一種石油井鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型涉及石油鉆探領(lǐng)域，具體涉及一種石油井鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，公知的油井鉆頭的切削齒端面是按照一定的優(yōu)化角度立著放置的。在一定的鉆壓和轉(zhuǎn)速下，切削齒處的壓強(qiáng)大于巖石的抗壓強(qiáng)度，切削齒切入巖石，以螺旋線的軌跡，邊旋轉(zhuǎn)邊向下連續(xù)地鉆入巖石。其缺點(diǎn)是切削齒持續(xù)地承受壓入巖石受到的阻力，容易損壞，使得鉆頭只能在高轉(zhuǎn)速低鉆壓或低轉(zhuǎn)速高鉆壓模式下工作，鉆進(jìn)速度隨轉(zhuǎn)速和鉆壓的變化存在極大值，無(wú)法通過(guò)提高轉(zhuǎn)速來(lái)提高鉆進(jìn)速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于:提供一種可通過(guò)提高轉(zhuǎn)速來(lái)提高鉆進(jìn)速度的石油井鉆頭。
[0004]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種石油井鉆頭，包括圓柱形鉆頭體、設(shè)在鉆頭體一端的N個(gè)切削齒及通水孔，以鉆頭體端面圓心為極點(diǎn)建立極坐標(biāo)系，所述N個(gè)切削齒的中心為坐標(biāo)點(diǎn)，所述第一切削齒至第N切削齒的極徑依次增大，所述第一切削齒至第_刀削齒的極角依次為0°、360°/^、2*360°作……(N-l)*360°/N，所述第一切削齒至第N切削齒的高度呈等減數(shù)列;所述第一切削齒覆蓋極點(diǎn)；以所述極點(diǎn)為圓心，相鄰切削齒旋轉(zhuǎn)一周所覆蓋區(qū)域有重疊部分;所述N為大于I的自然數(shù)。
[0005]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述第一切削齒至第N切削齒的極徑呈等加數(shù)列。
[0006]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述N等于9。
[0007]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述相鄰切削齒的高度差為0.5_。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述通水孔的極徑大于第一切削齒的極徑，小于等于第二切削齒的極徑。
[0009]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述通水孔的直徑大于等于切削齒的直徑。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0011]本實(shí)用新型的鉆頭，鉆進(jìn)速度與轉(zhuǎn)速成正比，可通過(guò)提高轉(zhuǎn)速提高鉆進(jìn)速度，并且切削齒大部分時(shí)間只需承受剪切巖石受到的阻力和摩擦力，遠(yuǎn)小于壓入巖石受到的阻力，增加鉆頭使用壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0014]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0015]在極坐標(biāo)系下，以鉆頭體I的軸心點(diǎn)為極點(diǎn)建立極坐標(biāo)系，N個(gè)切削齒2的極角分別為0°，360°/N，2*360°/N，……，(N-1 )*360°/N。第一切削齒要保證鉆頭旋轉(zhuǎn)一周時(shí)齒痕劃過(guò)軸心點(diǎn)。第一至第M個(gè)切削齒2保證齒間距大于可加工制造距離，M值由實(shí)際鉆頭體I和切削齒2的尺寸決定。最后一個(gè)切削齒保證實(shí)際工作需要和安全使用。其余的切削齒2保證旋轉(zhuǎn)一周時(shí)齒痕布滿井底并和相鄰齒痕存在交疊。N個(gè)切削齒的露出高度分別為h，h-A h，h-2Ah,……，h-(n-l) Ah。若N個(gè)切削齒端面面積之和是So，旋轉(zhuǎn)360°/N時(shí)N個(gè)齒端面與前齒痕交疊的面積之和為Si,巖石的抗壓強(qiáng)度為Pm，當(dāng)鉆壓P大于Pm.(Sq-Si)小于Pm.So時(shí)，每旋轉(zhuǎn)360°/N切削齒2與巖石的接觸面積變?yōu)镾o-S1，壓強(qiáng)變?yōu)镻ASo-S1)，大于Pm，切削齒壓入巖石。當(dāng)壓入Ah深度時(shí)，切削齒與巖石的接觸面積變?yōu)镾o，壓強(qiáng)變?yōu)镻/So，小于Pm，切削齒不再繼續(xù)向下壓入巖石，只通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)剪切巖石表層。隨鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，重復(fù)上述的壓入和剪切過(guò)程，每轉(zhuǎn)一圈鉆頭會(huì)鉆進(jìn)N.Ah的深度。若鉆頭每分鐘轉(zhuǎn)K圈，則此鉆頭每分鐘會(huì)鉆進(jìn)K.N.Ah深度。鉆進(jìn)速度與轉(zhuǎn)速成正比。
