專利名稱：一種混合切削件鉆頭的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于石油及地質鉆井用PDC鉆頭的結構改進。
常規(guī)PDC鉆頭在均質的大段松軟地層中具有機械鉆速快、壽命長、進尺多等優(yōu)點，但在含有硬夾層的非均質地層中鉆進時，工作性能很差，PDC復合片易發(fā)生沖擊損壞和高溫磨損現象，引起鉆頭先期損壞。其主要原因是PDC鉆頭的破巖方式是剪切，而硬夾層的抗剪強度高，因而在鉆進過程中PDC復合片承受著很大的扭轉力，容易引起鉆頭扭轉振動，造成PDC復合片沖擊損壞，或發(fā)生金剛石層碎裂或整個金剛石層脫落。由于硬夾層的抗壓強度高，所以為使PDC復合片有效地吃入地層，必須加大鉆壓，因而易使PDC復合片發(fā)生高溫磨損破壞。
本實用新型的目的是提供一種改進的PDC鉆頭，它能夠在含有硬夾層的非均質地層中有效地鉆進。
本實用新型是這樣實現的本實用新型采用主副切削件混合切削結構，主切削件為PDC復合片，副切削件為人造聚晶金剛石孕鑲柱。在常規(guī)PDC鉆頭基礎上，離鉆頭軸線二分之一鉆頭半徑以外的區(qū)域，每一顆PDC復合片后面都布置一顆人造聚晶金剛石孕鑲柱，且人造聚晶金剛石孕鑲柱比PDC復合片的出露低。因而當本實用新型鉆遇硬夾層時，人造聚晶金剛石孕鑲柱可承但大部分鉆壓并參與切削，從而保護PDC復合片免受沖擊損壞或高溫磨損，防止鉆頭先期損壞而在較軟層段中鉆進時，本實用新型具有同常規(guī)PDC鉆頭一樣快的機械鉆速。這樣就達到了在含有硬夾層的非均質地層中有效地鉆進的目的。
由于本實用新型鉆遇硬夾層時，人造聚晶金剛石孕鑲柱能夠保護PDC復合片免受沖擊損壞或高溫磨損，因而在含有硬夾層的非均質地層中鉆進時，本實用新型的壽命長、平均機械鉆速高，可降低鉆井成本。
說明書附圖圖1.一種混合切削件鉆頭的局部切削件布置圖圖2.一種混合切削件鉆頭的切削結構剖面圖
1.鉆頭體2.PDC復合片3.人造聚晶金剛石孕鑲柱R-鉆頭半徑r-二分之一鉆頭半徑現結合說明書附圖對本實用新型作進一步的描述本實用新型由鉆頭體[1]、PDC復合片[2]、人造聚晶金剛石孕鑲柱[3]、噴嘴(圖中未畫出)及排屑槽(圖中未畫出)組成。在鉆井過程中，首先把本實用新型與其它井下鉆具連接起來，下入井底，然后開泵循環(huán)鉆井液并加壓旋轉鉆進。由于本實用新型采用PDC復合片[2]和人造聚晶金剛石孕鑲柱[3]混合切削結構，人造聚晶金剛石孕鑲柱[3]布置在PDC復合片[2]之后10～20mm處，且人造聚晶金剛石孕鑲柱[3]比PDC復合片[2]的出露低1.0～2.5mm，因而鉆進初期只有PDC復合片[2]參與切削，所以可保證最大機械鉆速。但當鉆遇硬夾層時，由于熱磨損和沖擊作用，PDC復合片[2]很快磨出平面，使人造聚晶金剛石[3]接觸地層，因而降低了PDC復合片[2]上的鉆壓及扭轉力，減小了熱磨損和沖擊作用對PDC復合片[2]的破壞幾率。由于人造聚晶金剛石孕鑲柱[3]的抗高溫性及耐磨性遠高于PDC復合片[2]，因而在硬夾層中鉆進時，人造聚晶金剛石孕鑲柱[3]承受著更大的鉆壓，此時本實用新型的鉆進原理基本類似于普通金剛石鉆頭，但由于PDC復合片[2]仍參與切削，因而本實用新型的機械鉆速要高于普通金剛石鉆頭。當再次鉆遇軟地層時，PDC復合片[2]又可吃入地層較深，取得象常規(guī)PDC鉆頭一樣高的機械鉆速。切削件離鉆頭軸線越遠，旋轉鉆進時線速度越大，承受的動載荷越大、熱磨損速度越快，因而越容易損壞。實踐證明，對于常規(guī)PDC鉆頭，在離鉆頭軸線二分之一鉆頭半徑以外的區(qū)域，PDC復合片容易損壞。因此，本實用新型在這一區(qū)域的每顆PDC復合片[2]后面都布置了一顆人造聚晶金剛石孕鑲柱[3]，以對PDC復合片[2]提供保護。從保護PDC復合片[2]的意義上講，人造聚晶金剛石孕鑲柱[3]離PDC復合片[2]愈近愈好，但考慮到冷卻效果，二者之間必須有一定的距離。綜合以上兩點，此距離在10～20mm范圍內最為合適。
權利要求1.一種混合切削件鉆頭，主要由鉆頭體[1]、PDC復合片[2]和人造聚晶金剛石孕鑲柱[3]組成，其特征是在離鉆頭軸線二分之一鉆頭半徑以外的區(qū)域，每一顆PDC復合片[2]后面都布置一顆人造聚晶金剛石孕鑲柱[3]。
2.根據權利要求1所述的混合切削件鉆頭，其特征是人造聚晶金剛石孕鑲柱[3]比PDC復合片[2]的出露低1.0～2.5mm，且二者之間的距離為10～20mm。
專利摘要本實用新型屬于石油及地質鉆井用PDC鉆頭的結構改進。采用PDC復合片和人造聚晶金剛石孕鑲柱混合切削結構,即在離鉆頭軸線二分之一鉆頭半徑以外的區(qū)域,每一顆PDC復合片后面都布置一顆人造聚晶金剛石孕鑲柱,使PDC復合片的熱磨損速度減緩、鉆頭的抗沖擊性增強,提高了PDC鉆頭鉆穿硬夾層的能力,延長了PDC鉆頭的壽命。
文檔編號E21B10/46GK2366548SQ9820921
公開日2000年3月1日 申請日期1998年4月21日 優(yōu)先權日1998年4月21日
發(fā)明者王福修, 孫明光, 侯池文, 張崇硯 申請人:勝利石油管理局鉆井工藝研究院