一种PDC钻头的制作方法

本实用新型涉及油气井工程技术领域，具体而言，涉及一种PDC钻头。

背景技术：

PDC钻头，就是聚晶金刚石复合片钻头。然而，PDC钻头通常采用碳化钨或钢体为基体，以金刚石为原料加入粘结剂在高温下烧结而成。

PDC钻头由于其钻屑量大，在其切削刀翼钻开地层时会产生大量的岩屑，产生的岩屑如果无法及时排出井眼，则容易造成钻好的井眼发生堵塞。一方面，增大了工作难度；另一方面，钻头和钻杆退出井眼时容易与岩屑接触造成钻具的损坏。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种PDC钻头，其能够有助于岩屑快速返回地面。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种PDC钻头，其包括钻头体和与钻头体连接的接头。钻头体沿其周向分布有多个切削刀翼。钻头体具有多个水眼，接头具有与每个水眼均连通的导液腔。导液腔连通有多个反向喷孔，每个反向喷孔朝向远离钻头体的方向延伸并贯穿接头的侧壁，每个反向喷孔的轴线均与接头的轴线相交。

在本实用新型较佳的实施例中，上述围成导液腔的侧壁沿其周向向外凹陷形成缓冲腔。缓冲腔与导液腔连通，每个反向喷孔均与缓冲腔连通。

在本实用新型较佳的实施例中，上述PDC钻头还包括导液环。导液环转动设置于缓冲腔。导液环设置有用于与反向喷孔连通的导液孔，导液孔贯穿导液环的侧壁。

在本实用新型较佳的实施例中，上述导液孔设置有多个。

在本实用新型较佳的实施例中，上述导液环的内壁设置有多个导液槽以使导液环在钻井液的驱动下沿与钻头体相同的旋转方向转动。每个导液槽贯穿导液环的远离钻头体的一侧底壁，每个导液槽的延伸方向与导液环的轴线不平行。

在本实用新型较佳的实施例中，上述每个导液槽的靠近钻头体一侧的深度小于导液槽的远离钻头体一侧的深度。

在本实用新型较佳的实施例中，上述接头内还设置有用于支撑导液环的旋转装置。

在本实用新型较佳的实施例中，上述旋转装置包括设置于缓冲腔内壁的第一凹槽、设置于导液环外壁并于第一凹槽对应的第二凹槽以及多个滚珠。第一凹槽和第二凹槽形成安装槽，多个滚珠滚动设置于安装槽内。

在本实用新型较佳的实施例中，上述安装槽为两个，两个安装槽并排设置。

在本实用新型较佳的实施例中，上述相邻两个所述切削刀翼之间具有刀翼间隙。每个刀翼间隙内设置有水眼。

本实用新型实施例的有益效果是：

通过在其接头设置多个反向喷孔，使得PDC钻头的导液腔内部的钻井液一方面能够通过水眼喷出，另一方面能够通过反向喷孔喷出。有助于钻井液携带钻头体钻下的岩屑返回地面，能够防止岩屑堵塞井眼，从而提高了钻井效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的PDC钻头的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的PDC钻头的第一视角结构示意图；

图3为本实用新型实施例一提供的PDC钻头的第二视角结构示意图；

图4为图3中沿Ⅳ-Ⅳ方向的剖面结构示意图；

图5为本实用新型实施例一提供的导液环的结构示意图；

图6为本实用新型实施例二提供的PDC钻头的结构示意图。

图标：100-PDC钻头；100a-PDC钻头；110-钻头体；111-切削刀翼；112-切削齿；113-刀翼间隙；114-喷头；115-水眼；120-接头；120a-接头；121-上接头；122-下接头；123-安装部；124-反向喷孔；125-导液腔；126-缓冲腔；127-第一凹槽；130-导液环；130a-导液环；131-导液孔；132-导液槽；133-第一端口；134-第二端口；135-第二凹槽；136-滚珠。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参照图1和图5，本实施例提供一种PDC钻头100，其包括钻头体110、连接于钻头体110的接头120以及设置于接头120内部的导液环130。

请参照图1和图2，钻头体110为圆柱体状结构的管材(即钻头体110的侧壁)，且圆柱体状的钢质管材的一端部向其轴向延伸并封闭该端部(即钻头体110的顶壁)，另一端部用于与接头120连接。钻头体110设置有多个切削刀翼111，多个切削刀翼111沿钻头体110的周向分布。为了保证切割效果，多个切削刀翼111螺旋设置于钻头体110。位于钻头体110顶壁部分的切削刀翼111用于切削钻开地层，位于钻头体110侧壁部分的切削刀翼111用于保持井眼尺寸。每个切削刀翼111的一端位于环形凸部的中心，另一端延伸至钻头体110的靠近于与接头120连接的端部。由于钻头体110为圆柱体状结构，且切削刀翼111沿钻头体110的周向分布，因此，PDC钻头100转动时，其旋转轨迹为圆形轨迹，从而可以消除多边形冲击力，从而提高PDC钻头100的使用寿命。

