一种具有多重切削功能的混合PDC钻头的利记博彩app

本实用新型涉及一种在石油钻探领域，尤其涉及一种具有多重切削功能的混合PDC钻头。

背景技术：

PDC钻头因其在软到中硬地层钻速快、进尺高而在石油地质钻井工程得到越来越广泛的应用，但是如果遇到坚硬地层和研磨性很强的地层，复合片会因为快速磨损或冲击破裂而失去切削能力，钻头很快失效。

根据资料调研，现有硬地层破岩混合钻头多是采用牙轮与PDC齿的混合钻头或采用PDC齿与孕镶金刚石块的混合钻头来提高钻头的耐磨性和切削能力。以下是查找的一些专利和文献资料。

专利号为“CN105275403”的中国专利公开了一种适用于硬地层的犁切型PDC钻头，包括钻头基体、刀翼、锥形PDC齿和聚晶金刚石复合片。聚晶金刚石复合片以后耙角切削岩石，锥形PDC齿则以正前角犁削岩石。锥形PDC齿顶部尖锐，容易吃入岩石，并在井底形成“犁沟”，释放井底岩石内应力，降低岩石强度；聚晶金刚石复合片工作面较大，可以大面积地切削岩石。两种不同结构PDC齿的有机结合，可大大提高钻头的破岩效率，有效解决硬地层钻井速度慢的问题，但无伦聚晶金刚石复合片还是锥形PDC齿的抗研磨性都不高，降低整个PDC钻头的寿命，这种钻头是单纯的增加切削齿对地层进行切削，这种结构使得钻头的生产成本很高，同时钻探效率低。

专利号为“CN105134084”的中国专利公开了一种预破碎混合布齿的PDC钻头，包括钻头主体，在钻头主体端头均布五组PDC刀翼，在每组PDC刀翼上沿径向布置有多个PDC切削齿和预破碎齿，每个PDC切削齿工作面的前方对应布置有同轨的预破碎齿，或者预破碎齿与对应的PDC切削齿布置在相邻的PDC刀翼上，并且对应的预破碎齿与PDC切削齿位于同定位半径和同定位高度；本发明可在一定程度增强PDC钻头在中硬及软硬交错地层的适应性，但无法大幅提高钻头在硬地层的破岩效率和使用寿命。

专利号为“CN105484673”的中国专利公开了一种孕镶金刚石钻头及制备方法，本发明公开一种孕镶金刚石钻头及制备方法，所述扇形工作齿包括交替均匀分布的主工作齿和辅工作齿，所述主工作齿和所述辅工作齿之间设置有水口。该孕镶金刚石钻头的扇形工作齿由不同性能、不同规格的主工作齿和辅工作齿交替间隔组合而成，主工作齿的硬度较高，耐磨性较强，是破碎岩石的主体部分，而辅工作齿的硬度较低，耐磨性较差，起辅助破碎岩石的作用和促进主工作齿破碎岩石的作用；适用于硬地层钻进，钻头寿命可得到显著提高，但由于磨削破岩，机械钻速较低。

专利号为“CN103835657”的中国专利公开了一种效率高的PDC钻头，本发明包括钻头体、均匀设置在钻头体上的6个刀翼、钻头体上端的喷嘴和钻头体下端的连接件，所述的刀翼包括上刀翼和位于上刀翼下端的下刀翼，所述的上刀翼上设置有两排切削齿，每排切削齿均有4个切削齿，所述的上刀翼与下刀翼不平行。其优点在于：不易造成岩屑堆积，钻进效率高，缺点是抗研磨性低，不应用于硬地层钻井。

文章“适合大港滨海区块硬地层的PDC钻头优化设计”中针对大港油田硬地层针对性的设计了一种PDC钻头，通过对PDC钻头的冠部轮廓、刀翼、布齿和水力性能等进行优化设计，得到了适合该地层的M432215.9mm七刀翼PDC钻头。随后实验证明比牙轮钻头有所提高，但由于仅采用一种PDC复合片，无法保证钻头的寿命和破岩速度，遇到硬度高、研磨性强的地层因无限位齿，容易崩齿而使钻头失效。

