针对页岩的冲击物探钻头的布齿结构的制作方法

本发明涉及针对页岩的冲击物探钻头的布齿结构，属于油气资源钻井勘探领域。

背景技术：

随着世界的发展，石油和天然气作为当今世界的主要能源，对人类的发展和生活起着重要的作用，油气资源的勘探和开采对一个国家来说非常的重要。物探钻头作为钻井勘探油气的主要装备，在勘探领域发挥着重要的作用。

然而，目前大部分的钻井勘探公司都采用单一齿形的物探钻头勘探油气，钻头上所使用的合金齿基本上都是球形齿或者锥形齿。单一布齿结构的物探钻头并不适用于所有的地层，不同地层使用同种布齿结构的钻头在钻井的效率不同。针对典型岩层的地区，所使用的物探钻头没有特定的布齿结构，导致钻井的效率低，增加了钻井的成本。

为了解决这一问题，对于一些典型页岩地层的地区，提出了一种能提高钻井效率的冲击物探钻头的布齿结构。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决页岩地层钻头破岩效率低的问题，提出了针对页岩的冲击物探钻头的布齿结构。

本发明实现其目的所采用的技术方案是：

本发明针对页岩的冲击物探钻头的布齿结构，主要由一号双抛物线齿、一号单抛物线齿、二号双抛物线齿、二号单抛物线齿、一号球形齿、二号球形齿、三号球形齿、四号球形齿、五号球形齿、六号球形齿、钻头端面、钻头锥面组成；所述一号双抛物线齿布置在钻头端面中心区域，一号双抛物线齿的中心与钻头端面中心的距离为e，所述的距离e小于等于钻头端面半径的十分之一；所述的一号单抛物线齿、二号双抛物线齿、二号单抛物线齿由内到外按顺时针顺序依次布置在钻头端面，一号单抛物线齿的中心与钻头端面中心的距离为r2，二号双抛物线齿的中心与钻头端面中心的距离为r3，二号单抛物线齿的中心与钻头端面中心的距离为r4,其中r2、r3、r4的大小关系为r2<r3<r4，钻头端面的齿形布置，保证了九成的井底覆盖率；所述钻头锥面与钻头端面的夹角为45°；所述的一号球形齿、二号球形齿、三号球形齿、四号球形齿、五号球形齿、六号球形齿均布在钻头锥面。

所述一号单抛物线齿、二号单抛物线齿均由单抛物线沿着中心线旋转180°所得，单抛物线的数学公式为y＝a-ax²/b²，其中参数a表示单抛物线的高度，参数a的值根据地层的性质确定，地层越硬，参数a的值越小，参数b根据一号单抛物线齿和二号单抛物线齿的直径确定。

所述一号双抛物线齿、二号双抛物线齿剖面的双抛物线是由两条抛物线组成，一号双抛物线齿和二号双抛物线齿均由双抛物线沿着中心线旋转180°得到，对于组成双抛物线的两条抛物线公式均为y＝m-m(x-a)²/a²，其中的参数m根据地层的性质所确定，地层越硬，参数m的值越小，双抛物线齿的参数a与地层的软硬有关，地层越软，参数a的值越小，破岩效率越高。

物探冲击钻头上的布齿结构，一号双抛物线齿、一号单抛物线齿、二号双抛物线齿、二号单抛物线齿布置在钻头端面；一号球形齿、二号球形齿、三号球形齿、四号球形齿、五号球形齿、六号球形齿均布在冲击物探钻头锥面。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：1.钻头合金齿采用球形齿、单抛物线齿和双抛物线齿混合布置，具有很强的耐磨性和抗冲击特性；2.该布齿方案，针对以页岩为主的地层的破岩钻进，可提高物探钻头的使用寿命；3.各个切削齿均匀布置在钻头端部，保证了九成的井底覆盖率，钻头受力状况好，钻进破岩效率高。