钻头体110可以根据钻井的需要设置成不同的尺寸，例如油田矿场常用的5in-17in之间的任意值。切削刀翼111可以根据钻头体110的尺寸设置为任意数量，例如切削刀翼111为6个、7个、8个或更多，切削刀翼111的数量不同并不会影响PDC钻头100的工作原理，在此仅以6个为例。每个切削刀翼111设置有多个切削齿112。多个切削齿112在切削刀翼111均匀分布。切削齿112可以根据钻头体110的尺寸和切削刀翼111的数量设置为任意数量，例如每个切削刀翼111设置有10个、11个、12个或更多个切削齿112。

切削齿112的一端部嵌入于切削刀翼111内，另一端部伸出切削刀翼111形成铲入部。铲入部凸出于切削刀翼111。每个切削刀翼111设置有的多个切削齿112的铲入部的延伸方向相同，多个切削刀翼111的切削齿112的铲入部的延伸方向也相同。为了保证切削的效果，从而达到井眼的要求，可以根据钻头体110的尺寸和切削刀翼111的数量将切削齿112设置为不同尺寸，还可以将切削齿112设置成多种形状。

例如，切削齿112为柱体状结构，可以理解为柱体状结构包括圆柱体、椭圆柱体和长方形柱体等。切削齿112包括第一端面、第二端面以及连接第一端面的第二端面的侧面。其中，切削齿112的第一端面嵌入到切削刀翼111内，切削齿112的第二端面凸出于切削刀翼111形成上述铲入部。

再例如，切削齿112为椎状结构，可以理解为椎体状结构包括圆锥体、四面体锥体和五面体锥体等。切削齿112包括端面和与端面连接并形成锥面的侧面。其中，切削齿112的侧面嵌入到切削刀翼111内，切削齿112的端面凸出于切削刀翼111形成上述铲入部。

承上述，通过设置切削刀翼111和切削齿112，PDC钻头100旋转的过程中能够沿圆形轨迹在地层内钻成井眼。同时，切削刀翼111和切削齿112能够形成较大的钻屑量，保证了钻井的效果。

钻头体110内部具有内腔，钻头体110的顶壁设置有多个贯穿其顶壁的水眼115。每个水眼115内均设置有喷头114。即每个水眼115均与空腔连通，PDC钻头100内部的钻井液通过水眼115向外喷出。具体地。相邻两个切削刀翼111之间具有刀翼间隙113，每个刀翼间隙113内设置有至少一个水眼115。例如钻头体110以设置6个切削刀翼111为例，则6个切削刀翼111之间形成6个刀翼间隙113，即每个刀翼间隙113至少设置有1个水眼115。通过设置多个和喷头114和水眼115，既能够方便PDC钻头100的钻开底层，又能够增加钻井液携带岩屑量，从而提高了钻井效率。

请参照图3和图4，接头120包括上接头121和下接头122。上接头121和下接头122为一体设置。上接头121远离下接头122的端部与钻头体110连接，上接头121和下接头122均用于与钻杆(图中未绘示)相配合，通过钻杆的旋转驱动PDC钻头100转动实现钻井。上接头121和下接头122内部具有空腔。钻头体110的空腔和接头120的空腔连通并形成导液腔125，即导液腔125位于下接头122的端部与钻杆连通，导液腔125位于钻头体110的端部与水眼115连通。上接头121的外壁面相对设置有安装部123，接头120通过安装部123实现与钻杆的配合。

上接头121的围成导液腔125的壁沿其周向向外凹陷形成缓冲腔126。缓冲腔126与导液腔125连通。上接头121的侧壁设置有多个反向喷孔124。每个反向喷孔124的一端与缓冲腔126连通，另一端朝向远离钻头体110的方向延伸并贯穿上接头121的侧壁。可以理解为，每个反向喷孔124均倾斜设置于上接头121，实现每个反向喷孔124的轴线与接头120的轴线相交。请进一步参照图4，反向喷孔124的轴线与接头120的轴线的夹角为α，则α为锐角。通过设置反向喷孔124，PDC钻头100在工作时，通过钻杆进入到PDC钻头100内部的钻井液，一方面能够通过水眼115喷出，另一方面能够通过反向喷孔124喷出。通过水眼115喷出的部分钻井液能够对钻头体110前方的地层进行冲涮有利于PDC钻头100钻开地层，并携带PDC钻头100钻开的岩屑返回地面。通过反向喷孔124喷出的部分钻井液能够进一步推动钻井液携带岩屑返回地面，能够防止岩屑堵塞井眼，从而提高钻井效率。

作为优选，α的角度以20°～45°为宜，在此角度下，能够加快通过水眼115喷出的钻井液与通过反向喷孔124喷出的钻井液的融合，防止两股钻井液之间相互影响，从而提高钻井液的携砂能力。

