一种混合切削齿抗震PDC钻头的制作方法

本实用新型涉及一种pdc钻头，特别涉及一种混合切削齿抗震pdc钻头，属于石油天然气钻探设备技术领域。

背景技术：

随着我国石油勘探开发力度的日渐加大，深部超深部地层的油气资源不断被发现。但受制于钻头技术的局限性，目前使用的pdc钻头在深部含砾研磨性地层难以进行高效钻进，致使钻头钻遇此岩性地层时发生切削齿崩齿，机械效率降低，甚至出现钻头报废，起钻更换牙轮钻头过渡或者使用多只pdc钻头钻穿大段高研磨性地层，单只钻头进尺少，严重影响施工周期，额外增加钻井成本。因此，研制一种高抗磨性长寿命pdc钻头具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的pdc钻头钻遇大段砾岩层段时，容易出现崩齿导致机械钻速低、进尺少的问题，提供一种混合切削齿抗震pdc钻头，钻遇大段砾岩层段时机械效率高，使用寿命长，可增加进尺。

为解决以上技术问题，本实用新型的一种混合切削齿抗震pdc钻头，包括钻头本体，钻头本体的上端设有锥形公螺纹，钻头本体的下端设有冠部，冠部上分布有五个刀翼，其中两个主刀翼从冠部中心延伸至冠部外弧，两个主刀翼的相位相差144°~150°，三个辅刀翼从冠顶延伸至冠部外弧，其中一个辅刀翼位于主刀翼的一侧，另两个辅刀翼位于主刀翼的另一侧；相邻刀翼之间形成排屑槽，五条排屑槽中各设有一个脉冲喷嘴，冠部中心另设有一对脉冲喷嘴；各刀翼的切削面分别设有多个主切削齿，各主切削齿的基体为圆柱体且与刀翼连为一体，各主切削齿的工作面分别设有正三角形齿顶，各刀翼主切削齿的后排分别设有至少两颗减震合金齿。

相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：五个刀翼均对井眼圆周即底部进行切削，靠近钻头中心的区域由两个主刀翼进行切削，各脉冲喷嘴喷出的高速射流对各刀翼进行冲洗并冷却，将岩屑快速冲离井底，防止岩屑在井底堆积重复切削造成钻头损伤。各刀翼上的主切削齿为pdc合金齿，承担主要切削功能，切削含砾硬地层时，正三角形齿顶形成既锋利又坚硬的三棱形齿，比平面齿顶更容易切入地层。减震合金齿可以控制主切削齿的切入深度，与主切削齿共同对坚硬地层形成破坏，有效分担主切削齿所承受的冲击力，延长主切削齿的使用寿命，增加进尺，避免频繁起下钻更换钻头，提高深部坚硬地层的钻进效率。

作为本实用新型的改进，各脉冲喷嘴的口径为18～22mm，各排屑槽中的脉冲喷嘴的轴线与相应刀翼切削面之间的夹角为3°～10°，且喷射方向与钻头轴线的夹角为10°～30°。有利于最大限度冲洗冷却钻头，带动岩屑快速冲离井底，防止岩屑在井底堆积重复切削造成钻头损伤。

作为本实用新型的进一步改进，各主切削齿的正三角形齿顶的边长为19mm，倒角边为0.5mm，倒角角度为45°，后倾角为10°～20°。从几何原理出发，具有最佳稳定性，耐冲击性强，寿命更长。

作为本实用新型的进一步改进，所述减震合金齿为半球形、圆锥形或三角形碳化钨合金齿。圆锥形或三角形碳化钨合金齿既耐磨，又有较好的辅助切削能力，有利于普通坚硬地层保持一定的机械钻速；对于更加坚硬的地层，半球形碳化钨合金齿的稳定性更好，更加强调其减震性能，更有利于主切削齿的保护。

作为本实用新型的进一步改进，减震合金齿分布在各刀翼的顶部圆弧拐角处，各减震合金齿突出刀翼的高度与前方主切削齿的高度相同。圆弧拐角处接触井眼圆周与底部的结合部，受力最大，最容易造成主切削齿的崩齿，减震合金齿设置在此处，有利于对受力最大的主切削齿进行保护；减震合金齿的高度与主切削齿相同，更有利于控制主切削齿的切人深度，减震效果更好。

作为本实用新型的进一步改进，各脉冲喷嘴中沿轴线设有谐振腔，各脉冲喷嘴的外端口分别设有十字形嵌槽。十字形嵌槽便于外部工具嵌入并转动脉冲喷嘴，便于脉冲喷嘴的安装；谐振腔可以形成反馈压力振荡，如果压力激动的频率与喷嘴谐振腔的固有频率匹配，反馈的压力振荡就能得到放大，从而在喷嘴谐振腔内产生流体共振，形成驻波，使连续射流变成断续涡环流，从而得到更好的脉冲射流，冲刷性能更好。

作为本实用新型的进一步改进，各刀翼的外弧分别连接有向上延伸的凸台，各凸台的外端面分别设有保径齿，各凸台与主切削齿同侧的侧面分别设有倒划眼齿。保径齿可以对井眼圆周进行进一步切削，使井眼更加圆整；钻头向上提拉时，倒划眼齿可以划拨井眼，使钻头上行更加顺利。