文章“适合于研磨性硬地层的新型孕镶金刚石钻头优化设计试验研究”中提及了一种新型孕镶金刚石钻头，该钻头通过室内试验优选胎体配方和金刚石参数，优化剖面形状并采用等间距高密度径向布齿及横卧和竖立两种方式，设计了一种新型孕镶金刚石钻头，现场应用表明比牙轮钻头的机械钻速和寿命均有提高，但同样因该钻头是单一齿型破岩，且攻击性不强，因此该钻头在井下工作时间会因孕镶齿的强抗研磨性而得到延长，但破岩速度则比PDC钻头降低，因此不利于硬地层破岩的提速增效。

因此，目前还没有比较理想的针对于硬地层钻井的PDC钻头。

技术实现要素：

本实用新型的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本实用新型而学习。

为克服现有钻头不能有效对硬度高、研磨性强的地层进行钻探的问题，本实用新型通过在刀翼上设置呈一定位置关系设置的PDC切削齿、金刚石复合片和金刚石孕镶块，从而能够针对硬度高、研磨性强的地层进行钻探，解决了现有钻头不能有效对此类地层进行钻探的问题。

本实用新型提供一种具有多重切削功能的混合PDC钻头，包括：

本体，其上设有若干个刀翼；

若干个金刚石复合片，设置在所述刀翼上；

若干个切磨齿，设置所述刀翼上，每个所述切磨齿均与其中一个所述金刚石复合片处于同一圆周运动轨迹上；所述切磨齿包括金刚石孕镶块和PDC切削齿中的至少一种。

可选地，处于在同一圆周运动轨迹上的所述金刚石复合片的顶端比所述切磨齿的顶端高1-3mm。

可选地，所述PDC切削齿设置在所述刀翼的冠部。

可选地，所述刀翼包括间隔设置的第一刀翼与第二刀翼；所述PDC切削齿仅设置在所述第二刀翼上。

可选地，所述金刚石复合片设置在所述刀翼的其中一侧边缘上。

可选地，所述金刚石复合片为圆锥形，所述圆锥形的顶点朝向所述与其处于同一圆周运动轨迹的所述切磨齿。

可选地，所述刀翼为4个或6个。

可选地，还包括泥浆流道，设置在相邻两个所述刀翼之间。

可选地，还包括喷嘴，设置在所述本体上。

可选地，所述喷嘴包括直径不同的第一喷嘴与第二喷嘴。

本实用新型公开了一种具有多重切削功能的混合PDC钻头，包括钻头本体，所述钻头本体上设置有若干个刀翼，刀翼均设置有若干个金刚石复合片；刀翼上均设置有若干个金刚石孕镶块；部分刀翼上设置有若干个PDC切削齿，PDC切削齿间隔设置于部分刀翼的冠部；在同一个刀翼上，每一个金刚石复合片对应设置在其中一个金刚石孕镶块或者PDC切削齿的运动轨迹上。利用金刚石复合片和金刚石孕镶块及PDC切削齿的不同特性的有机结合，能够对硬度较高的地层进行钻探，大大提高钻头的破岩效率和使用寿命，达到提高钻井效率，缩短钻井周期、降低钻井成本的目的。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本实用新型，本实用新型的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本实用新型的解释说明，而不构成对本实用新型的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本实用新型实施例的具有多重切削功能的混合PDC钻头的俯视示意图。

