量依次为9个、8个、7个、6个、5个。本实用新型结构合理而紧凑，其将镶嵌有不同数量主切削齿的各个长、短刀翼沿钻头本体的圆周呈螺旋方式间隔分布，可使其钻头布齿更合理，减少磨损。
【专利说明】钢体五刀翼PDC钻头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及油气田钻采用PDC钻头【技术领域】，是一种钢体五刀翼PDC钻头。【背景技术】
[0002]钻头的英文为Polycrystalline Diamond Compact bit,其是聚晶金刚石复合片钻头的简称，是地质钻探行业常用的一种钻井工具。PDC钻头包括胎体式PDC钻头和钢体式PDC钻头，其中钢体式PDC钻头，是用镍、铬、钥合金机械加工成形。经过热处理后在钻头体上钻孔，将人造聚晶金刚石复合片压入(紧配合)钻头体内，用柱状碳化钨保径。
[0003]随着油田的陆续开发，技术不断发展。在一些新开发的地区的探井项目中，原有PDC钻头的设计思路、钻头造型已经跟不上现有的开发速度，因PDC钻头设计上的缺陷，如钻头布齿不合理易磨损，或难以吃进地层；水利结构不合理，造成重复切削；刀翼、切削齿被严重冲蚀。以上的部分因素将会直接影响钻井机械钻速，导致机械钻速低，钻头使用寿命短，降低了钻井效率，加大了钻井成本。
【发明内容】
[0004]本实用新型提供了一种钢体五刀翼PDC钻头，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有PDC钻头存在的钻头布齿不合理、易磨损，或难以吃进地层，进而导致钻头的钻速低、使用寿命短，钻井效率低、成本高的问题。
[0005]本实用新型还能进一步解决现有PDC钻头存在的水利结构不合理，造成重复切削；刀翼、切削齿被严重冲蚀的问题。
[0006]本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的:一种钢体五刀翼PDC钻头，包括钻头本体、五个刚体刀翼和主切削齿；五个刚体刀翼由第一长刀翼、第二长刀翼、第一短刀翼、第二短刀翼和第三短刀翼组成；在钻头本体上沿圆周顺时针方向依次间隔分布有第一长刀翼、第一短刀翼、第二短刀翼、第二长刀翼和第三短刀翼；对应切削方向位置的第一长刀翼、第二长刀翼、第一短刀翼、第二短刀翼和第三短刀翼上分别镶嵌有数量不等的主切削齿且其镶嵌的主切削齿的数量依次为9个、8个、7个、6个、5个；在钻头本体的内部有钻头内孔，在钻头本体上分布有至少3个均与钻头内孔相通的喷嘴水孔；在每个刚体刀翼的下部外侧分别设有保径面；在钻头本体下端一体有或固定有连接接头，在连接接头的下部有外螺纹。
[0007]下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进:
[0008]上述钻头本体上可分布有个7个喷嘴水孔；第一长刀翼和第三短刀翼之间以及第二短刀翼和第二长刀翼之间均分布有2个喷嘴水孔，其余任意两相邻钢体刀翼之间均分布有I个喷嘴水孔。
[0009]上述每个刚体刀翼均可为斜刀翼且整体呈螺旋方式分布；每个缸体刀翼的外轮廓均呈中等抛物线状；每个刚体刀翼外侧均有将主切削齿一同包裹在内碳化钨耐磨层。
[0010]上述第一长刀翼、第一短刀翼、第二短刀翼、第二长刀翼和第三短刀翼沿钻头本体的分布角度可依次为O。、82°、166°、230°、292°。
[0011]上述与主切削齿同侧位置的第三短刀翼的保径面上镶嵌可有5颗保径齿，在与主切削齿同侧位置的其余的刚体刀翼的保径面上均镶嵌有4颗保径齿。
[0012]上述每个保径面上均沿其法相垂直可分布有7颗耐磨齿。
[0013]上述分别镶嵌在每个钢体刀翼上的主切削齿的仰角角度可从钻头本体中心由内向外依次从15°递增至20°。
[0014]上述主切削齿可选用规格为13mm或16mm或19mm的金刚石复合片；保径齿选用规格为8mm或IOmm或13mm的金刚石复合片；保径面的径向高度为2寸至3.5寸之间。
[0015]本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，其将镶嵌有不同数量主切削齿的各个长、短刀翼沿钻头本体的圆周呈螺旋方式间隔分布，可使其钻头布齿更合理，减少磨损；任意两相邻刚体刀翼之间均形成流道，位于流道中的喷嘴水孔可及时冷却主切削齿，并冲洗钻头本体和刚体刀翼，同时可将岩屑冲出，避免了重复切削；可有效提高机械钻速、延长其使用寿命，进而可提高钻井效率，降低钻井成本；通过合理分布喷嘴水孔，使其具有良好的冲洗效果，有效防止钻头泥包，缩短钻井的时间；通过增设碳化钨耐磨层可有效缓解刚体刀翼和主切削齿受到的冲蚀，延长其使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]附图1为本实用新型最佳实施例的俯视结构示意图。