请参照图5，为了控制通过反向喷孔124喷出的钻井液的流量，接头120内设置有导液环130。导液环130转动设置于缓冲腔126内。导液环130为与缓冲腔126相配合的管状结构，导液孔131的内腔与导液腔125连通。具体地，导液环130的侧壁设置有多个导液孔131。每个导液孔131均贯穿于导液环130的侧壁。导液孔131在缓冲腔126内旋转至导液孔131与反向喷孔124对应的位置，实现导液腔125与反向喷孔124的连通，导液腔125内部的钻井液经由导液孔131进入到反向喷孔124内并最终喷出接头120。导液孔131在缓冲腔126内旋转至导液孔131与反向喷孔124非对应的位置，导液环130的侧壁将反向喷孔124关闭。通过导液环130以及反向喷孔124，实现对流经多个反向喷孔124的钻井液流量的控制。导液孔131设置有多个，例如导液孔131为2个、3个或4个等，可以理解为，设置的导液孔131的数量越多，导液孔131与反向喷孔124的连通的几率越高，流经反向喷孔124钻井液的流量越大。导液孔131的数量可以根据钻头体110的尺寸和切削刀翼111的数量进行合理选择，钻头体110的尺寸和切削刀翼111的数量会直接影响井眼的尺寸和岩屑的产量，因此，选用越大尺寸的钻头体110和越多数量的切削刀翼111，应该选用具有数量较多导液孔131的导液环130。

请参照图5，为了实现道导液环130在缓冲腔126内的旋转，导液环130的内壁设置有多个导液槽132。导液环130包括相对设置的第一端口133和第二端口134。导液环130安装于缓冲腔126内时，第一端口133位于导液环130的靠近钻头体110的一端，第二端口134位于导液环130的靠近下接头122的一端。每个导液槽132的两端分别贯穿于导液环130位于第一端口133的底壁和位于第二端口134的底壁，且每个导液槽132的延伸方向导液环130的轴线不平行。即每个导液槽132贯穿导液环130的远离钻头体110的一侧底壁。导液腔125内的钻井液流经导液环130，由于导液槽132与钻井液的流向不平行，实现通过钻井液驱动导液环130转动。

为了实现导液环130与钻头体110的转动方向相同，请参照图5，钻头体110逆时针旋转，导液槽132沿其第二端口134至第一端口133的朝向顺时针方向延伸。即导液槽132的中心线的平行线与导液环130的轴线夹角为β，则β为锐角。导液腔125内的钻井液向钻头体110方向流动，流经导液槽132的钻井液驱动导液环130向逆时针方向旋转，实现导液环130的转动方向与钻头体110的旋转方向的相同。通过控制导液环130的转动方向与钻头体110的旋转方向的相同，实现经由反向喷孔124喷出的钻井液的运动方向与经由水眼115喷出的钻井液的运动方向相同，有助于两股钻井液的融合，提供携砂能力，防止井眼堵塞。

作为优选，β的角度以45°～60°为宜，在此角度下，能够加快通过水眼115喷出的钻井液与通过反向喷孔124喷出的钻井液的融合，防止两股钻井液之间相互影响，从而提高钻井液的携砂能力。

为了保证导液环130在缓冲腔126内的运转，每个导液槽132的靠近第一端口133的深度小于其靠近第二端口134的深度。即每个导液槽132的靠近钻头体110一侧的深度小于导液槽132的远离钻头体110一侧的深度。通过控制导液槽132深度的变化，能够有助于来自导液环130第二端口134方向的钻井液流经导液槽132。

PDC钻头100的工作原理：PDC钻头100通过接头120设置于钻杆并实现导液腔125与钻杆的内腔连通。下钻时，通过钻杆向PDC钻头100输入钻井液，钻杆带动PDC钻头100旋转并钻开地层，通过水眼115和反向喷孔124喷出的钻井液携带岩屑返回地面，即实现钻井工作。

第二实施例

请参照图6，本实施例提供一种PDC钻头100a，其与第一实施例的PDC钻头100大致相同，二者的区别在于本实施例的PDC钻头100a的接头120a内还设置有用于支撑导液环130a的旋转装置(图中未标注)。

旋转装置包括安装槽(图中未标注)和多个滚珠136。具体地，安装槽包括对应设置的第一凹槽127和第二凹槽135。其中，第一凹槽127设置于缓冲腔126的内壁，第二凹槽135设置于导液环130的外壁。多个滚珠136均滚动设置于由第一凹槽127和第二凹槽135组成的安装槽内。通过设置转动装置，能够将导液环130a在缓冲腔126内的位置固定，防止导液环130a的位于第一端口133的底壁和位于第二端口134的底壁与缓冲腔126的内壁发生发擦，从而减少了导液环130a在缓冲腔126内转动的阻力。

作为优选，安装槽为两个，且两个安装槽并排设置。具体地，两个安装槽分别位于缓冲腔126内壁的反向喷孔124的两侧。即缓冲腔126的内壁具有两个第一凹槽127，导液环130a的外壁具有两个分别与第一凹槽127配合的第二凹槽135。通过这样的设置，能够进一步增加导液环130a在缓冲腔126内的稳定性，保证导液环130a的转动效果。

综上所述，本实用新型的PDC钻头100，通过在其接头120设置多个反向喷孔124，使得PDC钻头100的导液腔125内部的钻井液一方面能够通过水眼115喷出，另一方面能够通过反向喷孔124喷出。有助于钻井液携带钻头体110钻下的岩屑返回地面，能够防止岩屑堵塞井眼，从而提高了钻井效率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。