專利名稱：一種復(fù)合切削結(jié)構(gòu)鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于石油及地質(zhì)鉆井用PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。
常規(guī)PDC鉆頭在均質(zhì)的松軟或中等硬度地層中具有機(jī)械鉆速快、壽命長(zhǎng)、進(jìn)尺高等優(yōu)點(diǎn)，但在軟硬交錯(cuò)、多夾層的非均質(zhì)地層中鉆進(jìn)時(shí)，工作性能很差，PDC復(fù)合片容易產(chǎn)生碎裂和過(guò)度磨損現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆頭先期損壞。其主要原因是PDC鉆頭以剪切方式破碎巖石，而在軟硬地層交界面鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭的結(jié)構(gòu)使得某些PDC片承受很大的扭轉(zhuǎn)力，容易引起鉆頭扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和軸向振動(dòng)，造成PDC復(fù)合片的碎裂或金剛石層的脫落。由于硬夾層的抗壓強(qiáng)度高，必須加大鉆壓才能使PDC復(fù)合片有效地吃入地層，容易造成PDC復(fù)合片由于發(fā)生高溫磨損而破壞。
本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠在軟硬交錯(cuò)、多夾層的非均質(zhì)地層中有效鉆進(jìn)的復(fù)合切削結(jié)構(gòu)鉆頭。本實(shí)用新型主要由鉆頭體、PDC復(fù)合片、刀翼、TSP(熱穩(wěn)定聚晶金剛石)齒和噴嘴組成。以PDC復(fù)合片為主切削結(jié)構(gòu)，TSP齒為輔助切削結(jié)構(gòu)，它們組成復(fù)合切削結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型是在刀翼前端焊接一排PDC復(fù)合片，后端焊接一排TSP(熱穩(wěn)定聚晶金剛石)齒在同一刀翼相同半徑上TSP(熱穩(wěn)定聚晶金剛石)齒比PDC復(fù)合片的出露高度低1.0mm左右，且布置在PDC復(fù)合片之后10～20mm處；TSP(熱穩(wěn)定聚晶金剛石)齒包含了各種形狀的熱穩(wěn)定聚晶金剛石。前端的PDC復(fù)合片為主切削結(jié)構(gòu)，后端的TSP齒為輔助切削結(jié)構(gòu)，且TSP齒比PDC復(fù)合片的出露高度低。
與常規(guī)PDC鉆頭相比，本實(shí)用新型在軟地層中鉆進(jìn)時(shí)，具有常規(guī)PDC鉆頭的所有性能特點(diǎn)。在多夾層的軟硬交界面鉆進(jìn)時(shí)，本實(shí)用新型仍以PDC復(fù)合片切削為主，但其后面的TSP齒參與了部分切削，承擔(dān)了部分鉆壓，限制了鉆頭每轉(zhuǎn)的切削量，降低了鉆頭的振動(dòng)幅度，減小了PDC復(fù)合片由于振動(dòng)所受的瞬時(shí)沖擊載荷，保護(hù)了PDC復(fù)合片，保證了鉆頭平穩(wěn)鉆進(jìn)，延長(zhǎng)了鉆頭的使用壽命。在硬夾層內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)，復(fù)合切削結(jié)構(gòu)上的TSP齒對(duì)巖石具有犁刨作用，在巖石表面劃出溝槽，增加了巖石表面的自由度，使得PDC復(fù)合片相對(duì)容易破碎巖石；同時(shí)TSP齒承擔(dān)了部分鉆壓，減小了PDC復(fù)合片由于鉆壓大而產(chǎn)生的高溫磨損。TSP齒輔助切削結(jié)構(gòu)能在軸向、橫向和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)中大大降低PDC復(fù)合片所承受的瞬間過(guò)量載荷，避免或減少了PDC復(fù)合片的沖擊損壞或高溫磨損，從而防止了鉆頭的先期損壞。當(dāng)穿過(guò)硬地層后，又同常規(guī)PDC鉆頭一樣正常鉆進(jìn)。因此本實(shí)用新型在軟硬交錯(cuò)、多夾層的地層中鉆進(jìn)時(shí)，比常規(guī)PDC鉆頭具有機(jī)械鉆速高、壽命長(zhǎng)、進(jìn)尺多等優(yōu)點(diǎn)，可節(jié)省大量鉆井費(fèi)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
