[发明专利]力平衡PDC钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油天然气钻井钻头，尤其是一种由钻头基体、PDC切削齿、喷嘴和排屑槽组成的力平衡PDC钻头。

背景技术

由于PDC钻头在软到中硬地层中具有机械钻速快、寿命长、进尺多的优点，所以在石油天然气钻井中被广泛应用。目前在用PDC钻头的布齿方法一般是在同一钻头半径位置布置1颗PDC切削齿，通过调整PDC切削齿的周向角、装配角、齿前角和侧转角来降低钻头的切削不平衡力，但是，这种布齿方法不能够将钻头的切削不平衡力降低到较低的程度，因此PDC钻头在钻进过程中容易发生回旋振动，导致PDC切削齿先期损坏，从而缩短PDC钻头的使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够防止回旋振动的力平衡PDC钻头。

为解决上述技术问题，本发明的力平衡PDC钻头主要由钻头基体、PDC切削齿、喷嘴和排屑槽组成，在钻头基体的每一个布齿的钻头半径位置都布置多于1颗的PDC切削齿，处于同一钻头半径位置的PDC切削齿沿周向均匀分布，而且具有相同的几何尺寸、相同的出露高度、相同的装配角、齿前角和侧转角。

本发明的力平衡PDC钻头，可以在钻头基体的每一个布齿的钻头半径位置都布置2颗PDC切削齿。

采用这样的布齿方式后，处于同一钻头半径位置的每颗PDC切削齿的切削岩石的面积都是相等的，所以它们受到的切向力和径向力的大小也都相等，但它们受到的切向力的矢量相加和径向力的矢量相加都等于零。由于在钻头基体的每一个布齿的钻头半径位置上都沿周向均匀布置了多于1颗的PDC切削齿，所以钻头基体上全部PDC切削齿受到的切向力的矢量相加和径向力的矢量相加都等于零，因此钻头基体上全部PDC切削齿受到的切向力和径向力的矢量相加也等于零。由于钻头的切削不平衡力是由PDC切削齿在切削岩石的过程中受到的切向力和径向力产生的，其矢量值就等于钻头基体上全部PDC切削齿受到的切向力和径向力的矢量和，所以本发明的切削不平衡力等于零，实现了力平衡设计。由于PDC钻头的回旋振动是由钻头的切削不平衡力引起的，所以本发明在钻进过程中能够防止回旋振动，避免PDC切削齿先期损坏，从而能够延长自身的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明力平衡PDC钻头一种实施方式的PDC切削齿布置示意图。

具体实施方式

图1所示的力平衡PDC钻头，主要由钻头基体1、PDC切削齿2、喷嘴3和排屑槽4组成，在每一个布齿的钻头半径位置都布置了2颗PDC切削齿2，这2颗PDC切削齿2在周向上相差180°，而且具有相同的几何尺寸、相同的出露高度和相同的装配角、齿前角、侧转角。

在使用时，首先把图1所示的力平衡PDC钻头与其它井下工具连接起来，一同下入井底，然后开泵循环钻井液并加压旋转钻进。在钻进过程中，从喷嘴3喷射出的钻井液不断通过排屑槽4将由PDC切削齿2切削掉的岩屑排放到井眼环形空间内。由于在钻头基体1的每一个布齿的钻头半径位置都布置了2颗PDC切削齿2，这2颗PDC切削齿2在周向上相差180°，而且具有相同的几何尺寸、相同的出露高度和相同的装配角、齿前角、侧转角，所以图1所示的力平衡PDC钻头的切削不平衡力等于零，在钻进过程中能够防止回旋振动，避免PDC切削齿2先期损坏，从而能够延长自身的使用寿命。