阅读说明：本技术 一种pdc钻头 ([db:专利名称-en]) 是由 于洪波 杨迎新 高清春 宋东东 任海涛 张召峰 余雷 叶西安 张昕冉 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及钻头技术领域,特别涉及一种PDC钻头。该装置包括钻头体、延伸自钻头体或固定在钻头体上的若干个刀翼,所述刀翼上设置有切削齿,相邻刀翼之间形成钻井液流道槽；钻头体上至少一个刀翼上设置有水孔,至少一个所述水孔的出口位于刀翼前缘与前排切削齿之间。本发明实现了水孔喷射距离明显缩短,能及时对岩屑进行清洗、运移,能及时充分地冷却切削齿而减少发生热磨损的发生,适用于软、硬、软硬交替地层。([db:摘要-en])

一种PDC钻头

技术领域：

本发明涉及钻头技术领域，特别涉及一种PDC钻头。

背景技术：

钻头是钻井工程中用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具。除切削结构以外，钻头上的水力结构对钻头的破岩效率、使用寿命也起到了重要作用，即冷却切削齿、清洗井底、运移岩屑、辅助破岩等。目前，钻头上水力结构的设计均是在钻头体上的不同位置布置喷嘴或水孔，内流道里的钻井液或冷却介质通过喷嘴或水孔喷射出去以达到清洗、冷却切削齿目的。

在现代快速钻井技术中，需要钻头具有优良破岩切削结构的同时，还需钻头具有良好的清洗井底、运移岩屑、切削齿冷却与清洗等水力性能。常规钻头的水力结构只能针对特定地层来进行设计，一是针对软地层来进行相应钻头的设计，来预防在钻进软地层中因岩屑过多而导致的钻头泥包；二是针对硬地层来进行相应的钻头的设计，来预防在钻进硬地层中因摩擦过大而使切削齿产生较大的热量，从而使其不能得到及时冷却而发生热磨损现象。以上钻头只能针对软地层或者硬地层等单一地层来进行钻进，而不能同时兼顾软、硬地层钻进。当喷嘴与切削齿距离较大(即大喷距)时，水力沿程能量损耗大，在钻进软地层时将不能及时对岩屑进行清洗、运移，从而造成岩屑的不断堆积，进而导致钻头泥包的产生，最终引起钻头失效；在钻进硬地层时将会使切削齿因摩擦作用不能得到及时充分的冷却而使切削齿发生热磨损。特别是近年来地热钻井的迅速发展，钻头的工作温度高达150°或更高，切削齿发生热磨损的几率大幅提升，将会显著降低钻头的使用寿命和钻进性能。

随着钻井的不断发展，在实际钻井中不仅仅会遇到软地层或是硬地层，还会遇到各种不同的地层及软硬交替地层。常规钻头不能同时满足在软地层中的防泥包及硬地层中避免切削齿热磨损现象的发生。

发明内容

：

本发明要解决的技术问题是提供一种PDC钻头，该装置实现了水孔喷射距离明显缩短，能及时对岩屑进行清洗、运移，能及时充分地冷却切削齿而减少发生热磨损的发生，适用于软、硬、软硬交替地层。克服了现有钻头的水力结构只能针对特定地层来进行设计，难以同时满足软硬交替地层的不足。

本发明所采取的技术方案是：一种PDC钻头，包括钻头体、延伸自钻头体或固定在钻头体上的若干个刀翼，所述刀翼上设置有切削齿，相邻刀翼之间形成钻井液流道槽；钻头体上至少一个刀翼上设置有水孔，至少一个所述水孔的出口位于刀翼前缘与前排切削齿之间。

钻头体上至少有一个刀翼上设置有凹窝，该凹窝位于刀翼前缘与前排切削齿之间，且在凹窝内设置有水孔。

凹窝延伸至切削齿的工作面。

钻头体上至少有一个刀翼上设置有凹槽，该凹槽位于刀翼前缘与前排切削齿之间，且在凹槽内设置有水孔。

在钻头体保径块上设置有保径块流道槽，所述凹槽与保径块流道槽相连通，水孔设置在凹槽中。

水孔形状为扁长水孔或串状水孔。

水孔形状为圆形、半圆形、椭圆形、矩形、菱形或它们之间的组合。

钻头体的中心区域设置有中心水孔。

钻井液流道槽中设置有喷嘴或水孔。

本发明的有益效果是：

1、水孔喷射距离明显缩短，经由切削齿工作面的液流喷射速度更大，能够及时地清洗井底，并能有效对岩屑进行运移，适用于软、硬、软硬交替地层。

2、本发明钻头结构，水孔喷射距离的缩短，使由刀翼工作端面上的水孔喷射出的液流束能耗小，对井底岩石的辅助破坏效果更佳。特别的，刀翼上设置的水孔或串状水孔能更好的应用到地热钻井中，从而增大切削齿的集中喷射效果。