[0017]附图2为附图1的轴测结构示意图。
[0018]附图中的编码分别为为钻头本体，2为主切削齿,3为第一长刀翼,4为第二长刀翼，5为第一短刀翼，6为第二短刀翼，7为第三短刀翼，8为喷嘴水孔，9为保径面，10为连接接头，11为外螺纹，12为保径齿，13为耐磨齿。
【具体实施方式】
[0019]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。
[0020]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:前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
[0021]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述:
[0022]如附图1、2所示，该钢体五刀翼PDC钻头包括钻头本体1、五个刚体刀翼和主切削齿2 ;五个刚体刀翼由第一长刀翼3、第二长刀翼4、第一短刀翼5、第二短刀翼6和第三短刀翼7组成；在钻头本体I上沿圆周顺时针方向依次间隔分布有第一长刀翼3、第一短刀翼5、第二短刀翼6、第二长刀翼4和第三短刀翼7 ;对应切削方向位置的第一长刀翼3、第二长刀翼4、第一短刀翼5、第二短刀翼6和第三短刀翼7上分别镶嵌有数量不等的主切削齿2且其镶嵌的主切削齿2的数量依次为9个、8个、7个、6个、5个；在钻头本体I的内部有钻头内孔，在钻头本体I上分布有至少3个均与钻头内孔相通的喷嘴水孔8 ;在每个刚体刀翼的下部外侧分别设有保径面9 ;在钻头本体I下端一体有或固定有连接接头10，在连接接头10的下部有外螺纹11。主切削齿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；在钻井过程中，本实用新型的切削方向为沿逆时针方向；将镶嵌有不同数量主切削齿2的各个长、短刀翼沿钻头本体I的圆周间隔分布，可使其钻头布齿更合理，减少磨损；任意两相邻刚体刀翼之间均形成流道，位于流道中的喷嘴水孔8可及时冷却主切削齿2，并冲洗钻头本体I和刚体刀翼，同时可将岩屑冲出，避免了重复切削；可有效提高机械钻速、延长其使用寿命，进而可提高钻井效率，降低钻井成本。根据需求，可调整本实用新型的外径为8.5寸、9.5寸或12.25寸。
[0023]可根据实际需要，对上述钢体五刀翼PDC钻头作进一步优化或/和改进:
[0024]如附图1、2所示，钻头本体I上分布有个7个喷嘴水孔8 ;第一长刀翼3和第三短刀翼7之间以及第二短刀翼6和第二长刀翼4之间均分布有2个喷嘴水孔8，其余任意两相邻钢体刀翼之间均分布有I个喷嘴水孔8。主切削齿2的计数由内向外次序递增，最内侧的为第一颗；根据需求，其中有5个喷嘴水孔8的轴线延长线均可介于其对应的钢体刀翼的第一颗主切削齿2与第二颗主切削齿2之间；另外2个喷嘴水孔8的轴线延长线均可介于其对应的第一长刀翼3或第二长刀翼4的第三颗主切削齿2与第四颗主切削齿2之间。这样可使其具有良好的冲洗效果，有效防止钻头泥包，缩短钻井的时间。
[0025]如附图1、2所示，每个刚体刀翼均为斜刀翼且整体呈螺旋方式分布；每个缸体刀翼的外轮廓均呈中等抛物线状；每个刚体刀翼外侧均有将主切削齿2 —同包裹在内碳化钨耐磨层。对于不同冠形PDC钻头的攻击性，其强度有强到弱依次为:长抛物线型、中等抛物线型和短抛物线型；整体呈螺旋方式分布，可使得转矩在从钻头本体I中心向外以螺旋方式延展时，通过力不平衡打破径向涡动和声，增加切削速度，提高切削效率；碳化钨耐磨层可有效缓解刚体刀翼和主切削齿2受到的冲蚀，延长其使用寿命。根据需求，上述各个钢体刀翼与切削面的倾斜角度均可为7°。
[0026]如附图1、2所示，第一长刀翼3、第一短刀翼5、第二短刀翼6、第二长刀翼4和第三短刀翼7沿钻头本体I的分布角度依次为0°、82°、166°、230°、292°。这样可以使其布齿结构更合理，使其具有良好的切削效果提高切削效率。
