[实用新型]一种保护面上镶嵌PDC切削齿的空气锤钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于石油、天然气空气冲旋钻井的一种保护面上镶嵌PDC切削齿的空气锤钻头，尤其适合跨地层连续性的空气钻井作业。 

背景技术

常规泥浆钻井常使用牙轮钻头及PDC钻头，其破岩方式为钻压压持下的静压切削，针对软质地层破岩效果较好，但是在深部硬质地层及软硬交错地层破岩性能较差、机械转速偏低。牙轮钻头及PDC钻头多采用PDC切削齿，其特点是径向切削能力较强，但是由于PDC切削齿的设计初衷是保证牙齿在旋转钻井中具备较强的径向刮削能力，因此其抗轴向冲击载荷的能力较弱。 

空气锤钻井属于新兴钻井技术，其配套的平底冲击钻头（如专利号为201020565193.2的保径空气锤钻头及专利号为201020129018.9的双斜面空气锤钻头），作业时硬质合金球齿首先侵入岩石，进行高频冲击破碎，上部钻机传递的扭矩使硬质合金球齿对岩石进行回转切削，其破岩方式为冲击破碎为主，回转切削为辅。平底冲击钻头多采用硬质合金球齿，其特点是具有高效轴向冲击破岩的能力，但是其径向刮削能力相对PDC切削齿要弱很多。因此平底冲击钻头针对深部硬质地层破岩效果好，但是在软质地层及软硬交错地层破岩性能也不稳定、提速效果不大明显。 

相较于常规泥浆钻井，空气锤钻井具有多项技术优势：在深部硬质地层的高机械钻速、有利于高徒易斜构造地层防斜打快、有效治理恶性井漏、有利于发现低压低渗透油气层、有利于保护储层及提高采收率，具有巨大的应用前景及发展空间。随着空气锤钻井技术的迅速发展，单个钻头的进尺能力已经发展到几百甚至几千米，但是受制于平底冲击钻头使用地层的限制，空气锤钻井技术的使用范围也受到很大程度的影响。因此研究一种地层适应性强，能长时间、跨地层、连续性作业的空气锤钻头，必将大大推动空气锤钻井这项新技术的发展。 

实用新型内容

     本实用新型的目的是:为了解决平底冲击钻头在现场使用中出现的地层适用性不强的技术问题。针对空气冲旋钻井作业时地层跨度大、井深、钻遇地层岩性复杂多变等特性，本实用新型设计了一种全新的空气锤钻头，在中心平面上设计了内倾保护面，保护面上镶嵌PDC切削齿，并使PDC切削齿的齿顶较硬质合金球齿的齿顶低2～3mm，使硬质合金球齿承受绝大部分的冲击载荷，保证了PDC切削齿在轴向高频冲击载荷下的使用寿命，特别适合空气冲旋钻井跨地层连续性作业。 

     为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种保护面上镶嵌PDC切削齿的空气锤钻头，包括钻头体和钻头齿；所述的钻头体由中心平面、保护面、中心喷嘴、侧喷嘴构成；所述的钻头齿包括硬质合金球齿、PDC切削齿；所述的中心平面为圆形平面，设置在空气锤钻头体端面中心位置，在中心平面的外端设有径向对称分布的保护槽，保护槽的一侧面设为保护面，保护面与中心平面的夹角为15°～35°，在每个保护槽底面设有侧喷嘴， PDC切削齿镶嵌在内倾保护面上，中心平面上的硬质合金球齿的顶面较保护面上的PDC切削齿的顶面高2～3mm。 

     与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：在不影响钻头冲击破岩性能的基础上，在保护面上安置了PDC切削齿，大大强化了空气锤钻头的回转切削能力，钻头钻井作业时切削齿与硬质合金球齿各司其职，无论在软质地层、软硬交错地层或是硬质地层，该钻头都能保证较高的机械钻速，克服了平底冲击钻头在适用地层上的局限性。 

附图说明

     图1是一种保护面上镶嵌PDC切削齿的空气锤钻头的钻头体结构示意图； 

     图2是一种保护面上镶嵌PDC切削齿的空气锤钻头的钻头齿结构示意图。

1.中心平面； 2. 保护面；3.中心喷嘴；4. 侧喷嘴；5.硬质合金球齿；6.PDC切削齿。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

    参考附图1至图2，一种保护面2上镶嵌PDC切削齿6的空气锤钻头，包括钻头体和钻头齿；所述的钻头体由中心平面1、保护面2、中心喷嘴3、侧喷嘴4构成；所述的钻头齿包括硬质合金球齿5、PDC切削齿6；所述的中心平面1为圆形平面，设置在空气锤钻头体端面中心位置，在中心平面1的外端设有径向对称分布的保护槽，保护槽的一侧面设为保护面2，保护面2与中心平面1的夹角为15°～35°，在每个保护槽底面设有侧喷嘴4， PDC切削齿6镶嵌在内倾保护面2上，中心平面1上的硬质合金球齿5的顶面较保护面2上的PDC切削齿6的顶面高2～3mm。