一种高定向性的pdc钻头的制作方法

本实用新型涉及pdc钻头技术领域，具体涉及一种高定向性的pdc钻头。

背景技术：

目前，pdc钻头、天然金刚石钻头、孕镶钻头等被广泛用于油气开采和地质勘探，并取得了突出的使用效果。随着油气开采难度的不断加大，页岩气、大位移井等的开发都更多的依赖于定向钻井技术，因此需要有适合定向钻进的定向钻井钻头。

pdc钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称，其是地质钻探以及钻井工程等行业中最主要的破岩工具之一。pdc钻头的冠部剖面通常可划分为：内锥顶点、内锥面、鼻部、肩部、外肩部、保径。pdc钻头上的切削齿以合适的角度沿钻头径向布置在钻头冠部的刀翼上，布置在刀翼上的切削齿通过刮切或剪切的方式实现破岩。

现有定向pdc钻头为保证工作面的稳定性，钻头保径与井眼的间隙小，导致钻头的最大导向角度越小，存在造斜效率低的问题。

技术实现要素：

基于以上技术问题，本实用新型提供了一种高定向性的pdc钻头,从而解决了现有pdc钻头造斜效率低的技术问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种高定向性的pdc钻头，包括内部中空的钻头本体，钻头本体包括上部的切削部和下部的连接部，连接部设置有外螺纹；

所述切削部冠部的外表面均布有5条刀翼，刀翼肩部下方的保径从上到下形成外径递减的第一保径、第二保径、第三保径；每条刀翼上均设置有切削齿，所述相邻刀翼之间均形成排屑通道，切削部位于排屑通道位置设置有喷嘴，

所述切削部中心设置有中心切削装置，中心切削装置的高度高于切削齿的高度；中心切削装置包括连接杆和设置在连接杆顶部的切削装置，切削装置外径大于连接杆外径；

所述钻头本体中部竖直设置有套筒，套筒与钻头本体同轴设置且贯穿钻头本体；套筒外部圆周分布有5个连接板，连接板与钻头本体内壁连接，将钻头本体内腔分为5个出液腔，每个所述出液腔与喷嘴对应且连通；所述连接杆与套筒螺纹连接，连接杆水平设置有多个连接孔，套筒对应连接孔位置设置有安装孔，螺栓分别穿过连接孔和安装孔将连接杆和套筒固定。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型设置的第一保径、第二保径、第三保径外径依次减小，在保证钻头保径总长度不变的情况下，第一保径可以保证本实用新型工作面的稳定性，定向效果好，而第二保径和第三保径与井壁之间的间隙相对于现有钻头间隙增大，从而加大了钻头钻进方向可以变化的范围，提高了导向效率；

2、本实用新型中部设置的中心切削装置可以先破坏岩层的应力分布，使钻进更加容易，而且可以将本实用新型中部的岩层向周围刀翼上转速较高的切削齿处挤压，从而提高破岩效率，提高钻进速度；

3、由于中心切削装置最先与岩层接触，所以容易磨损，本实用新型中心切削装置与钻头本体活动连接，从而可以方便更换中心切削装置，避免中心切削装置与钻头本体设置为一体，中心切削装置磨损后不能更换的情况；中心切削装置与设置在钻头本体内的套筒通过螺栓和螺纹连接，不仅可以更连接更加紧固，而且可以保证中心切削装置和钻头本体连接的稳定性；

4、本实用新型设置的连接板不仅可以将套筒和钻头本体内壁连接，固定套筒，而且将钻头本体内腔分为5个独立的出液腔，使各个喷嘴出液压力相同，从而使钻头在出液过程中，受力更加平衡；在出液腔为一个整体的情况下，在其中某个喷嘴堵塞时，钻井液会从其他的喷嘴喷出，冲击被堵塞喷嘴的压力小，而本实用新型设置的独立出液腔更有利于将堵塞的喷嘴冲开。

优选的，所述中心切削装置包括设置在中心的主中心齿和以主中心齿为中心呈圆周分布的副中心齿，主中心齿的高度高于副中心齿的高度，副中心齿不仅可以提高中心切削装置的切削直径，保证工作的稳定性，也可以在主中心齿磨损后，使中心切削装置仍然可以使用。

优选的，所述副中心齿下部为圆柱体，上部为圆锥体，下部设置为圆柱体可以保证副中心齿的稳定性，避免副中心齿损坏，上部设置为圆锥体有利于提高破岩效率。

优选的，所述主中心齿的直径为15-30mm。

优选的，所述副中心齿的直径为5-15mm。

优选的，所述主中心齿与副中心齿之间的高度差为3-10mm，经发明人研究，主中心齿与副中心齿之间的高度差为3-10mm，不仅可以保证破岩效率，而且可以避免主中心齿折断。

附图说明

图1是本实用新型总体连接示意图；

图2是本实用新型中心切削装置示意图；

图3是本实用新型仰视图；

图中标记：1-钻头本体；2-切削部；3-连接部；4-刀翼；5-第一保径；6-第二保径；7-第三保径；8-切削齿；9-排屑通道；10-喷嘴；11-中心切削装置；12-连接杆；13-切削装置；14-套筒；15-连接板；16-出液腔；17-主中心齿；18-副中心齿。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合附图对本实用新型作详细说明。

