一种适用于定向钻井的PDC钻头的制作方法

本实用新型涉及石油钻探工具领域，特别是涉及一种适用于定向钻井的PDC钻头。

背景技术：

随着钻井技术发展，各油田都在不断地向更深、更复杂的地层发起挑战，

定向钻井技术在石油钻探工程中的应用也在迅速增加，定向井的数量越来越多。在定向钻井中，通常采用旋转与滑动相结合的方式钻取所需的井眼轨迹。为满足定向钻井的要求，提高钻井工程效率、降低钻井成本，优选定向钻头显得尤为重要。

常规定向钻头采用传统的圆形复合片，它与地层的接触面积大，在破岩时所需要的能量更大，在定向钻井过程中扭矩波动更大，导致工具面不稳定。以往常规定向钻头为了避免扭矩波动大的现象，从而增大内锥切削齿的后倾角，从而影响了破岩效率，导致机械钻速慢。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：为了解决现有技术中存在的问题，提出一种适用于定向钻井的PDC钻头，能够解决传统圆形复合片钻头在定向钻井造斜困难、工具面控制能力差、机械钻速慢的问题。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

一种适用于定向钻井的PDC钻头，包括钻头基体，钻头基体与接头相连接，钻头基体表面设有若干刀翼，所述刀翼上设有若干金刚石切削齿，所述相邻刀翼的间隙处设有排屑槽，所述排屑槽上设有若干喷嘴，所述金刚石切削齿为屋脊状金刚石切削齿(圆柱切削齿的金刚石层呈屋脊状)。

作为选择，所述屋脊状金刚石切削齿的金刚石层的切削刃夹角α为140°～170°，参考图2所示。

作为选择，所述屋脊状金刚石切削齿的脊柱面为弧面，其曲率半径R为0.5～1.5mm，参考图2所示。

作为选择，所述屋脊状金刚石切削齿的后倾角为10°～20°。作为优选，针对中硬地层，内锥的屋脊状金刚石切削齿的后倾角为13°～15°，鼻部、外锥的屋脊状金刚石切削齿的后倾角为15°～20°。作为优选，针对软地层，内锥屋脊状金刚石切削齿的后倾角为10°～13°，鼻部、外锥的屋脊状金刚石切削齿的后倾角为12°～17°。

作为选择，所述钻头规径长度L为1.0″～2.0″，参考图1所示。

作为选择，所述钻头内锥角β为150°～170°，参考图5所示。

作为选择，所述屋脊状金刚石切削齿的直径为13mm～19mm。

作为选择，所述屋脊状金刚石切削齿在刀翼上的装配方向为脊柱面沿该齿的法向方向。

作为选择，钻头基体表面设有六个刀翼。

前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案；并且本实用新型，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本实用新型的有益效果：

(1)此新型定向钻头采用屋脊状金刚石切削齿，与传统圆形复合片相比，它和地层的接触面积更小，在破岩时所需要的能量更少，在定向钻井过程中还能够减小扭矩波动，提高工具面的控制能力。能够解决传统圆形复合片钻头在定向钻井造斜困难、工具面控制能力差、机械钻速慢的问题。

(2)此新型定向钻头采用独特屋脊式几何结构的切削齿，提供了一种全新的破岩方式：剪切破岩与挤压破岩相结合，从而提高了破岩效率，而且还具有高的抗冲击能力和抗研磨能力，提高钻头的整体寿命。

(3)屋脊状金刚石切削齿近似拱形的结构，有利于岩屑的运移，避免岩屑在井底重复切削。

附图说明

图1是本实用新型一种适用于定向钻井的新型钻头结构示意图；

图2是屋脊状金刚石切削齿的立面结构示意图；

图3是屋脊状金刚石切削齿的立体结构示意图；

图4是屋脊状金刚石切削齿在钻头上的装配位置；

图5是钻头内锥角示意图；

图中标记：1-接头、2-排屑槽、3-钻头基体、4-刀翼、5-屋脊状金刚石切削齿、6-喷嘴、7-规径、8-脊柱面、9-金刚石层。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

参考图1-5所示，一种适用于定向钻井的新型钻头，钻头基体3与接头1相连接，钻头基体3表面设有若干个刀翼4，刀翼2上设有若干屋脊状金刚石切削齿5，相邻刀翼4的间隙处设有排屑槽2，排屑槽2上设有若干喷嘴6。钻头规径7长度L为1.0″～2.0″；钻头内锥角β为150°～170°；钻头上屋脊状金刚石切削齿5的金刚石层切削刃夹角α为140°～170°；屋脊状金刚石切削齿5的脊柱面8为弧面，其曲率半径R为0.5～1.5mm；屋脊状金刚石切削齿5后倾角为10°～20°；屋脊状金刚石切削齿5的直径为13mm～19mm；屋脊状金刚石切削齿5在刀翼4上的装配方向为脊柱面8沿该齿的法向方向，参考图4所示，图中X为法向方向。

作为示例，如本实施例所示，接头1和钻头基体3连接为一个整体。选择6刀翼设计，屋脊状金刚石切削齿5以后倾的方式布置在刀翼4上。针对中硬地层，屋脊状金刚石切削齿5直径选择16mm，内锥的金刚石切削齿5后倾角设计为13°至15°，鼻部、外锥的金刚石切削齿5后倾角设计为15°至20°；金刚石切削齿5的金刚石层切削刃夹角α取150°，脊柱面8曲率半径R取1.0mm，规径长度L选择1.5″。

由于采用上述技术方案，能够解决传统圆形复合片钻头在定向钻井造斜困难、工具面控制能力差、机械钻速慢的问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。