适用于坚硬破碎地层取心的PDC混镶钻头的制作方法

本发明属于石油钻探工具，特别是涉及适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头。

背景技术：

1、随着各大油田勘探的不断深入，浅层油藏开发潜力逐年下降，深层油气资源的战略地位日趋重要。加快对深层油气的勘探开发是增产增储的重要途径。由于对深层油气的勘探开发的认识还比较肤浅，需要进行大量取心工作获取完整的岩心样本，以便对岩石力学性能及开采价值进行评估。

2、深部地层发育有泥页岩、灰岩、白云岩、角砾岩、硅质灰岩、花岗岩、混合花岗岩等等。目前，在坚硬破碎地层取心时通常使用高耐磨性的孕镶钻头或表镶金刚石取心钻头。虽然这两种钻头使用寿命较长，但是由于它们上边镶嵌的切削元件为金刚石，其粒度很小，只能对地层进行研磨，所以切削效率很低，导致破碎的岩心在井底长时间被研磨的可能性大，容易造成堵心的现象、收获率低。常规pdc取心钻头虽然切削效率高，但是切削齿容易崩损，表现出进尺少，导致频繁起下钻；没有采取低冲蚀喷嘴设计，容易造成破碎岩心不完整，收获率低，耽误钻井周期和增加钻井成本。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述问题，本发明旨在提供了适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头，解决了现目前深层坚硬破碎地层取心钻头所取岩心质量差和收获率低的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

3、提供了适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头，其包括钻头基体，钻头基体为中空结构，钻头基体内设置有防钻井液冲蚀挡板，防钻井液冲蚀挡板与取心工具卡箍座相配合；

4、钻头基体的上端面中间位置设置有圆环结构的隔水挡板，隔水挡板的外周外壁上环向设置有多个刀翼，相邻两个刀翼之间设置有排屑槽，每个排屑槽内设置有向外倾斜的水眼孔，每个水眼孔上设置有喷嘴堵头；每个刀翼上至少有两种切削元件混合布置；切削元件的种类包括pdc异型齿、孕镶齿、圆锥形齿和角锥型复合齿。

5、进一步地，刀翼的数量为6~10个；水眼孔的中心轴线与钻头基体轴线之间的夹角α为3°~10°。

6、进一步地，pdc异型齿包括四芒星眉毛齿和三角镖齿。

7、进一步地，四芒星眉毛齿包括第一齿座，第一齿座的顶部中间设置为球面结构，球面结构外侧环向均匀设置有4个三角形脊，每个三角形脊的夹角为δ，夹角δ的取值范围为120°~145°，每个三角形脊与水平面之间的夹角为θ，夹角θ的取值范围为0°~3°。

8、进一步地，三角镖齿包括第二齿座，第二齿座的顶部环向均匀设置有三条宽棱，相邻两条宽棱之间设置有锥面；每条宽棱的宽度为d，宽度d的取值范围为1.5mm~3mm；每个锥面与水平面之间的夹角为2°~5°。

9、进一步地，孕镶齿的顶部为尖端朝上的锲形结构，锲形结构的夹角为β，夹角β的取值范围为120°~150°，锲形结构的顶部倒圆角处理，锲形结构的圆角半径为r1，r1的取值范围为1mm~2mm；

10、孕镶齿由天然金刚石、不同粒度铸造wc和粘接金属热压合成；

11、天然金刚石的浓度为100-125%，天然金刚石包括粒度标记为18/20和25/30的金刚石颗粒；18/20金刚石颗粒的质量占比为40-50%，25/30金刚石颗粒的质量占比为50-60%。

