一种多级阶梯形PDC钻头的制作方法

本实用新型涉及一种多级阶梯形PDC钻头，属于油气资源开采的机械钻具装置领域。

背景技术：

随着国内外对油气资源勘探开发力度的增大，使得油气资源开采目标开始向深部地层钻进。钻头是油气井钻进中直接破碎岩石的工具，钻头质量的好坏和钻头与岩性的相适应性，对提高钻进速度和降低钻井成本起着重要作用。

当前石油钻井中使用最多的是牙轮钻头和PDC钻头。常规PDC钻头在均质大段松软地层中钻进时，具有机械钻速快，寿命长，进尺多等优点，但对深部硬地层的适应性较差，机械钻速不稳定，PDC钻头的切屑齿易发生冲击损坏和高温磨损现象，引起钻头前期损坏，使用寿命短；而牙轮钻头主要靠冲击、压碎、小距离刮削方式破岩，破岩效率低，轴承寿命短。

阶梯型PDC钻头与其他钻头的主要区别是，它所钻出的井底剖面是阶梯形的。这种阶梯形的多自由面的井底，使得阶梯形PDC钻头具有与其它钻头不同的破岩方式。当钻头上的切屑齿作用在阶梯形的岩石上时，可同时产生两种破岩方式。一种是在回转力和轴向力的作用下，切削齿对岩石进行水平方向的切屑或剪切破碎；另一种是轴向力使切屑齿底下的岩石产生垂直方向的破碎。阶梯形PDC钻头对岩石进行分级破碎，破岩难度降低，每一级破岩面释放围岩中的应力，有助于改善稳定性从而减少震动失效，延长钻头寿命，改进井眼质量，节约成本。在相同的井底面积下采用阶梯形PDC钻头比直接采用较大尺寸的钻头钻进效果好，其适用于深部硬地层钻进。

技术实现要素：

本实用新型的目的为了提高破岩效率和钻进速度，提供一种多级阶梯形PDC钻头，克服现有单一石油钻头对于深部复杂地层钻进的不适应性，钻进速度慢及钻头磨损大的问题。

本实用新型采用的技术方案：

本实用新型一种多级阶梯形PDC钻头，由第一级破岩面、第二级破岩面和第三级破岩面组成。第一级破岩面中心部位是水眼，围绕水眼环形布有几排PDC齿；第二级破岩面与第一级破岩面之间有一定高度差；第二级破岩面上环形均匀布有PDC齿，每相邻两排PDC齿之间有一个水眼；第三级破岩面与第二级破岩面之间有一定高度差；第三级破岩面也环形布有几排PDC齿，每相邻两排PDC齿之间是排屑槽，排屑槽上有一个水眼；钻进液从内部流道通过水眼喷出，对钻头进行冷却并排出岩屑。

钻头工作时，在完全钻入地层后，形成阶梯形井底，阶梯形PDC钻头的每一级破岩面都同时作用岩石；破岩面的级数可以根据实际需要增加。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：1、对岩石进行分级破碎，降低破岩难度；2、可设计多级破岩面，改变每一级破岩面的破岩面积和每一级的高度差，达到对不同岩石破碎的适应性；3、克服钻头磨损严重的问题，提高破岩效率和钻进速度。

附图说明

图1为本实用新型一种多级阶梯形PDC钻头的结构示意图；

图2为图1的仰视图；

图3为图1的剖面图。

图中：1.第一级破岩面，2.第二级破岩面，3.第三级破岩面，4.排屑槽，5.水眼，6.PDC齿，7.内部流道，8.水眼，9.水眼。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3所示，一种多级阶梯形PDC钻头，由第一级破岩面1、第二级破岩面2和第三级破岩面3组成。第一级破岩面1中心部位是水眼5，围绕水眼5环形布有几排PDC齿6；第二级破岩面2与第一级破岩面1之间有一定高度差；第二级破岩面2上环形均匀布有PDC齿6，每相邻两排PDC齿6之间有一个水眼8；第三级破岩面3与第二级破岩面2之间有一定高度差；第三级破岩面3也环形布有几排PDC齿6，每相邻两排PDC齿6之间是排屑槽4，排屑槽4上有一个水眼9；钻进液从内部流道7通过水眼5喷出，对钻头进行冷却并排出岩屑。

钻头工作时，在完全钻入地层后，形成阶梯形井底，阶梯形PDC钻头的每一级破岩面都同时作用岩石，破岩面的级数可以根据实际需要增加。

工作原理：

在实际钻采过程中，第一级破岩面1首先接触岩石破岩，紧接着第二级破岩面2和第三级破岩面3破岩，在破岩过程中形成阶梯形的井底。通过分级逐步破碎岩石，提高了钻头对深部硬地层破岩的破岩效率。