[实用新型]一种复合切削结构钻头

说明书

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钻头在均质的松软或中等硬度地层中具有机械钻速快、寿命长、进尺高等优点，但在软硬交错、多夹层的非均质地层中钻进时，工作性能很差，PDC复合片容易产生碎裂和过度磨损现象，导致钻头先期损坏。其主要原因是PDC钻头以剪切方式破碎岩石，而在软硬地层交界面钻进时，钻头的结构使得某些PDC片承受很大的扭转力，容易引起钻头扭转振动和轴向振动，造成PDC复合片的碎裂或金刚石层的脱落。由于硬夹层的抗压强度高，必须加大钻压才能使PDC复合片有效地吃入地层，容易造成PDC复合片由于发生高温磨损而破坏。

本实用新型的目的是提供一种能够在软硬交错、多夹层的非均质地层中有效钻进的复合切削结构钻头。本实用新型主要由钻头体、PDC复合片、刀翼、TSP(热稳定聚晶金刚石)齿和喷嘴组成。以PDC复合片为主切削结构，TSP齿为辅助切削结构，它们组成复合切削结构。

本实用新型是在刀翼前端焊接一排PDC复合片，后端焊接一排TSP(热稳定聚晶金刚石)齿：在同一刀翼相同半径上TSP(热稳定聚晶金刚石)齿比PDC复合片的出露高度低1.0mm左右，且布置在PDC复合片之后10～20mm处；TSP(热稳定聚晶金刚石)齿包含了各种形状的热稳定聚晶金刚石。前端的PDC复合片为主切削结构，后端的TSP齿为辅助切削结构，且TSP齿比PDC复合片的出露高度低。

与常规PDC钻头相比，本实用新型在软地层中钻进时，具有常规PDC钻头的所有性能特点。在多夹层的软硬交界面钻进时，本实用新型仍以PDC复合片切削为主，但其后面的TSP齿参与了部分切削，承担了部分钻压，限制了钻头每转的切削量，降低了钻头的振动幅度，减小了PDC复合片由于振动所受的瞬时冲击载荷，保护了PDC复合片，保证了钻头平稳钻进，延长了钻头的使用寿命。在硬夹层内钻进时，复合切削结构上的TSP齿对岩石具有犁刨作用，在岩石表面划出沟槽，增加了岩石表面的自由度，使得PDC复合片相对容易破碎岩石；同时TSP齿承担了部分钻压，减小了PDC复合片由于钻压大而产生的高温磨损。TSP齿辅助切削结构能在轴向、横向和扭转振动中大大降低PDC复合片所承受的瞬间过量载荷，避免或减少了PDC复合片的冲击损坏或高温磨损，从而防止了钻头的先期损坏。当穿过硬地层后，又同常规PDC钻头一样正常钻进。因此本实用新型在软硬交错、多夹层的地层中钻进时，比常规PDC钻头具有机械钻速高、寿命长、进尺多等优点，可节省大量钻井费用，具有显著的经济效益。

说明书附图：

图1.一种复合切削结构钻头示意图

附图说明：

1.钻头体 2.PDC复合片 3.刀翼 4.TSP齿 5.喷嘴

现结合说明书附图对本实用新型作进一步的描述：

本实用新型以PDC复合片[2]为主、以TSP齿[4]为辅的组成复合切削结构，它们在刀翼上是按各自的设计进行分布排列的，TSP齿[4]比PDC复合片[2]的出露高度低1.0mm左右，TSP齿[4]距离PDC复合片[2]10～20mm，TSP齿[4]可以是立方体、长方体、圆柱体、圆锥体以及各种形状的热稳定聚晶金刚石。在钻井过程中，首先把本实用新型与其它井下工具连接起来，下入井底，然后开泵通过井下工具内腔、钻头体[1]内腔和喷嘴[5]循环钻井液，启动旋转设备将井下工具旋转起来，并加钻压使其旋转破碎岩石。在均质地层中钻进时，本实用新型具有常规PDC钻头的性能特点。在多夹层的软硬交界面钻进时，本实用新型仍以PDC复合片[2]切削为主，但TSP齿[4]承担了部分钻压，限制每转的切削量，并随着PDC复合片[2]的磨损，TSP齿[4]对岩石具有犁刨作用，在硬地层表面划出沟槽，使得PDC复合片[2]相对容易破碎岩石。同时，TSP齿[4]结构能在轴向、横向和扭转振动中大大降低PDC复合片[2]所承受的瞬间过量载荷，避免或减少了PDC复合片[2]的冲击损坏或高温磨损，从而防止了钻头的先期损坏。这样在多夹层地层钻进时，本实用新型比常规PDC钻头具有更好的经济效益。