[0016]實(shí)施例一:
[0017]如圖1所示，在圖1中，切削齒2有9個(gè)，和通水孔3，鉆頭體I直徑118mm，切削齒一到九的直徑為10mm，通水孔3直徑26mm。切削齒一極角0°，極徑5mm，高度1mm;切削齒二極角-40°，極徑18mm，高度9.5mm;切削齒三極角-80°，極徑24mm，高度9mm;切削齒四極角-120°，極徑28.5mm，高度8.5mm;切削齒五極角-160°，極徑33mm，高度8mm;切削齒六極角-200°，極徑37.5mm，高度7.5mm;切削齒七極角-240°，極徑42mm，高度7mm;切削齒八極角-280°，極徑46.5mm，高度6.5mm;切削齒九極角-320°，極徑51mm，高度6mm。通水孔3極角145°，極徑17.6mmο
[0018]當(dāng)鉆頭正轉(zhuǎn)時(shí)，每轉(zhuǎn)動(dòng)40°切削齒與巖石的接觸面積會(huì)由7.1cm2變到小于5.0cm2。若巖石的抗壓強(qiáng)度為30MPa，在施加1500公斤的鉆井壓力時(shí)，每轉(zhuǎn)動(dòng)40°對(duì)巖石的壓強(qiáng)會(huì)大于30MPa—次，切削齒壓入巖石，壓入0.5mm后，對(duì)巖石的壓強(qiáng)變?yōu)? IMPa，小于巖石的抗壓強(qiáng)度，切削齒不會(huì)繼續(xù)向下深入。每轉(zhuǎn)動(dòng)40°會(huì)鉆進(jìn)0.5mm，每圈會(huì)鉆進(jìn)4.5_。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石油井鉆頭，包括圓柱形鉆頭體(I)、設(shè)在鉆頭體(I) 一端的N個(gè)切削齒(2)及通水孔(3)，其特征在于:以鉆頭體(I)端面圓心為極點(diǎn)建立極坐標(biāo)系，所述N個(gè)切削齒(2)的中心為坐標(biāo)點(diǎn)，所述第一切削齒至第N切削齒的極徑依次增大，所述第一切削齒至第N切削齒的極角依次為0°、360°作、2*360°/^……(N-l)*360°/N，所述第一切削齒至第N切削齒的高度呈等減數(shù)列;所述第一切削齒覆蓋極點(diǎn)；以所述極點(diǎn)為圓心，相鄰切削齒旋轉(zhuǎn)一周所覆蓋區(qū)域有重疊部分;所述N為大于I的自然數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石油井鉆頭，其特征在于:所述第一切削齒至第N切削齒的極徑呈等加數(shù)列。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石油井鉆頭，其特征在于:所述N等于9。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石油井鉆頭，其特征在于:所述相鄰切削齒(2)的高度差為0.5mmο5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石油井鉆頭，其特征在于:所述通水孔(3)的極徑大于第一切削齒的極徑，小于等于第二切削齒的極徑。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石油井鉆頭，其特征在于:所述通水孔(3)的直徑大于等于切削齒(2)的直徑。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種石油井鉆頭，包括圓柱形鉆頭體、設(shè)在鉆頭體一端的N個(gè)切削齒及通水孔，以鉆頭體端面圓心為極點(diǎn)建立極坐標(biāo)系，所述第一切削齒至第N切削齒的極徑依次增大，所述第一切削齒至第N切削齒的極角依次為0°、360°/N、2*360°/N……(N-1)*360°/N，所述第一切削齒至第N切削齒的高度呈等減數(shù)列；本實(shí)用新型的鉆頭，鉆進(jìn)速度與轉(zhuǎn)速成正比，可通過(guò)提高轉(zhuǎn)速提高鉆進(jìn)速度。
【IPC分類】E21B10/60, E21B10/43
【公開號(hào)】CN205172442
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520995854
【發(fā)明人】陳海勇, 張春雨, 姜志剛, 周健
【申請(qǐng)人】陳海勇
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月4日