一种两级刮切分步破岩的复合PDC钻头的制作方法

一种两级刮切分步破岩的复合pdc钻头
技术领域：
1.本实用新型涉及一种两级刮切分步破岩的复合pdc钻头，属于油气钻井工程的机械钻具领域。


背景技术：

2.目前，随着国内外油气资源勘探开发力度的增加，油气资源的开采逐渐向深部地层进行。地层深部的地质情况复杂，钻进难度系数大，这对钻具装置有更高的要求。油气钻井目前使用最多的钻具装置是pdc钻头，常规pdc钻头采用剪切方式破碎岩石，但对深部硬地层，pdc钻头在工作过程中受到较大的作用力，易发生冲击损坏和高温磨损，钻井效率低，切削齿易崩齿失效，钻头寿命短。这必将延长钻井周期，极大增加钻井成本，不能满足钻井提速增效的发展要求。
3.单一结构pdc钻头技术已较成熟，复合钻头已成为当今新的发展趋势，多种结构结合的pdc钻头能弥补单一结构钻头存在的不足。本实用新型为解决单一结构pdc钻头在深部硬地层采用剪切方式易崩齿失效的问题，设计了一种两级刮切分步破岩的复合pdc钻头。


技术实现要素：

4.本实用新型目的是为了解决常规pdc钻头在深部硬地层采用剪切方式易崩齿失效问题，提供一种能够提高破岩效率以及延长钻头的使用寿命的复合pdc钻头。
5.本实用新型的技术方案：
6.本实用新型涉及一种两级刮切分步破岩的复合pdc钻头，由钻头基体、二级破岩结构、一级破岩结构构成；所述二级破岩结构上布置有切削齿；所述的钻头基体与二级破岩结构为一体结构，一级破岩结构焊接在钻头基体上，切削齿焊接在二级破岩结构上。
7.所述的切削齿为圆形，椭圆形、锥形、楔形、球形或棱脊形。
8.所述的二级破岩结构的刀翼数量是3
‑
8，其形状为直线型、螺旋型或圆弧型。
9.所述的一级破岩结构由基体、排屑槽、切削件、破岩体构成。
10.所述一级破岩结构的基体为圆锥形或圆柱形。
11.所述基体上布置有切削件，所述切削件的类型为单颗齿或齿刃，所述单颗齿的类型为圆形，椭圆形、锥形、楔形、球形或棱脊形。
12.所述的一级破岩结构的基体位于钻头基体中上部，其高度高于二级破岩结构的高度，其上均匀分布有n列切削件和n列排屑槽，n≥2，且每列切削件与每列排屑槽呈螺旋交替分布，每一排屑槽与之相邻切削件之间的夹角等分基体圆周角，角度为180/2n度，其中切削件分布在破岩体的表面。
13.实施例2：一级破岩结构的基体为圆锥形且切削齿为锥形
14.所述的一级破岩结构的基体为圆锥形，切削件形状为锥形。基体位于钻头基体中上部，其高度高于刀翼的高度，其上均匀分布有n列尖圆齿和n列排屑槽，n≥2，且每列尖圆齿与每列排屑槽呈螺旋交替分布，每一排屑槽与之相邻尖圆齿之间的夹角等分圆锥圆周
角，角度为180/2n度，其中尖圆齿焊接在破岩体的表面，在破岩体上每列分布m个尖圆齿，m≥2，且各列尖圆齿呈交错分布。
15.实施例3：一级破岩结构的基体为圆锥形且切削齿为圆形
16.所述的一级破岩结构的基体为圆锥形，切削件形状为圆形。基体位于钻头基体中上部，其高度高于二级破岩结构的高度，其上均匀分布有n列圆形齿和n列排屑槽，n≥2，且每列圆形齿与每列排屑槽呈螺旋交替分布，每一排屑槽与之相邻圆形齿之间的夹角等分圆锥圆周角，角度为180/2n度，其中圆形齿焊接在破岩体的表面，在破岩体上每列分布m个圆形齿，m≥2，且各列圆形齿呈交错分布。
17.实施例4：一级破岩结构的基体为圆柱形且切削件为齿刃
18.所诉的一级破岩结构的基体为圆柱形，切削件的类型为齿刃，基体位于钻头基体中上部，其高度高于二级破岩结构的高度，其上均匀分布有n列切削齿刃和n列排屑槽，n≥2，且每列切削齿刃与每列排屑槽呈螺旋交替分布，每一排屑槽与之相邻切削齿刃之间的夹角等分圆柱圆周角，角度为180/2n度，其中切削齿刃分布在破岩体的表面，两者为一体结构。
19.本实用新型具有以下优点：1、钻头的一级破岩结构先吃入地层，其上的切削件对地层进行预破碎，地层的应力得到释放，钻头的二级破岩结构更易刮切地层，进而钻头提高破岩钻进的效率；2、对于软地层，切削件切削出的岩土通过排屑槽排出，改善泥包问题；3、切削件优先切削地层，刀翼上的切削齿受力减小，切削齿崩齿的概率降低，切削齿的寿命提高；4、切削件交替分布，使井底切削全覆盖，切削过程中每个齿均达到最大利用，钻头的平稳性提高，钻头的失效率降低，从而钻头的使用寿命提高。
附图说明：
20.通过结合附图考虑以下对本实用新型的优选实施方式的详细说明，附图仅为本实用新型的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。