附图说明

图1为本发明针对页岩的冲击物探钻头的布齿结构周向布齿结构图；

图2为本发明针对页岩的冲击物探钻头的布齿结构径向布齿结构图；

图3为本发明的单抛物线齿剖面图；

图4为本发明的双抛物线齿半剖面图；

图5为本发明钻头体上的布齿结构图；

图中：1.一号双抛物线齿；2.一号单抛物线齿；3.二号双抛物线齿；4.二号单抛物线齿；5.一号球形齿；6.二号球形齿；7.三号球形齿；8.四号球形齿；9.五号球形齿；10.六号球形齿；11.钻头端面；12.钻头锥面；13.六颗球形齿径向上的投影；14.单抛物线；15.双抛物线；16.中心线。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

如图1、图2所示，本发明针对页岩的冲击物探钻头的布齿结构，主要由一号双抛物线齿1、一号单抛物线齿2、二号双抛物线齿3、二号单抛物线齿4、一号球形齿5、二号球形齿6、三号球形齿7、四号球形齿8、五号球形齿9、六号球形齿10、钻头端面11、钻头锥面12组成；所述一号双抛物线齿1布置在钻头端面11中心区域，一号双抛物线齿1的中心与钻头端面11中心的距离为e，所述的距离e小于等于钻头端面11半径的十分之一；所述的一号单抛物线齿2、二号双抛物线齿3、二号单抛物线齿4由内到外按顺时针顺序依次布置在钻头端面11，一号单抛物线齿2的中心与钻头端面11中心的距离为r2，二号双抛物线齿3的中心与钻头端面11中心的距离为r3，二号单抛物线齿4的中心与钻头端面11中心的距离为r4,其中r2、r3、r4的大小关系为r2<r3<r4，钻头端面11的齿形布置，保证了九成的井底覆盖率；所述钻头锥面12与钻头端面11的夹角为45°；所述的一号球形齿5、二号球形齿6、三号球形齿7、四号球形齿8、五号球形齿9、六号球形齿10均布在钻头锥面12。

如图3所示，所述一号单抛物线齿2、二号单抛物线齿4均由单抛物线14沿着中心线旋转180°所得，单抛物线14的数学公式为y＝a-ax²/b²，其中参数a表示单抛物线14的高度，参数a的值根据地层的性质确定，地层越硬，参数a的值越小，参数b根据一号单抛物线齿2和二号单抛物线齿4的直径确定。

如图4所示，所述一号双抛物线齿1、二号双抛物线齿3剖面的双抛物线15是由两条抛物线组成，一号双抛物线齿1和二号双抛物线齿3均由双抛物线15沿着中心线16旋转180°得到，对于组成双抛物线15的两条抛物线公式均为y＝m-m(x-a)²/a²，其中的参数m根据地层的性质所确定，地层越硬，参数m的值越小，双抛物线齿的参数a与地层的软硬有关，地层越软，参数a的值越小，破岩效率越高。

如图5所示，物探冲击钻头上的布齿结构，一号双抛物线齿1、一号单抛物线齿2、二号双抛物线齿3、二号单抛物线齿4布置在钻头端面11；一号球形齿5、二号球形齿6、三号球形齿7、四号球形齿8、五号球形齿9、六号球形齿10均布在冲击物探钻头锥面12。

技术特征：

技术总结
本发明涉及针对页岩的冲击物探钻头的布齿结构，主要由单抛物线齿、双抛物线齿和球形齿组成；所述的钻头端面按照双抛物线齿、单抛物线齿、双抛物线齿、单抛物线齿的顺序由内到外依次布置，保证了九成的井底覆盖率；所述球形齿均匀布置在钻头锥面；所述单抛物线齿由单抛物线沿着中心线旋转180°所得；所述双抛物线齿剖面的双抛物线是由两条抛物线组成，双抛物线齿由双抛物线沿着中心线旋转180°得到。本发明针对典型页岩地层的地区，钻头合金齿采用球形齿、单抛物线齿和双抛物线齿混合布置，具有很强的耐磨性和抗冲击特性，该布齿方案，针对以页岩为主的地层的破岩钻进，可提高物探钻头的使用寿命。

技术研发人员：黄志强;周操;马亚超;张文琳;谢豆;朱晶;伍家屺
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2019.01.04
技术公布日：2019.03.08