适用于页岩气水平井的混合齿pdc钻头的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种适用于页岩气水平井的混合齿PDC钻头，包括钻头体、刀翼、PDC齿，其特征在于，钻头体、刀翼成为一体，PDC齿钎焊于刀翼的轮廓线上；所述刀翼的轮廓线从钻头心部到钻头外侧分别为内锥部分、冠顶部分和外锥部分，在冠顶部分上设置的PDC齿的直径大于在内锥部分和外锥部分上设置PDC齿的直径。本实用新型的钻头结构简单，在页岩气水平井中能够提高钻头的机械钻速和使用寿命，降低页岩气的开采成本。
【专利说明】适用于页岩气水平井的混合齿PDC钻头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及页岩气钻探工程技术，特别是一种适用于页岩气水平井的混合齿PDC钻头。
【背景技术】
[0002]PDC钻头具有机械钻速高、寿命长、工作平稳等特点越来越广泛地被应用于地质钻探等领域。PDC钻头是以钻头刀翼上的PDC齿作为工作元件，切削破碎井底岩石，使钻头获得进尺。一般而言，PDC齿的直径越小，越容易吃入地层。但在软地层中，直径较大的PDC齿和直径较小的PDC齿都能全部吃入地层，且直径较大的PDC齿出露于钻头表面的部分尺寸更大，因此在软地层中，使用直径较大的PDC齿的钻头，切削破岩石效率更高。
[0003]相反，在硬地层中，PDC齿只有很少一部分能够有效吃入地层。在同等钻压条件下，直径较小的PDC齿与岩石的接触的面积更小，比直径较大的PDC齿更容易压入井底岩石，因此在硬地层中，使用直径较小的PDC齿的钻头，切削破碎岩石的效率更高。
[0004]在研磨性地层中，PDC齿的磨损程度较大，较小直径的PDC齿含有的耐磨材料较小，因此寿命也较短，为了增加钻头的寿命又不得使用较大直径的PDC齿。特别是在刀翼的冠顶部分，这部分的PDC齿在研磨性地层中，其磨损速度要高于位于刀翼内锥部分和外锥部分的PDC齿。
[0005]现有的PDC钻头通常刀翼上的PDC齿的直径都相等，难以在钻头的破岩效率和钻头寿命取舍，使PDC钻头达到较好的利用率。为了提高钻头的破岩效率，中国实用新型专利说明书CN203584308U公开了一种同轨迹混合布齿型PDC钻头，该钻头的刀翼上采用了两种不等径的PDC齿，但在刀翼的冠顶部分实用了个别直径较小的PDC齿，甚至还小于位于内锥部分PDC齿的直径，一旦位于冠顶部分的小直径PDC受到磨损失效后，会导致整个钻头的快速失效。
[0006]在页岩气开发过程中，钻头要钻进长达1500米的水平段，对钻头的机械钻速和使用寿命有较高的要求。由于地层岩性硬，研磨性强，普通国产钻头只能在水平井中钻进200-300米，因此各钻井公司更喜欢能在水平井中钻进长达1000米的进口 PDC钻头。
实用新型内容
[0007]针对上述存在的问题，本实用新型要解决的技术问题是提供适用于页岩气水平井的混合齿PDC钻头，能够在页岩气水平井的硬研磨性地层中提高钻头的机械钻速和使用寿命，降低页岩气的开采成本。
[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下:
[0009]本实用新型适用于页岩气水平井的混合齿PDC钻头，包括钻头体、刀翼、PDC齿，其特征在于:钻头体、刀翼成为一体，PDC齿钎焊于刀翼的轮廓线上；所述刀翼的轮廓线从钻头心部到钻头外侧分别为内锥部分、冠顶部分和外锥部分，在冠顶部分上设置的PDC齿的直径大于在内锥部分和外锥部分上设置PDC齿的直径。
[0010]使用较小直径的PDC齿可以在硬地层中获得较高的破岩效率，设置较大直径的PDC齿，增加了 PDC齿的耐磨材料，增加钻头在研磨性地层中的使用寿命，特别是在钻头刀翼的冠顶部分，PDC齿更容易磨损，因此将直径较大的PDC齿设置在刀翼的冠顶部分。
[0011]在上述技术方案中，根据地层的硬度和研磨性，所述内锥部分和外锥部分的roc齿的直径可以相等或不相等。
[0012]由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0013]设置在内锥和外锥部分的小直径PDC齿，有利于提高冠顶部分PDC齿与地层的接触应力以及吃入地层的能力更强，因此能够提高钻头的机械钻速；随着钻头机械钻速的提高，可以减轻井底岩石对PDC齿的磨损，加之设置在冠顶部分较大直径PDC齿，更能够提高钻头的使用寿命。不等直径的PDC齿混合使用，在页岩气水平井的硬研磨性地层中提高钻头的机械钻速和使用寿命，降低页岩气的开采成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和本实用新型的实施方式对本实用新型做进一步详细说明。
[0015]图1是本实用新型的具体结构示意图。
[0016]图2是本实用新型的第一种实施方式。
[0017]图3是本实用新型的第二种实施方式。
[0018]图4是本实用新型的第三种实施方式。
[0019]图中标记:1_钻头体、2-刀翼、3-PDC齿、201-内锥部分、202-冠顶部分、203-外锥部分。
【具体实施方式】
[0020]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0021]图1示意地表示出了本实用新型的具体结构，包括钻头体1、刀翼2、PDC齿3，其特征在于:钻头体1、刀翼2成为一体，PDC齿3钎焊于刀翼2的轮廓线上；所述刀翼2的轮廓线从钻头心部到钻头外侧分别为内锥部分201、冠顶部分202和外锥部分203，在冠顶部分202上设置的PDC齿3的直径大于在内锥部分201和外锥部分203上设置PDC齿3的直径。
[0022]根据地层的硬度和研磨性，所述内锥部分201和外锥部分203的PDC齿3的直径相等或不相等。
[0023]由于常用的PDC齿的直径为13mm、19mm和16mm。现在就以上述PDC齿的直径为例，作为本实用新型【具体实施方式】。
[0024]实施例一:
[0025]如图2所示，设置在冠顶部分202上的PDC齿3的直径为19mm ;设置在内锥部分201和外锥部分202的PDC齿3的直径为16mm。
[0026]实施例二:
[0027]如图3所示，设置在冠顶部分202上的PDC齿3的直径为16mm ;设置在内锥部分201和外锥部分202的PDC齿3的直径为13mm。
[0028]实施例三:
[0029]如图4所示，设置在冠顶部分202上的PDC齿3的直径为19mm ;设置在内锥部分201和外锥部分202的PDC齿3的直径为13mm。
[0030]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.适用于页岩气水平井的混合齿PDC钻头，包括钻头体(1)、刀翼(2)、PDC齿(3)，其特征在于:钻头体(1)、刀翼(2)成为一体，PDC齿(3)钎焊于刀翼(2)的轮廓线上；所述刀翼(2)的轮廓线从钻头心部到钻头外侧分别为内锥部分(201)、冠顶部分(202)和外锥部分(203)，在冠顶部分(202)上设置的PDC齿(3)的直径大于在内锥部分(201)和外锥部分(203 )上设置PDC齿(3 )的直径ο
2.根据权利要求1所述的适用于页岩气水平井的混合齿PDC钻头，其特征在于:所述内锥部分(201)和外锥部分(203)的PDC齿(3)的直径相等或不相等。
【文档编号】E21B10/43GK204238860SQ201420710468
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】胡一希 申请人:四川万吉金刚石钻头有限公司