21.图1为本实用新型一种两级刮切分步破岩的复合pdc钻头的结构示意图；
22.图2为本实用新型一种两级刮切分步破岩的复合pdc钻头的另一视角结构示意图；
23.图3为本实用新型基体为锥形，切削件为尖圆齿的一级破岩的结构示意图。
24.图4为本实用新型基体为锥形，切削件为圆形齿的一级破岩的结构示意图。
25.图5为本实用新型基体为圆柱形，切削件为齿刃的一级破岩的结构示意图。
26.图中：1、钻头基体；2、二级破岩结构；3、一级破岩结构；4、切削齿；31、基体；32、排屑槽；33、切削元件；34、破岩体
具体实施方式：
27.体现本实用新型特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的事本实用新型能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及附图本质上是作说明作用，而非以限制本实用新型。
28.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
29.基础实施例1：
30.如图1、图2所示，本实用新型涉及一种两级刮切分步破岩的复合pdc钻头，由钻头基体1、二级破岩结构2、一级破岩结构3构成；所述二级破岩结构2上布置有切削齿4；所述的钻头基体1与二级破岩结构2为一体结构，一级破岩结构3焊接在钻头基体1上，切削齿4焊接在二级破岩结构2上。
31.所述的切削齿4为圆形，椭圆形、锥形、楔形、球形或棱脊形。
32.所述的二级破岩结构2的刀翼数量是3
‑
8，其形状为直线型、螺旋型或圆弧型。
33.如图3所示，所述的一级破岩结构3由基体31、排屑槽32、切削件33、破岩体34构成。
34.所述一级破岩结构3的基体31为圆锥形或圆柱形。
35.所述基体31上布置有切削件33，所述切削件33的类型为单颗齿或齿刃，所述单颗齿的类型为圆形，椭圆形、锥形、楔形、球形或棱脊形。
36.如图3、图4、图5所示，所述的一级破岩结构3的基体31位于钻头基体1中上部，其高度高于二级破岩结构2的高度，其上均匀分布有n列切削件33和n列排屑槽32，n≥2，且每列切削件33与每列排屑槽32呈螺旋交替分布，每一排屑槽与之相邻切削件33之间的夹角等分基体31圆周角，角度为180/2n度，其中切削件33分布在破岩体34的表面。
37.实施例2：一级破岩结构的基体为圆锥形且切削齿为锥形
38.如图3所示，所述的一级破岩结构3的基体31为圆锥形，切削件33形状为锥形。基体31位于钻头基体1中上部，其高度高于刀翼的高度，其上均匀分布有n列尖圆齿33和n列排屑槽32，n≥2，且每列尖圆齿33与每列排屑槽32呈螺旋交替分布，每一排屑槽32与之相邻尖圆齿33之间的夹角等分圆锥圆周角，角度为180/2n度，其中尖圆齿33焊接在破岩体34的表面，在破岩体34上每列分布m个尖圆齿33，m≥2，且各列尖圆齿33呈交错分布。
39.实施例3：一级破岩结构的基体为圆锥形且切削齿为圆形
40.如图4所示，所述的一级破岩结构3的基体为圆锥形，切削件33形状为圆形。基体31位于钻头基体1中上部，其高度高于二级破岩结构2的高度，其上均匀分布有n列圆形齿33和n列排屑槽32，n≥2，且每列圆形齿33与每列排屑槽32呈螺旋交替分布，每一排屑槽32与之相邻圆形齿33之间的夹角等分圆锥圆周角，角度为180/2n度，其中圆形齿33焊接在破岩体34的表面，在破岩体34上每列分布m个圆形齿33，m≥2，且各列圆形齿33呈交错分布。
41.实施例4：一级破岩结构的基体为圆柱形且切削件为齿刃
42.如图5所示，所诉的一级破岩结构3的基体31为圆柱形，切削件的类型为齿刃，基体31位于钻头基体1中上部，其高度高于二级破岩结构2的高度，其上均匀分布有n列切削齿刃33和n列排屑槽32，n≥2，且每列切削齿刃33与每列排屑槽32呈螺旋交替分布，每一排屑槽32与之相邻切削齿刃33之间的夹角等分圆柱圆周角，角度为180/2n度，其中切削齿刃33分布在破岩体34的表面，两者为一体结构。
43.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
44.工作原理：
45.在实际钻井过程中，一级破岩结构(3)先接触岩石，一级破岩结构(3)上的切削件先工作，对地层进行预破碎，释放地层应力。紧接着二级破岩结构(2)上的切削齿(4)进行破岩，切削齿(4)的受力降低。通过一级破岩结构(3)和二级破岩结构(2)两级刮切分步破岩，
提高了钻头的破岩效率，延长了钻头使用寿命。