图2为图1所示的具有多重切削功能的混合PDC钻头的侧视图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型提供一种具有多重切削功能的混合PDC钻头，包括：本体4，其上设有若干个刀翼1a、1b；若干个金刚石复合片3，设置在刀翼上；若干个切磨齿，设置刀翼上，每个切磨齿均与其中一个金刚石复合片处于同一圆周运动轨迹上；切磨齿包括金刚石孕镶块2和PDC切削齿5中的至少一种，其中，PDC切削齿例如是为锥形PDC切削齿。具体来说，在同一个刀翼上，每一个金刚石复合片3均对应设置在其中一个金刚石孕镶块2或者PDC切削齿5的圆周运动轨迹上。这样在钻井时，能够使得同一轨迹上的金刚石孕镶块2及PDC切削齿5和金刚石复合片3对岩石进行同位置的接触，钻进效率更高，在进行坚硬地层钻进工作时，不管是金刚石复合片3还是金刚石孕镶块2或是PDC切削齿5先与地层接触，其工作时的轨迹都是一致的，这样能够快速而稳定地在地层中钻探出轨迹，使得钻头对地层的钻头工作效率高。

上述金刚石复合片3是一种金刚石和硬质合金基体组成的复合材料，具有硬度高、耐磨性好的特点，广泛应用于石油钻井、地质勘探等行业。金刚石孕镶块2是采用小粒度的金刚石烧结粘合在碳化钨胎体上组成的复合材料，用于对硬质岩层进行磨削。PDC切削齿5是由硬质合金基体和聚晶金刚石层两部分组成的复合材料，具有良好的耐磨性和抗冲击性，可以以前倾角犁削岩石，破岩阻力小，可以达到减小钻头旋转扭矩和扭矩波动、提高PDC钻头破岩效率和抗冲击性的目的。

本实施例中，刀翼包括间隔设置的第一刀翼1a与第二刀翼1b；而PDC切削齿5仅设置在第二刀翼1b上；也就是说，在第一刀翼1a上设有金刚石孕镶块2和金刚石复合片3，但是不存在PDC切削齿5；在第二刀翼1b上设有金刚石孕镶块2、金刚石复合片3以及PDC切削齿5。具体实施时，PDC切削齿5可以设置在第二刀翼1b的冠部6，该冠部6的较短且平缓，内锥较浅，如此可以增强钻头攻击力。

本实用新型将金刚石复合片3、PDC切削齿5和金刚石孕镶块2在同一钻头以及呈一定位置设置出现，使用这种钻头，在硬度大、研磨性强的地层中钻井时，在钻头工作初期，在钻压力的作用下，金刚石复合片3能“吃”入地层，以刃部锋锐的复合片切削岩石，PDC切削齿5和金刚石孕镶块2主要起到限制复合片过度“吃”入岩石的作用；当金刚石复合片3磨损到一定程度后，同轨布置在后排的PDC切削齿5和孕镶齿2开始参与破岩。PDC切削齿5可在光滑的井底犁出沟槽和产生微裂纹，改变井底岩石的应力状态，从而提高钻头的破岩效率。金刚石孕镶块2则磨削岩石，实现钻进，并减缓金刚石复合片3和PDC切削齿5的磨损速度，提高钻头的工作寿命。因此在硬度高、研磨性强地层的钻探中，使用这种钻头，可大大减少起下钻具的时间，节省钻井费用，解决了现有钻头不能有效对硬度高、研磨性强的地层进行钻探的问题。

