一种具有无中心切削结构的PDC钻头的制作方法

本实用新型涉及一种具有无中心切削结构的PDC钻头，具体应用于油气钻探设备中。

背景技术：

目前旋转钻井中的破岩工具主要采用制造周期短、使用寿命长、生产成本低的PDC钻头，现有技术中的PDC钻头受破岩原理和机械结构的限制，破岩形成岩屑的颗粒较小，在高钻时情况下，岩屑甚至以粉末状为主，不能有效满足地质录井通过岩屑对岩性辨别的要求，也限制了其在一些探井和水平井的应用，尤其是在接近储层井段的钻井过程中，往往需要起下钻头更换传统牙轮钻头，以碾压形式破碎岩石以获得大粒径的岩屑，提高岩性判断的准确度，钻井效率低。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能提高破碎的粒径，又保证机械转较快的具有无中心切削结构的PDC钻头。

本实用新型的一种具有无中心切削结构的PDC钻头，包括具有5个刀翼的冠部结构，其特征在于：所述冠部结构几何中心向内凹陷，单个刀翼的侧面轮廓线由内至外依次是钻头的中心轴线向外延伸的内直线段、与内直线段和钻头外径轮廓同时相切的圆弧段、钻头外径轮廓的外直线段三段构成，其中内直线段与钻头中心轴线的夹角为72°～74°、段长55～60cm，圆弧段半径40cm，外直线段长28～32cm；

所述冠部结构5个刀翼的侧面轮廓线均分布有切削齿，其中最靠近钻头几何中心的切削齿距钻头中心轴线距离为7～9mm；

所述切削齿的负切削角度数在内直线段为-18°，在圆弧段为-17°，在外直线段为-20°；

所述切削齿直径为16mm；单个刀翼上相邻切削齿间距在内直线段为2.3-3mm，圆弧段为2.5-5.5mm，外圆弧段为2-2.5mm；

所述冠部结构的几何中心设置有限位器，限位器由直径16mm的复合片构成，限位器与钻头中心轴线的夹角为60°；

所述冠部结构的相邻刀翼之间设置有流道，与限位器相对应的流道，较其他流道深23mm；

所述流道上设置有可拆卸的水眼，与限位器相对应的水眼距离钻头的几何中心最近，与限位器相对应的水眼距离限位器9mm。

本实用新型的具有无中心切削结构的PDC钻头，在有效破岩的同时，能够形成大粒径岩屑，减低了钻头的磨损，增加了机械钻速，延长使用寿命，提高地质录井岩性判断的准确性，减少起下钻次数。

附图说明

图1是本实用新型实施例的具有无中心切削结构的PDC钻头平面结构示意图；

图2是本实用新型实施例的具有无中心切削结构的PDC钻头单个刀翼的侧面轮廓线结构示意图。

具体实施方式

如图所示，一种具有无中心切削结构的PDC钻头，包括具有5个刀翼1的冠部结构，冠部结构几何中心向内凹陷并设置具有倾角的限位器2，限位器2与钻头中心轴线的夹角为60°，由直径16mm的复合片构成；钻头旋转钻进过程中，钻头的几何中心附近区域无法切削岩石，随着钻头进尺的增加，该部位可不断形成岩心柱，当岩心柱达到一定高度会遇到有倾角的限位器，将其折断。

单个刀翼1的侧面轮廓线由内至外依次是钻头的中心轴线向外延伸的内直线段3、与内直线段和钻头外径轮廓同时相切的圆弧段4、钻头外径轮廓的外直线段5三段构成，其中内直线段3与钻头中心轴线的夹角为72°～74°、段长55～60cm，圆弧段4半径40cm，外直线段5长28～32cm；冠部结构5个刀翼的侧面轮廓线均分布有切削齿6，其中最靠近钻头几何中心的切削齿距钻头中心轴线距离为7～9mm；切削齿6的负切削角度数在内直线段3为-18°，在圆弧段4为-17°，在外直线段5为-20°；切削齿6直径为16mm；单个刀翼上相邻切削齿间距在内直线段为2.3-3mm，圆弧段为2.5-5.5mm，外圆弧段为2-2.5mm。

本实施例中的其中内直线段3与钻头中心轴线的夹角为73°、段长58cm，圆弧段4半径40cm，外直线段长5长30cm，最靠近钻头几何中心的切削齿6，距钻头中心轴线距离为8mm；内直线段通过圆弧段平滑过渡至外直线段，切削齿负切削角和间距设置合理，保证了钻头可以有效破岩，减低了钻头的磨损，尤其是圆弧段的磨损，提高了钻头的机械钻速和使用寿命；最靠近钻头几何中心的切削齿，距钻头中心轴线有8mm的间隙，钻头旋转钻进过程中，钻头的几何中心附近区域无切削齿参与切削岩石。

冠部结构的相邻刀翼之间设置有流道8，与限位器相对应的流道81，较其他流道深23mm；流道上设置有可拆卸的水眼9，与限位器2相对应的水眼91距离钻头的几何中心最近，与限位器2相对应的水眼91距离限位器9mm；限位器折断的岩柱，在与限位器所对的可换水眼喷射出钻井液的作用力下通过较深的流道返出地面，同时限位器的尺寸设置合理，能形成较大粒径的岩屑。

本实用新型的具有无中心切削结构的PDC钻头，内直线段通过圆弧段平滑过渡至外直线段，切削齿负切削角和间距设置合理，保证了钻头可以有效破岩，减低了钻头的磨损，尤其是圆弧段的磨损，提高了钻头的机械钻速和使用寿命。最靠近钻头几何中心的切削齿，距钻头中心轴线有8mm的间隙，旋转钻进过程中，造成钻头的几何中心附近区域无切削齿参与切削岩石，随着钻头进尺的增加，该部位可不断形成岩心柱，当岩心柱达到一定高度会遇到有倾角的限位器，将其折断，并在与限位器所对的可换水眼喷射出钻井液的作用力下通过较深的流道返出地面。同时限位器的尺寸设置合理，避免了因尺寸过小，不能形成较大粒径的岩屑；同时考虑到目前主要钻井方式为复合钻井和滑动钻井相结合的方式，在螺杆的选用上主要采用带扶正器的单弯螺杆，限位器尺寸过大，会造成大粒径岩屑在扶正器段难于通过或由于扶正器的甩打作用将岩屑击碎。可以在探井和水平井中广泛使用，提高地质录井岩性判断的准确性，一方面能有效形成大粒径岩屑为地层岩性辨别和分层卡层提供依据；另一方面其机械钻速要高于牙轮钻头，满足快速钻进的要求；同时减少起下钻更换钻头的次数，提高钻井效率。