CN105201414B - 火山岩用钻头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火山岩用钻头。该火山岩用钻头包括：胎体，其设置有多个刀翼，所述刀翼自所述胎体的头部沿所述胎体的外侧延伸至所述胎体的尾部；钻头本体，所述胎体设置于所述钻头本体的头部，所述钻头本体的头部能够连接至钻杆；其中所述刀翼的冠部包括构造为层状的孕镶切削块，当所述钻头旋转钻进时，所述孕镶切削块磨削岩石。采用这种火山岩用钻头钻进时研磨性好、钻进速度快。

Description

火山岩用钻头

技术领域

本发明涉及深井火山岩地层破岩技术领域，特别涉及一种火山岩用钻头。

背景技术

国内油田深井、超深井中深部地层普遍存在研磨性高、硬度大、可钻性差以及井壁失稳等特点，致使钻进机械在该类地层中的钻速低，钻井周期长。PDC(PolycrystallineDiamond Compact)钻头和孕镶金刚石钻头是两种不同的自锐性钻头，前者以切削破岩方式为主；后者以微剪切和研磨联合作用方式破碎岩石，通常与高速涡轮动力钻具配合使用，但是就现有技术来看，上述两种钻头在钻进火山岩等研磨性高的地层时，易出现难以吃入地层、机械钻速低的问题。塔里木盆地麦盖提地区二叠系火山岩发育，地层研磨性高、可钻性差、井壁易失稳垮塌，因此，急需一种抗研磨性好、钻进速度快、安全性能高的火山岩用钻头。

发明内容

针对上述的问题，本发明提出了一种火山岩用钻头，采用这种火山岩用钻头钻进时研磨性好、钻进速度快，由此缩短钻进工作的周期。

本发明提出了一种火山岩用钻头，包括：胎体，其设置有多个刀翼，刀翼自胎体的头部沿胎体的外侧延伸至胎体的尾部；钻头本体，胎体固着于钻头本体的头部，并且钻头本体的尾部能够连接至钻杆；其中刀翼的冠部包括构造为层状的孕镶切削块，当钻头旋转钻进时，孕镶切削块磨削岩石。

由此可以看出，由于该火山岩用钻头的刀翼上设置了能够切削岩石的孕镶切削块，钻头进入井底开始钻进工作时，首先呈层状的孕镶切削块磨削破碎岩石，另外孕镶切削块增加了钻头的工作厚度，而钻头与井底接触时的工作面积减少了，有效提高了钻头破岩的效率和钻头钻进的速度，由此缩短了钻进工作的周期。

在一个实施例中，孕镶切削块包括设置于其表层的表镶工作层，表镶工作层设置有天然金刚石。由此提高刀翼冠部的抗研磨性以及钻进速度。

在一个实施例中，孕镶切削块还包括孕镶工作层，孕镶工作层设置于表镶工作层的内侧，孕镶工作层中设置有人造金刚石单晶体。钻头在钻进过程中，当表镶工作层的天然金刚石消耗完后，再利用刀翼的孕镶工作层继续工作，以此提高钻头的使用寿命。

在一个实施例中，天然金刚石的粒度为8-10粒/克拉，人造金刚石单晶体的粒度为20-40目。天然金刚石和人造金刚石单晶体的粒度采用上述粒度可以在节省成本的同时有效地研磨岩石。

在一个实施例中，胎体的组分包括稀土元素。胎体中添加了稀土元素，使得钻头的抗弯强度提高30％-50％，硬度提高10％-15％。

在一个实施例中，孕镶切削块的工作厚度为20-30mm。由此在考虑成本的情况下提高钻头的寿命。

在一个实施例中，刀翼还包括保径部，保径部自刀翼的冠部沿所述胎体的外侧延伸，其中保径部沿钻头轴线方向的长度不小于90mm，由于保径部具有划眼和倒划眼的作用，刀翼的保径部采用上述尺寸使得刀翼的保径效果越好，提高钻井效果。