如图1所示，一种高定向性的pdc钻头，包括内部中空的钻头本体1，钻头本体1包括上部的切削部2和下部的连接部3，连接部3设置有外螺纹；

所述切削部2冠部的外表面均布有5条刀翼4，刀翼4肩部下方的保径从上到下形成外径递减的第一保径5、第二保径6、第三保径7；每条刀翼4上均设置有切削齿8，所述相邻刀翼4之间均形成排屑通道9，切削部2位于排屑通道9位置设置有喷嘴10，

如图2所示，所述切削部2中心设置有中心切削装置11，中心切削装置11的高度高于切削齿8的高度；中心切削装置11包括连接杆12和设置在连接杆12顶部的切削装置13，切削装置13外径大于连接杆12外径；

如图3所示，所述钻头本体1中部竖直设置有套筒14，套筒14与钻头本体1同轴设置且贯穿钻头本体1；套筒14外部圆周分布有5个连接板15，连接板15与钻头本体1内壁连接，将钻头本体1内腔分为5个出液腔16，每个所述出液腔16与喷嘴10对应且连通；所述连接杆12与套筒14螺纹连接，连接杆12水平设置有多个连接孔，套筒14对应连接孔位置设置有安装孔，螺栓分别穿过连接孔和安装孔将连接杆12和套筒14固定。

所述中心切削装置11包括设置在中心的主中心齿17和以主中心齿17为中心呈圆周分布的副中心齿18，主中心齿17的高度高于副中心齿18的高度，所述副中心齿18下部为圆柱体，上部为圆锥体；所述主中心齿17的直径为15-30mm；所述副中心齿18的直径为5-15mm；所述主中心齿17与副中心齿18之间的高度差为3-10mm。

本实用新型的工作原理是：将连接部3与钻杆螺纹连接，钻进时，主中心齿17最先钻进岩层，破坏岩层的应力分布，并将破碎后的岩层挤压到周围的转速较高的副中心齿18和切削齿8处，副中心齿18和切削齿8将破碎后的岩层进一步破坏成岩屑，喷嘴10中喷出钻井液将破碎后的岩屑沿排屑通道9排出；在保证钻头保径总长度不变的情况下，第一保径5可以保证本实用新型工作面的稳定性，定向效果好，而第二保径6和第三保径7与井壁之间的间隙相对于现有钻头间隙增大，从而加大了钻头钻进方向可以变化的范围，提高了导向效率；

需要更换中心切削装置11时，将钻头本体1从钻杆上取下，将连接在连接杆12和套筒14之间连接的螺栓拆下，旋转中心切削装置11将中心切削装置11从钻头本体1拆下；而独立出液腔16可以使各个喷嘴10出液压力相同，从而使钻头在出液过程中，受力更加平衡，并且独立出液腔16有利于将被堵塞的喷嘴10冲开。

下面，结合具体实施例来对本实用新型做进一步详细说明。

具体实施例

实施例1

一种高定向性的pdc钻头，包括内部中空的钻头本体1，钻头本体1包括上部的切削部2和下部的连接部3，连接部3设置有外螺纹；

所述切削部2冠部的外表面均布有5条刀翼4，刀翼4肩部下方的保径从上到下形成外径递减的第一保径5、第二保径6、第三保径7；每条刀翼4上均设置有切削齿8，所述相邻刀翼4之间均形成排屑通道9，切削部2位于排屑通道9位置设置有喷嘴10，

所述切削部2中心设置有中心切削装置11，中心切削装置11的高度高于切削齿8的高度；中心切削装置11包括连接杆12和设置在连接杆12顶部的切削装置13，切削装置13外径大于连接杆12外径；

所述钻头本体1中部竖直设置有套筒14，套筒14与钻头本体1同轴设置且贯穿钻头本体1；套筒14外部圆周分布有5个连接板15，连接板15与钻头本体1内壁连接，将钻头本体1内腔分为5个出液腔16，每个所述出液腔16与喷嘴10对应且连通；所述连接杆12与套筒14螺纹连接，连接杆12水平设置有多个连接孔，套筒14对应连接孔位置设置有安装孔，螺栓分别穿过连接孔和安装孔将连接杆12和套筒14固定。

实施例2

本实施例基于实施例1做进一步优化，所述中心切削装置11包括设置在中心的主中心齿17和以主中心齿17为中心呈圆周分布的副中心齿18，主中心齿17的高度高于副中心齿18的高度，副中心齿18不仅可以提高中心切削装置11的切削直径，保证工作的稳定性，也可以在主中心齿17磨损后，使中心切削装置11仍然可以使用。

实施例3

本实施例基于实施例2做进一步优化，所述副中心齿18下部为圆柱体，上部为圆锥体，下部设置为圆柱体可以保证副中心齿18的稳定性，避免副中心齿18损坏，上部设置为圆锥体有利于提高破岩效率。

实施例4

本实施例基于实施例2做进一步优化，所述主中心齿17的直径为15-30mm。

实施例5

本实施例基于实施例2做进一步优化，所述副中心齿18的直径为5-15mm。

实施例6

本实施例基于实施例2做进一步优化，所述主中心齿17与副中心齿18之间的高度差为3-10mm，不仅可以保证破岩效率，而且可以避免主中心齿17折断。

如上所述即为本实用新型的实施例。本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下做出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。