[0027]如附图1、2所示，与主切削齿2同侧位置的第三短刀翼7的保径面9上镶嵌有5颗保径齿12，在与主切削齿2同侧位置的其余的刚体刀翼的保径面9上均镶嵌有4颗保径齿12。保径齿12可增强其保径强度。
[0028]如附图1、2所示，每个保径面9上均沿其法相垂直分布有7颗耐磨齿13。耐磨齿13可延长保径面9的使用寿命。
[0029]如附图1、2所示，分别镶嵌在每个钢体刀翼上的主切削齿2的仰角角度从钻头本体I中心由内向外依次从15°递增至20°。这样可提高钻探效果；同时保护主切削齿2，节约成本。
[0030]如附图1、2所示，主切削齿2选用规格为13mm或16mm或19mm的金刚石复合片；保径齿12选用规格为8mm或IOmm或13mm的金刚石复合片；保径面9的径向高度为2寸至
3.5寸之间。
[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】
1.一种钢体五刀翼PDC钻头，其特征在于包括钻头本体、五个刚体刀翼和主切削齿；五个刚体刀翼由第一长刀翼、第二长刀翼、第一短刀翼、第二短刀翼和第三短刀翼组成；在钻头本体上沿圆周顺时针方向依次间隔分布有第一长刀翼、第一短刀翼、第二短刀翼、第二长刀翼和第三短刀翼；对应切削方向位置的第一长刀翼、第二长刀翼、第一短刀翼、第二短刀翼和第三短刀翼上分别镶嵌有数量不等的主切削齿且其镶嵌的主切削齿的数量依次为9个、8个、7个、6个、5个；在钻头本体的内部有钻头内孔，在钻头本体上分布有至少3个均与钻头内孔相通的喷嘴水孔；在每个刚体刀翼的下部外侧分别设有保径面；在钻头本体下端一体有或固定有连接接头，在连接接头的下部有外螺纹。
2.根据权利要求1所述的钢体五刀翼PDC钻头，其特征在于钻头本体上分布有个7个喷嘴水孔；第一长刀翼和第三短刀翼之间以及第二短刀翼和第二长刀翼之间均分布有2个喷嘴水孔，其余任意两相邻钢体刀翼之间均分布有I个喷嘴水孔。
3.根据权利要求1或2所述的钢体五刀翼PDC钻头，其特征在于每个刚体刀翼均为斜刀翼且整体呈螺旋方式分布；每个缸体刀翼的外轮廓均呈中等抛物线状；每个刚体刀翼外侧均有将主切削齿一同包裹在内碳化钨耐磨层。
4.根据权利要求1或2所述的钢体五刀翼PDC钻头，其特征在于第一长刀翼、第一短刀翼、第二短刀翼、第二长刀翼和第三短刀翼沿钻头本体的分布角度依次为O。、82°、166°、230° ,292° 。
5.根据权利要求3所述的钢体五刀翼PDC钻头,其特征在于第一长刀翼、第一短刀翼、第二短刀翼、第二长刀翼和第三短刀翼沿钻头本体的分布角度依次为0°、82°、166°、230° ,292° 。
6.根据权利要求1或2所述的钢体五刀翼PDC钻头，其特征在于与主切削齿同侧位置的第三短刀翼的保径面上镶嵌有5颗保径齿，在与主切削齿同侧位置的其余的刚体刀翼的保径面上均镶嵌有4颗保径齿；或/和，每个保径面上均沿其法相垂直分布有7颗耐磨齿。
7.根据权利要求5所述的钢体五刀翼PDC钻头，其特征在于与主切削齿同侧位置的第三短刀翼的保径面上镶嵌有5颗保径齿，在与主切削齿同侧位置的其余的刚体刀翼的保径面上均镶嵌有4颗保径齿；或/和，每个保径面上均沿其法相垂直分布有7颗耐磨齿。
8.根据权利要求1或2所述的钢体五刀翼PDC钻头，其特征在于分别镶嵌在每个钢体刀翼上的主切削齿的仰角角度从钻头本体中心由内向外依次从15°递增至20° ;或/和，主切削齿选用规格为13mm或16mm或19mm的金刚石复合片；保径齿选用规格为8mm或IOmm或13mm的金刚石复合片；保径面的径向高度为2寸至3.5寸之间。
9.根据权利要求5所述的钢体五刀翼PDC钻头，其特征在于分别镶嵌在每个钢体刀翼上的主切削齿的仰角角度从钻头本体中心由内向外依次从15°递增至20° ;或/和，主切削齿选用规格为13mm或16mm或19mm的金刚石复合片；保径齿选用规格为8mm或IOmm或13mm的金刚石复合片；保径面的径向高度为2寸至3.5寸之间。
10.根据权利要求7所述的钢体五刀翼roc钻头，其特征在于分别镶嵌在每个钢体刀翼上的主切削齿的仰角角度从钻头本体中心由内向外依次从15°递增至20° ;或/和，主切削齿选用规格为13mm或16mm或19mm的金刚石复合片；保径齿选用规格为8mm或IOmm或13mm的金刚石复合片；保径面的径向高度为2寸至3.5寸之间。
【文档编号】E21B10/43GK203701985SQ201320881012
【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