在一个实施例中，胎体的头部设置有6-10个水眼，并且水眼的直径为6-15mm。由此及时冲洗切削下来的岩石并且及时为连续工作的钻头冷却降温。

在一个实施例中，胎体头部的中心处非干涉式偏心设置三排齿，其中三排齿中的一排包括3个PDC复合片，三排齿中的另两排包括2个PDC复合片。由于PDC复合片具有耐磨性高、抗冲击韧性好的特点，胎体头部的中心处非干涉式偏心设置三排齿，避免了由于胎体头部的中心处转速低、线速度慢而导致的该中心处先行磨损的问题。

在一个实施例中，PDC复合片的直径为9-15mm。由此利于岩石的切削。

在一个实施例中，三排齿所在的以胎体头部的中心点为圆心的切削圆直径为30-100mm。从而提高钻头钻进的效率。

在一个实施例中，胎体设置有6个刀翼组，每个刀翼组包括间隔设置的2个刀翼，2个刀翼中任一个自切削圆弧呈放射状延伸至胎体头部的周缘，并且相邻的2个刀翼组之间设置有流道槽，流道槽自切削圆呈放射状延伸至胎体头部的周缘。由于流道槽呈放射状，增加流道槽的面积，利于钻头的及时冷却和排屑，同时岩块卡持在流道槽中。设置6个刀翼组，每个刀翼组包括2个刀翼，使得钻头的钻进切削性能更优。

与现有技术相比，本发明的优点在于，刀翼冠部的孕镶切削块的设置使得钻头与井底接触时的工作面积减少，胎体和孕镶切削块的强度增加，可承受较大的钻压和扭矩，使得钻头可以与中高速螺杆配合使用，由此提高了钻头的通用性，降低了钻井工作的成本，提高了钻头的钻速、单只钻头的进尺以及钻井效率，缩短钻井周期，提高油气田勘探开发进度。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是根据本发明的火山岩用钻头的俯视图；

图2是根据本发明的火山岩用钻头的剖视图。

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

本发明提供的火山岩用钻头包括胎体和钻头本体，胎体设置在钻头本体的头部，该钻头本体用于将钻头连接到钻杆上。下面将详细地描述本发明的钻头及其部分。

如图1和图2所示，胎体3设置有多个刀翼4，刀翼4自胎体3的头部沿胎体3的外侧延伸至胎体3的尾部；胎体3设置在钻头本体7的头部，钻头本体7的尾部能够连接到钻杆上，由此钻杆可以带动钻头旋转；其中刀翼4的冠部40包括构造为层状的孕镶切削块401，当钻头旋转钻进时，孕镶切削块401磨削岩石。

在一个优选实施例中，孕镶切削块401包括设置于其表层的表镶工作层，表镶工作层设置有天然金刚石。由此提高刀翼4的冠部40的抗研磨性以及钻进速度。

进一步地，孕镶切削块401还包括孕镶工作层，孕镶工作层设置于表镶工作层的内侧，孕镶工作层中设置有人造金刚石单晶体。钻头在钻进过程中，当表镶工作层的天然金刚石消耗完后，再利用刀翼4的孕镶工作层继续工作，以此提高钻头的使用寿命。

优选地，天然金刚石的粒度为8-10粒/克拉，人造金刚石单晶体的粒度为20-40目。天然金刚石和人造金刚石单晶体的粒度采用上述粒度可以再节省成本的同时有效地研磨岩石。

在一个优选的实施例中，胎体3的组分包括稀土元素。胎体3中添加了稀土元素例如镧或者铈，使得钻头的抗弯强度提高30％-50％，硬度提高10％-15％。

作为优选地，孕镶切削块401的工作厚度为20-30mm。由此提高刀翼的使用寿命。

进一步地，刀翼4还包括保径部41，保径部41自刀翼4的冠部40沿所述胎体3的外侧延伸，其中保径部41沿钻头轴线方向的长度不小于90mm。由于保径部41具有划眼和倒划眼的功能，所以在确保顺利钻进的情况下，较长的保径部41保径功能越好，钻井效果越好。

优选地，胎体3的头部设置有6-10个水眼2，并且水眼2的直径为6-15mm。由此及时冲洗切削下来的岩石并且及时为连续工作的钻头冷却降温。

另外，如图1所示，胎体3头部的中心处非干涉式偏心设置三排齿，其中三排齿中的一排包括3个PDC复合片1，三排齿中的另两排包括2个PDC复合片1。具体地，另两排中的一排靠胎体2头部的内侧设置，另两排中的另一排靠胎体2头部的外侧布置。以三排齿所在的以胎体3头部的中心点为圆心的切削圆8(参见图1)中，各排之间的PDC复合片1错开布置，以尽可能地使三排齿切削出一个完整的切削圆8，即三排齿在当钻头旋转钻进时，3个PDC复合片为一排切削过后，另两排上的PDC复合片把它所遗漏的岩石切削下来。通过这种布齿方式提高PDC复合片1的切削速度，提高钻头的钻进效率。

