专利名称：一种混合切削件钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油及地质钻井用PDC钻头的结构改进。
常规PDC钻头在均质的大段松软地层中具有机械钻速快、寿命长、进尺多等优点，但在含有硬夹层的非均质地层中钻进时，工作性能很差，PDC复合片易发生冲击损坏和高温磨损现象，引起钻头先期损坏。其主要原因是PDC钻头的破岩方式是剪切，而硬夹层的抗剪强度高，因而在钻进过程中PDC复合片承受着很大的扭转力，容易引起钻头扭转振动，造成PDC复合片冲击损坏，或发生金刚石层碎裂或整个金刚石层脱落。由于硬夹层的抗压强度高，所以为使PDC复合片有效地吃入地层，必须加大钻压，因而易使PDC复合片发生高温磨损破坏。
本实用新型的目的是提供一种改进的PDC钻头，它能够在含有硬夹层的非均质地层中有效地钻进。
本实用新型是这样实现的本实用新型采用主副切削件混合切削结构，主切削件为PDC复合片，副切削件为人造聚晶金刚石孕镶柱。在常规PDC钻头基础上，离钻头轴线二分之一钻头半径以外的区域，每一颗PDC复合片后面都布置一颗人造聚晶金刚石孕镶柱，且人造聚晶金刚石孕镶柱比PDC复合片的出露低。因而当本实用新型钻遇硬夹层时，人造聚晶金刚石孕镶柱可承但大部分钻压并参与切削，从而保护PDC复合片免受冲击损坏或高温磨损，防止钻头先期损坏而在较软层段中钻进时，本实用新型具有同常规PDC钻头一样快的机械钻速。这样就达到了在含有硬夹层的非均质地层中有效地钻进的目的。
由于本实用新型钻遇硬夹层时，人造聚晶金刚石孕镶柱能够保护PDC复合片免受冲击损坏或高温磨损，因而在含有硬夹层的非均质地层中钻进时，本实用新型的寿命长、平均机械钻速高，可降低钻井成本。
说明书附图图1.一种混合切削件钻头的局部切削件布置图图2.一种混合切削件钻头的切削结构剖面图
1.钻头体2.PDC复合片3.人造聚晶金刚石孕镶柱R-钻头半径r-二分之一钻头半径现结合说明书附图对本实用新型作进一步的描述本实用新型由钻头体[1]、PDC复合片[2]、人造聚晶金刚石孕镶柱[3]、喷嘴(图中未画出)及排屑槽(图中未画出)组成。在钻井过程中，首先把本实用新型与其它井下钻具连接起来，下入井底，然后开泵循环钻井液并加压旋转钻进。由于本实用新型采用PDC复合片[2]和人造聚晶金刚石孕镶柱[3]混合切削结构，人造聚晶金刚石孕镶柱[3]布置在PDC复合片[2]之后10～20mm处，且人造聚晶金刚石孕镶柱[3]比PDC复合片[2]的出露低1.0～2.5mm，因而钻进初期只有PDC复合片[2]参与切削，所以可保证最大机械钻速。但当钻遇硬夹层时，由于热磨损和冲击作用，PDC复合片[2]很快磨出平面，使人造聚晶金刚石[3]接触地层，因而降低了PDC复合片[2]上的钻压及扭转力，减小了热磨损和冲击作用对PDC复合片[2]的破坏几率。由于人造聚晶金刚石孕镶柱[3]的抗高温性及耐磨性远高于PDC复合片[2]，因而在硬夹层中钻进时，人造聚晶金刚石孕镶柱[3]承受着更大的钻压，此时本实用新型的钻进原理基本类似于普通金刚石钻头，但由于PDC复合片[2]仍参与切削，因而本实用新型的机械钻速要高于普通金刚石钻头。当再次钻遇软地层时，PDC复合片[2]又可吃入地层较深，取得象常规PDC钻头一样高的机械钻速。切削件离钻头轴线越远，旋转钻进时线速度越大，承受的动载荷越大、热磨损速度越快，因而越容易损坏。实践证明，对于常规PDC钻头，在离钻头轴线二分之一钻头半径以外的区域，PDC复合片容易损坏。因此，本实用新型在这一区域的每颗PDC复合片[2]后面都布置了一颗人造聚晶金刚石孕镶柱[3]，以对PDC复合片[2]提供保护。从保护PDC复合片[2]的意义上讲，人造聚晶金刚石孕镶柱[3]离PDC复合片[2]愈近愈好，但考虑到冷却效果，二者之间必须有一定的距离。综合以上两点，此距离在10～20mm范围内最为合适。
权利要求1.一种混合切削件钻头，主要由钻头体[1]、PDC复合片[2]和人造聚晶金刚石孕镶柱[3]组成，其特征是在离钻头轴线二分之一钻头半径以外的区域，每一颗PDC复合片[2]后面都布置一颗人造聚晶金刚石孕镶柱[3]。
2.根据权利要求1所述的混合切削件钻头，其特征是人造聚晶金刚石孕镶柱[3]比PDC复合片[2]的出露低1.0～2.5mm，且二者之间的距离为10～20mm。
专利摘要本实用新型属于石油及地质钻井用PDC钻头的结构改进。采用PDC复合片和人造聚晶金刚石孕镶柱混合切削结构,即在离钻头轴线二分之一钻头半径以外的区域,每一颗PDC复合片后面都布置一颗人造聚晶金刚石孕镶柱,使PDC复合片的热磨损速度减缓、钻头的抗冲击性增强,提高了PDC钻头钻穿硬夹层的能力,延长了PDC钻头的寿命。
文档编号E21B10/46GK2366548SQ9820921
公开日2000年3月1日 申请日期1998年4月21日 优先权日1998年4月21日
发明者王福修, 孙明光, 侯池文, 张崇砚 申请人:胜利石油管理局钻井工艺研究院