作为本实用新型的进一步改进，各凸台的下方与刀翼的结合部分别设有16mm的辅助切削齿。辅助切削齿起到一定的切削作用，与19mm的主切削齿配合，可以兼顾上部软地层快速钻进及下部坚硬地层稳定破岩。

附图说明

图1为本实用新型混合切削齿抗震pdc钻头的主视图。

图2为图1的仰视图。

图3为图1的立体图。

图4为图2中脉冲喷嘴的主视图。

图5为图4的剖视图。

图6为图4的仰视图。

图7为图4的立体图。

图8为图1中主切削齿的主视图。

图9为图8的俯视图。

图10为图8的立体图。

图中：1.钻头本体；1a.锥形公螺纹；1b.冠部；2.主刀翼；3.辅刀翼；4.主切削齿；4a.正三角形齿顶；5.辅助切削齿；6.减震合金齿；7.保径齿；8.倒划眼齿；9.脉冲喷嘴；9a.谐振腔；9b.十字形嵌槽；10.排屑槽；11.凸台。

具体实施方式

如图1至图10所示，本实用新型的混合切削齿抗震pdc钻头包括钻头本体1，钻头本体1的上端设有锥形公螺纹1a，钻头本体1的下端设有冠部1b，冠部1b上分布有五个刀翼，其中两个主刀翼2从冠部中心延伸至冠部外弧，两个主刀翼2的相位相差144°~150°，三个辅刀翼3从冠顶延伸至冠部外弧，其中一个辅刀翼3位于主刀翼2的一侧，另两个辅刀翼3位于主刀翼2的另一侧；相邻刀翼之间形成排屑槽10，五条排屑槽10中各设有一个脉冲喷嘴9，冠部中心另设有一对脉冲喷嘴9；各刀翼的切削面分别设有多个主切削齿4，各主切削齿4的基体为圆柱体且与刀翼连为一体，各主切削齿4的工作面分别设有正三角形齿顶4a，各刀翼主切削齿4的后排分别设有至少两颗减震合金齿6。

五个刀翼均对井眼圆周即底部进行切削，靠近钻头中心的区域由两个主刀翼2进行切削，各脉冲喷嘴9喷出的高速射流对各刀翼进行冲洗并冷却，将岩屑快速冲离井底，防止岩屑在井底堆积重复切削造成钻头损伤。各刀翼上的主切削齿4为pdc合金齿，承担主要切削功能，切削含砾硬地层时，正三角形齿顶4a形成既锋利又坚硬的三棱形齿，比平面齿顶更容易切入地层。减震合金齿6可以控制主切削齿4的切入深度，与主切削齿4共同对坚硬地层形成破坏，有效分担主切削齿4所承受的冲击力，延长主切削齿4的使用寿命，增加进尺，避免频繁起下钻更换钻头，提高深部坚硬地层的钻进效率。

各脉冲喷嘴9的口径为18～22mm，各排屑槽10中的脉冲喷嘴9的轴线与相应刀翼切削面之间的夹角为3°～10°，且喷射方向与钻头轴线的夹角为10°～30°。有利于最大限度冲洗冷却钻头，带动岩屑快速冲离井底，防止岩屑在井底堆积重复切削造成钻头损伤。

各主切削齿4的正三角形齿顶4a的边长为19mm，倒角边为0.5mm，倒角角度为45°，后倾角为10°～20°。从几何原理出发，具有最佳稳定性，耐冲击性强，寿命更长。

减震合金齿6为半球形、圆锥形或三角形碳化钨合金齿。圆锥形或三角形碳化钨合金齿既耐磨，又有较好的辅助切削能力，有利于普通坚硬地层保持一定的机械钻速；对于更加坚硬的地层，半球形碳化钨合金齿的稳定性更好，更加强调其减震性能，更有利于主切削齿4的保护。

减震合金齿6分布在各刀翼的顶部圆弧拐角处，各减震合金齿6突出刀翼的高度与前方主切削齿4的高度相同。圆弧拐角处接触井眼圆周与底部的结合部，受力最大，最容易造成主切削齿4的崩齿，减震合金齿6设置在此处，有利于对受力最大的主切削齿4进行保护；减震合金齿6的高度与主切削齿4相同，更有利于控制主切削齿4的切人深度，减震效果更好。

各脉冲喷嘴9中沿轴线设有谐振腔9a，各脉冲喷嘴9的外端口分别设有十字形嵌槽9b。十字形嵌槽9b便于外部工具嵌入并转动脉冲喷嘴9，便于脉冲喷嘴9的安装；谐振腔9a可以形成反馈压力振荡，如果压力激动的频率与喷嘴谐振腔9a的固有频率匹配，反馈的压力振荡就能得到放大，从而在喷嘴谐振腔9a内产生流体共振，形成驻波，使连续射流变成断续涡环流，从而得到更好的脉冲射流，冲刷性能更好。

各刀翼的外弧分别连接有向上延伸的凸台11，各凸台11的外端面分别设有保径齿7，各凸台11与主切削齿4同侧的侧面分别设有倒划眼齿8。保径齿7可以对井眼圆周进行进一步切削，使井眼更加圆整；钻头向上提拉时，倒划眼齿8可以划拨井眼，使钻头上行更加顺利。

各凸台11的下方与刀翼的结合部分别设有16mm的辅助切削齿5。辅助切削齿5起到一定的切削作用，与19mm的主切削齿4配合，可以兼顾上部软地层快速钻进及下部坚硬地层稳定破岩。

以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。