一种钻井用PDC钻头的制作方法

本发明属于PDC钻头领域，尤其是指一种钻井用PDC钻头。

背景技术：

PDC钻头为一整体式钻头，分为胎体式钻头和钢体式钻头两大类，整个钻头没有活动零部件，结构比较简单，大致由钻头基体、钻头切削齿、喷嘴及排屑槽等几部分组成。在过去的几年里，PDC切削齿的质量和类型都发生了巨大的变化，广泛运用于地质勘探、矿物开采，油气勘探等诸多领域。钻头在井底运动时，在不同硬度的岩层交界会产生不平衡力，导致钻孔出现偏差甚至损坏钻头，现急需要一种能稳定钻孔的钻头。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本发明提出一种钻头顶部呈螺旋线结构的PDC钻头，能有效的中和不平衡力，实现稳定钻孔。

本发明通过以下方案来实现：

一种钻井用PDC钻头，包括：

钻头本体，所述钻头本体内部有冲洗腔；

若干个切削刃，所述切削刃凸出地螺旋设置在所述钻头本体的冠部，切削刃的顶端沿逆时针方向依次降低形成与切削刃方向相反的螺旋线结构A，螺旋线结构A升角α不大于0.1°，任意两相邻的切削刃之间形成的角度β不相等，任意两相邻的角度β差值b不大于1°，任意两道相邻的切削刃之间形成排料槽，所有切削刃均在同一侧设置有若干切削齿；

若干个副切屑刃，所述副切屑刃凸出地设置在每个排料槽的正中并与所述排料槽具有相同的数量，所述副切削刃顶部位于最高切削刃顶部和最低切削刃顶部连线的中点上，所述副切削刃上在与所述切削刃同侧的方向上设置有若干辅助切削齿；

若干个冲洗口，所述冲洗口设置在任意两道相邻切削刀翼之间的排料槽内，所述冲洗口与所述冲洗腔连通。

a角度太大会导致切削力过于集中在一个刃口上，使钻头寿命减短；b太大会导致离心力加大，使切削不稳定。

优选的是，所述切削刃凸出的高度为钻头直径的0.05-0.2倍，所述副切削刃凸出的高度与所述切削刀翼凸出高度相当，过矮会导致排料槽排料不及时被堵塞，过高会使切削刃承受扭矩变大。

优选的是，所述切削刃设置3-5个，3个以下的切削刃不等高时，很难保证切削力的均匀分布，钻头容易跑偏，过多的切削刃则会使切削刃变小导致切削力不够。

优选的是，所述副切屑刃上设置有辅助冲洗孔，所述辅助冲洗孔与所述冲洗腔连通，每一个副切削刃上设置的辅助冲洗孔为3个。

本发明通过凸出设置在钻头本体冠部的多个切削刀翼之间形成排料槽，提高切削料的排出效率，并且通过冲洗空和辅助冲洗孔在钻头钻探过程中提供充分的切削液或压缩空气润滑，及时带走钻头的热量，起到对钻头的保护作用。

钻头切削刃不等高，每个切削齿受到的剪切力不同，钻头自身产生偏转，会形成一个新的不平衡力，由于单个切削刃的螺旋结构与整体顶部形成的螺旋线方向相反，会缓解一部分不平衡力，另外，由于相邻切削刃之间角度不同，整个钻头呈不对称结构，切削时会产生离心力，部分离心力和反切削力会与在切削不同硬度岩层时产生的不平衡力相互作用中和，同时，副切削刃设置成对称结构，可有效防止因不对称力过大而导致的钻头导向偏转，起保径作用。

本发明解决了钻头在井底产生不平衡力时钻头偏转的问题，大大提高了钻孔稳定性。

附图说明

图1为本发明一种钻井用PDC钻头实施例1的切削刃分布原理图。

图2为本发明一种钻井用PDC钻头实施例1的主视图。

图3为图2的俯视图。

图4为图2的仰视图。

附图标记如下：

1、钻头本体 11、冲洗腔 2、切削刃 21、排料槽22、切削齿 3、副切削刃 23、辅助切削齿 4、冲洗口A、螺旋线

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

图1为本发明一种钻井用PDC钻头实施例1的切削刃分布原理图，A为切削刃顶部形成的螺旋线，切削刃2和副切削刃3相互交错分布；由于角度值α、β和b均较小，具体结构上不做明确标示。

如图2所示，一种钻井用PDC钻头，包括钻头本体1，钻头本体1内部为冲洗腔11；三个切削刃2凸出地设置在钻头本体1的冠部，切削刃的顶端不在同一平面内，而是依次降低形成螺旋线结构，螺旋线结构升角α不大于0.1°，任意两相邻的切削刃之间形成的角度β不相等，在本实施例中，分别标示为β1，β2，β3，任意两相邻的角度β差值b不大于1°，即为|β1-β2|≤1，|β1-β2|≤1，|β1-β2|≤1，任意两道相邻的切削刃之间形成排料槽，所有切削刃均在同一侧设置有若干切削齿；每个排料槽的正中还设置有与切削刃具有相同的数量的副切削刃3，所有的副切削刃顶部位于最高切削刃顶部和最低切削刃顶部连线的中点上，所述副切削刃上在与所述切削刃同侧的方向上设置有若干辅助切削齿23；若干个冲洗口4，所述冲洗口4设置在任意两道相邻切削刀翼之间的排料槽内，所述冲洗口4与所述冲洗腔11连通，本实施例中冲洗口有12个，分别分布在主切削刃和副切削刃之间的排料槽的顶部和顶部。

本实施例中，螺旋线结构升角α为0.1°，角度太大会导致切削力过于集中在一个刃口上，使钻头寿命减短；差值b为1°，b太大会导致离心力加大，使切削不稳定。

本实施例中，切削刃凸出的高度为钻头直径的0.2倍，所述副切削刃凸出的高度与所述切削刀翼凸出高度相当，也可以略微高过切削刃，过矮会导致排料槽排料不及时被堵塞，过高会使切削刃承受扭矩变大。

本实施例中，所述切削刃设置3个，也可以设置4个或5个，3个以下的切削刃不等高时，很难保证切削力的均匀分布，钻头容易跑偏，过多的切削刃则会使切削刃变小导致切削力不够。

本实施例中，所述副切屑刃上设置有辅助冲洗孔，所述辅助冲洗孔与所述冲洗腔连通，每一个副切削刃上设置的辅助冲洗孔为3个。

本实施例中通过凸出设置在钻头本体冠部的多个切削刀翼之间形成排料槽，提高切削料的排出效率，并且通过冲洗空和辅助冲洗孔在钻头钻探过程中提供充分的切削液或压缩空气润滑，及时带走钻头的热量，起到对钻头的保护作用。

钻头切削刃不等高，每个切削齿受到的剪切力不同，钻头自身产生偏转，会形成一个新的不平衡力，由于单个切削刃的螺旋结构与整体顶部形成的螺旋线方向相反，会缓解一部分不平衡力，另外，由于相邻切削刃之间角度不同，整个钻头呈不对称结构，切削时会产生离心力，部分离心力和反切削力会与在切削不同硬度岩层时产生的不平衡力相互作用中和，同时，副切削刃设置成对称结构，可有效防止因不对称力过大而导致的钻头导向偏转，起保径作用。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。