12、进一步地，切削元件包括多个pdc异型齿和孕镶齿；

13、多个pdc异型齿间隔均匀纵向布置于刀翼的前排，多个孕镶齿同轨迹布置于多个pdc异型齿的后方，孕镶齿的出刃高度比pdc异型齿的出刃高度低0.5mm~1mm。

14、进一步地，切削元件包括多个pdc异型齿和孕镶齿；

15、多个孕镶齿纵向布置在刀翼前排，多个pdc异型齿同轨迹布置于多个孕镶齿的后方，pdc异型齿和孕镶齿的出刃高度相同。

16、进一步地，切削元件包括多个pdc异型齿和孕镶齿；

17、多个孕镶齿纵向布置在刀翼前排，多个pdc异型齿同轨迹布置于多个孕镶齿的后方，pdc异型齿和孕镶齿的出刃高度相同。

18、进一步地，，切削元件为多个pdc异型齿和圆锥形齿混合布置或者为多个pdc异型齿和角锥型复合齿混合布置；

19、多个pdc异型齿和圆锥形齿混合布置时，多个pdc异型齿布置于刀翼前排，多个圆锥齿布置在后排，单个圆锥齿所处半径位于前排两颗齿之间；

20、多个pdc异型齿和角锥型复合齿混合布置时，多个pdc异型齿布置于刀翼前排，多个角锥型复合齿布置在后排，单个角锥型复合齿所处半径位于前排两颗齿之间；

21、圆锥齿和角锥型复合齿的出刃高度均比pdc异型齿的出刃高度高0mm~0.5mm；角锥型复合齿设置有前倾角ε，前倾角ε的取值范围为10°~15°。

22、本发明的有益效果为：1、本发明中适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头，采用低冲蚀喷射方式，在钻头基体上设置有水眼孔以及在水眼孔上设置有喷嘴堵头，钻井液通过喷嘴堵头直接进入到钻头外侧，喷嘴堵头可以减少泥浆对岩心的冲蚀，保证岩心的完整性。通过设置防钻井液冲蚀挡板和隔水挡板，能够有效减小并防止钻井液冲蚀岩心，保证岩心的完整性，使之更容易进入取心筒，这样能够提高收获率和取心效率，并且还能够减少钻井液对岩心的污染。

23、2、本发明中适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头，通过在每个刀翼上混合布置至少两种切削元件，如pdc异型齿和孕镶齿混合布置、异型齿和圆锥形齿混合布置、pdc异型齿和角锥型复合齿混合布置；可以根据使用需求进行灵活组合，适配不同情况的地层。

技术特征：

1.适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头，其特征在于，包括钻头基体，所述钻头基体为中空结构，钻头基体内设置有防钻井液冲蚀挡板，所述防钻井液冲蚀挡板与取心工具卡箍座相配合；

2.根据权利要求1所述的适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头，其特征在于，所述刀翼的数量为6~10个；所述水眼孔的中心轴线与所述钻头基体轴线之间的夹角α为3°~10°。

3.根据权利要求1所述的适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头，其特征在于，所述pdc异型齿包括四芒星眉毛齿和三角镖齿。

4.根据权利要求3所述的适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头，其特征在于，所述四芒星眉毛齿包括第一齿座，所述第一齿座的顶部中间设置为球面结构，球面结构外侧环向均匀设置有4个三角形脊，每个所述三角形脊的夹角为δ，夹角δ的取值范围为120°~145°，每个三角形脊与水平面之间的夹角为θ，夹角θ的取值范围为0°~3°。

5.根据权利要求3所述的适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头，其特征在于，所述三角镖齿包括第二齿座，所述第二齿座的顶部环向均匀设置有三条宽棱，相邻两条所述宽棱之间设置有锥面；每条宽棱的宽度为d，宽度d的取值范围为1.5mm~3mm；每个所述锥面与水平面之间的夹角为2°~5°。

6.根据权利要求1所述的适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头，其特征在于，所述孕镶齿的顶部为尖端朝上的锲形结构，锲形结构的夹角为β，夹角β的取值范围为120°~150°，锲形结构的顶部倒圆角处理，锲形结构的圆角半径为r1，r1的取值范围为1mm~2mm；

7.根据权利要求1所述的适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头，其特征在于，所述切削元件包括多个pdc异型齿和孕镶齿；

8.根据权利要求6所述的适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头，其特征在于，所述切削元件包括多个pdc异型齿和孕镶齿；

9.根据权利要求1所述的适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头，其特征在于，所述切削元件包括多个前后排交错布置的pdc异型齿和孕镶齿；前排孕镶齿横向布置在刀翼上，其后面同轨迹布置pdc异型齿，前排pdc异型齿的后面同轨迹布置孕镶齿，pdc异型齿和孕镶齿的出刃高度相同。

10.根据权利要求1所述的适用于坚硬破碎地层取心的pdc混镶钻头，其特征在于，所述切削元件为多个pdc异型齿和圆锥形齿混合布置或者为多个pdc异型齿和角锥型复合齿混合布置；

技术总结
本发明提供了适用于坚硬破碎地层取心的PDC混镶钻头，属于石油钻探工具技术领域，PDC混镶钻头包括钻头基体，钻头基体内设置有防钻井液冲蚀挡板，防钻井液冲蚀挡板与取心工具卡箍座相配合；钻头基体的上端面设置有圆环结构的隔水挡板，隔水挡板的外周外壁上环向设置有多个刀翼，相邻两个刀翼之间设置有排屑槽，每个排屑槽内设置有向外倾斜的水眼孔；每个刀翼上至少有两种切削元件混合布置；切削元件的种类包括PDC异型齿、孕镶齿、圆锥形齿和角锥型复合齿。PDC混镶钻头能够解决现目前深层坚硬破碎地层取心钻头使用寿命短、机械钻速低以及所取岩心质量差、收获率低的情况。

技术研发人员：刘明,刘成亮,张多华,夏天,余祥港
受保护的技术使用者：成都迪普金刚石钻头有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12