說(shuō)明書(shū)附圖圖1.一種復(fù)合切削結(jié)構(gòu)鉆頭示意圖
1.鉆頭體 2.PDC復(fù)合片 3.刀翼 4.TSP齒 5.噴嘴現(xiàn)結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述本實(shí)用新型以PDC復(fù)合片[2]為主、以TSP齒[4]為輔的組成復(fù)合切削結(jié)構(gòu)，它們?cè)诘兑砩鲜前锤髯缘脑O(shè)計(jì)進(jìn)行分布排列的，TSP齒[4]比PDC復(fù)合片[2]的出露高度低1.0mm左右，TSP齒[4]距離PDC復(fù)合片[2]10～20mm，TSP齒[4]可以是立方體、長(zhǎng)方體、圓柱體、圓錐體以及各種形狀的熱穩(wěn)定聚晶金剛石。在鉆井過(guò)程中，首先把本實(shí)用新型與其它井下工具連接起來(lái)，下入井底，然后開(kāi)泵通過(guò)井下工具內(nèi)腔、鉆頭體[1]內(nèi)腔和噴嘴[5]循環(huán)鉆井液，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)設(shè)備將井下工具旋轉(zhuǎn)起來(lái)，并加鉆壓使其旋轉(zhuǎn)破碎巖石。在均質(zhì)地層中鉆進(jìn)時(shí)，本實(shí)用新型具有常規(guī)PDC鉆頭的性能特點(diǎn)。在多夾層的軟硬交界面鉆進(jìn)時(shí)，本實(shí)用新型仍以PDC復(fù)合片[2]切削為主，但TSP齒[4]承擔(dān)了部分鉆壓，限制每轉(zhuǎn)的切削量，并隨著PDC復(fù)合片[2]的磨損，TSP齒[4]對(duì)巖石具有犁刨作用，在硬地層表面劃出溝槽，使得PDC復(fù)合片[2]相對(duì)容易破碎巖石。同時(shí)，TSP齒[4]結(jié)構(gòu)能在軸向、橫向和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)中大大降低PDC復(fù)合片[2]所承受的瞬間過(guò)量載荷，避免或減少了PDC復(fù)合片[2]的沖擊損壞或高溫磨損，從而防止了鉆頭的先期損壞。這樣在多夾層地層鉆進(jìn)時(shí)，本實(shí)用新型比常規(guī)PDC鉆頭具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合切削結(jié)構(gòu)鉆頭，主要由鉆頭體[1]、PDC復(fù)合片[2]、刀翼[3]、TSP齒[4]和噴嘴[5]組成，其特征是在刀翼[3]前端焊接一排PDC復(fù)合片[2]，在刀翼[3]后端燒結(jié)固定一排TSP齒[4]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合切削結(jié)構(gòu)鉆頭，其特征是在同一刀翼[3]相同半徑上TSP齒[4]比PDC復(fù)合片[2]的出露高度低1.0mm左右，且布置在PDC復(fù)合片[2]之后10～20mm處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合切削結(jié)構(gòu)鉆頭，其特征是TSP齒[4]包含了各種形狀的熱穩(wěn)定聚晶金剛石。
專利摘要本實(shí)用新型屬于石油及地質(zhì)鉆井PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。主要由鉆頭體、PDC復(fù)合片、刀翼、TSP(熱穩(wěn)定聚晶金剛石)齒和噴嘴組成。在刀翼前端焊接一排PDC復(fù)合片,后端焊接一排TSP(熱穩(wěn)定聚晶金剛石)齒,PDC復(fù)合片為主切削結(jié)構(gòu),TSP為輔助切削結(jié)構(gòu),它們組成復(fù)合切削結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型能夠在軟硬交錯(cuò)、多夾層的非均質(zhì)地層中有效地鉆進(jìn),提高PDC鉆頭工作性能。
文檔編號(hào)E21B10/46GK2365388SQ98222580
公開(kāi)日2000年2月23日 申請(qǐng)日期1998年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月9日
發(fā)明者孫明光, 王福修, 侯池文, 張崇硯, 韓濤 申請(qǐng)人:勝利石油管理局鉆井工藝研究院