本实施例中，金刚石复合片3设置在刀翼的其中一侧边缘上。且金刚石复合片3为圆锥形，圆锥形的顶点朝向与其处于同一圆周运动轨迹的切磨齿。

在另一实施例中，针对已知地质资料显示所钻井以坚硬、研磨性强地层为主，可以使同一个刀翼上处于在同一圆周运动轨迹上的金刚石复合片3的顶端比切磨齿即金刚石孕镶块2或PDC切削齿3的顶端高1-3mm，例如是2mm。也就是说，金刚石复合片3的顶端与金刚石孕镶块2或PDC切削齿5的顶端之间的具有高度差H，H为1-3mm，例如是2mm。需要说明的是，这种结构的混合PDC钻头，适用于以坚硬地层为主的钻井，即在“硬”地层，在大量的坚硬地层中钻进，钻头工作初期，金刚石复合片3能“吃”入地层，以刃部锋锐的金刚石复合片3切削岩石，PDC切削齿5和金刚石孕镶块2压在坚硬岩石上，主要起到限制金刚石复合片3过度“吃”入岩石的作用，但靠PDC切削齿5的犁切作用可在光滑的井底犁出沟槽和产生微裂纹，起到辅助破岩的作用，靠金刚石孕镶块2的“磨削”作用可减少金刚石复合片和PDC切削齿5的磨损，此时因金刚石孕镶块2和PDC切削齿5受力较小，基本不会出现磨损；当金刚石复合片3磨损到一定程度后，同轨布置在后排的金刚石孕镶块2和PDC切削齿5作为主破岩齿开始参与破岩，金刚石孕镶块2上的天然金刚石颗粒开始“磨削”岩石，产生很多的微裂缝，同时PDC切削齿5在光滑的井底犁出沟槽，并产生微裂纹，改变井底岩石的应力状态，辅助金刚石复合片切削岩石，从而提高钻头的破岩效率。当遇到少量软地层时，复合片“吃”入地层进行切削，可避免“泥包”，提高钻井效率。

具体实施时，刀翼可以为4个或6个，具体来说，该混合PDC钻头的刀翼比一般金刚石钻头的刀翼厚，因此，混合PDC钻头刀翼数一般为4刀翼或6刀翼，若刀翼个数低于4个，则会出现布齿密度低，使钻头的切削效率低，减少使用寿命；若刀翼个数大于6个，则会造成泥浆流道窄，对钻头的冷却和排屑不利；若刀翼个数为5个，则不利于三种破岩齿的均衡布置，容易导致钻头在井底破岩时的失稳。

在又一实施例中，钻头本体4采用强化水力结构，包括泥浆流道7，设置在相邻两个刀翼之间。泥浆流道7沿着钻头本体4的轴线向四周扩散，且每一个泥浆通道7对应设置在两个刀翼之间。此外，为保证刀翼上第二排金刚石孕镶块2或PDC切削齿5的冷却和排磨屑，在金刚石孕镶块2及PDC切削齿5和金刚是复合片3之间也设有泥浆流道，流道走向是由钻头的轴心线向四周扩散。需要说明的是，泥浆流道7便于排泄磨屑以及冲洗金刚石复合片3和金刚石孕镶块2及PDC切削齿，使得其能够快速降温，所以其数量需要进行特定的设计。

此外，还包括喷嘴，喷嘴的尺寸、位置及数量均需进行特定的设计，本实施例中，喷嘴包括直径不同的第一喷嘴8与第二喷嘴9。第一喷嘴8可以靠近刀翼的冠部设置，第二喷嘴9可以设置在相邻的刀翼之间。例如，喷嘴可以包括为3个直径为13的第一喷嘴以及6个直径为12的第二喷嘴；或包括2个直径为13的第一喷嘴以及4个直径为12的第二喷嘴。

本实用新型提供一种具有多重切削功能的混合PDC钻头，包括钻头本体，钻头本体上设置有若干个刀翼，刀翼上均设置有若干个金刚石复合片；刀翼上均设置有若干个金刚石孕镶块，部分刀翼的冠部上设置有若干个PDC切削齿；在同一个刀翼上，每一个金刚石孕镶块和PDC切削齿对应设置在其中一个金刚石复合片的运动轨迹上，本实用新型能够对坚硬且研磨性强的地层进行高效的钻探，解决了现有钻头不能有效对坚硬地层进行钻探的问题。

本实用新型提供的具有多重切削功能的混合PDC钻头可以应用于直井、定向井和水平井等井型的硬地层石油钻探领域，尤其适合于基地硬质花岗岩地层的钻进，可以达到提高钻头的破岩效率和使用寿命，缩短钻井周期、降低钻井成本的目的，具有广阔的应用前景。

以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质，可以有多种变型方案实现本实用新型。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。