进一步地，PDC复合片1的直径为9-15mm。试验证明PDC复合片1采用上述尺寸可以较好的切削岩石。在一个优选的实施例中，三排齿所在的以胎体3头部的中心点为圆心的切削圆8的直径为30-100mm。

作为优选的实施例，参见图1所示，胎体3设置有6个刀翼组，每个刀翼组包括间隔设置的2个刀翼，2个刀翼中任一个自切削圆8呈放射状延伸至胎体3头部的周缘，并且相邻的2个刀翼4组之间设置有流道槽6，流道槽6自切削圆8呈放射状延伸至胎体3头部的周缘。由于流道槽6呈放射状，增加流道槽6的面积，利于钻头的及时冷却和排屑，同时放射状延伸的导流槽6避免了岩块卡持在流道槽6中。设置6个刀翼组，每个刀翼组包括2个刀翼4，使得钻头的钻进切削性能更优。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (12)

1.一种火山岩用钻头，其特征在于，包括：

胎体，其设置有多个刀翼，所述刀翼自所述胎体的头部沿所述胎体的外侧延伸至所述胎体的尾部；

钻头本体，所述胎体固着于所述钻头本体的头部，并且所述钻头本体的尾部能够连接至钻杆；

其中所述刀翼的冠部包括构造为层状的孕镶切削块，当所述钻头旋转钻进时，所述孕镶切削块磨削岩石；

所述胎体的头部的中心处非干涉式偏心设置三排齿，所述三排齿以所述胎体头部的中心点为圆心形成切削圆；

所述胎体设置有多个刀翼组，每个刀翼组包括间隔设置的2个刀翼，所述2个刀翼中的任一个自所述切削圆呈放射状延伸至所述胎体头部的周缘，并且相邻的2个刀翼组之间设置有流道槽，所述流道槽自所述切削圆呈放射状延伸至所述胎体头部的周缘；

所述胎体的头部设置有多个水眼，所述水眼分散性地设置于所述胎体头部与所述切削圆对应的位置和与所述流道槽对应的位置。

2.根据权利要求1所述的火山岩用钻头，其特征在于，所述孕镶切削块包括设置于其表层的表镶工作层，所述表镶工作层设置有天然金刚石。

3.根据权利要求2所述的火山岩用钻头，其特征在于，所述孕镶切削块还包括孕镶工作层，所述孕镶工作层设置于所述表镶工作层的内侧，所述孕镶工作层中设置有人造金刚石单晶体。

4.根据权利要求3所述的火山岩用钻头，其特征在于，所述天然金刚石的粒度为8-10粒/克拉，所述人造金刚石单晶体的粒度为20-40目。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的火山岩用钻头，其特征在于，所述胎体的组分包括稀土元素。

6.根据权利要求3所述的火山岩用钻头，其特征在于，所述孕镶切削块的工作厚度为20-30mm。

7.根据权利要求6所述的火山岩用钻头，其特征在于，所述刀翼还包括保径部，所述保径部自所述刀翼的冠部沿所述胎体的外侧延伸，其中所述保径部沿所述钻头轴线方向的长度不小于90mm。

8.根据权利要求3所述的火山岩用钻头，其特征在于，所述胎体的头部设置有6-10个水眼，并且所述水眼的直径为6-15mm。

9.根据权利要求8所述的火山岩用钻头，其特征在于，所述三排齿中的一排包括3个PDC复合片，所述三排齿中的另两排每排均包括2个PDC复合片。

10.根据权利要求9所述的火山岩用钻头，其特征在于，所述PDC复合片的直径为9-15mm。

11.根据权利要求9所述的火山岩用钻头，其特征在于，所述切削圆直径为30-100mm。

12.根据权利要求11所述的火山岩用钻头，其特征在于，所述胎体设置有6个刀翼组。