3、刀翼上设置有凹窝或凹槽的方案中，大大增加了刀翼体与井底之间的容屑空间，拓宽水孔的作用范围，很大程度上减小了岩屑在刀翼工作端面上的粘附力，岩屑排出效果更佳。

4、刀翼上与钻头体上(特别是流道槽内)同时布置水孔时，进一步地增强了钻头冷却和排屑能力，大幅弱化切削齿的热磨损，进而提高钻头可持续的、高效的钻进能力。

附图说明：

下面结合附图和

具体实施方式

对本发明做进一步详细的说明。

图1为刀翼上刀翼前缘与前排切削齿之间设置水孔的钻头示意图。

图2为刀翼上刀翼前缘与前排切削齿之间设置凹窝，且凹窝中设置水孔的钻头示意图。

图3为刀翼上刀翼前缘与前排切削齿之间设置凹窝延伸至对应切削齿的工作面，且凹窝中设置水孔的钻头示意图。

图4为在凹窝中对水孔沿刀翼横向剖开的剖视图。

图5为刀翼上刀翼前缘与前排切削齿之间设置凹槽，且凹槽中设置水孔的钻头示意图。

图6为保径块流道槽与刀翼上凹槽相连通，且凹槽内设置水孔的钻头示意图。

图7为图6沿B-B剖开的剖视图。

图8为刀翼上刀翼前缘与前排切削齿之间的水孔为圆形水孔与串状水孔组合的钻头示意图。

图9为刀翼上刀翼前缘与前排切削齿之间的水孔为串状水孔的钻头示意图。

图10为刀翼上刀翼前缘与前排切削齿之间的水孔为扁长水孔钻头示意图。

图11为图10沿刀翼体上扁长水孔纵向剖开的剖视图。

图12为在钻头中心设置中心水孔的钻头示意图。

图13为流道槽中设置扁长水孔的钻头示意图。

附图中标记相应零部件名称：1-钻头体、101-内流道、2-刀翼、21-切削齿、22-刀翼上圆形水孔、23-刀翼上串状水孔、24-刀翼上扁长水孔、201-刀翼布齿面、202-刀翼前侧面、203-刀翼后侧面、204-刀翼前缘、3-流道槽、31-流道槽中圆形水孔、32-流道槽中扁长水孔、4-凹坑、41-凹坑中圆形水孔、5-钻头体保径块、6-中心水孔。

具体实施方式：

如图1所示，一种PDC钻头，包括钻头体1、延伸自钻头体1或固定在钻头体1上的若干个刀翼2，所述刀翼2上设置有切削齿21，相邻刀翼2之间形成钻井液流道槽3；钻头体1上至少一个刀翼2上设置有水孔，至少一个所述水孔的出口位于刀翼前缘204与前排切削齿之间。

前排切削齿：钻头旋转方向上，同一刀翼上靠前的切削齿为前排切削齿，也是钻头在工作过程中最先接触岩石进行切削的齿。

刀翼前缘204：通常情况下，对一个刀翼而言，刀翼2的刀翼布齿面201与前侧面的相交区域，称为刀翼前缘204，如图1所示。刀翼布齿面201是刀翼上用于布置切削齿21的表面，与井底表面相对。刀翼2在钻头旋转方向上靠前的侧面为刀翼前侧面202，相反，钻头旋转方向上靠后的侧面为刀翼后侧面203。在刀翼前侧面202与前方紧邻刀翼的后侧面之间是钻井液流道槽3。

上述方案中，刀翼前缘204与前排切削齿间设置水孔不仅合理地利用了刀翼体上的空间，且显著缩短了液流的喷射距离，提高水力系统对切削齿的冷却清洗的效果，能有效地弱化在高温地热钻井及硬地层钻进过程中因摩擦而产生的热磨损，同时还能以足够大的能量运移由切削齿21所产生的岩屑，减少泥包发生的几率，从而增强钻头可持续的、高效的钻进能力。

如图2所示，钻头体1上至少有一个刀翼2上设置有凹窝，该凹窝位于刀翼前缘204与前排切削齿之间，且在凹窝内设置有水孔。

上述方案中，当凹坑4中只有一个水眼，将凹坑称为凹窝。钻头切岩过程中会产生大量的岩屑，由于刀翼体与井底之间的空间狭小，部分岩屑将会粘附在刀翼体上，特别是刀翼的布齿工作面上，凹窝一方面能增大刀翼体与井底之间的容屑空间，另一方面凹窝内的液流能拓宽水孔的作用范围，改善其作用效果，有效减少甚至避免岩屑在刀翼后排齿区域的堆积和粘附，从而更加有利于岩屑的排出。

如图3、图4所示，凹窝延伸至切削齿的工作面，将更多的表面暴露出来，增加散热表面，冷却效果更佳。

如图5所示，钻头体1上至少有一个刀翼2上设置有凹槽，该凹槽位于刀翼前缘204与前排切削齿之间，且在凹槽内设置有水孔。

上述方案中，当凹坑4中至少有两个水眼，将凹坑称为凹槽。钻头切岩过程中凹槽内的液流能够大面积的对刀翼体上的岩屑进行润滑，同时凹槽也增大了刀翼体与井底之间的容屑空间，更有效地减少甚至避免岩屑在刀翼体上的堆积和粘附，从而大大提高钻井效率。

如图6、图7所示，在钻头体保径块5上设置有保径块流道槽，所述凹槽与保径块流道槽相连通，水孔设置在凹槽中。

上述方案中，保径块流道槽与刀翼上的凹槽相连通，就在刀翼体上建立了一条将切削齿切削的岩屑有效排出的流道，水孔、凹槽和保径块流道槽一起构成了一个在刀翼体上专门服务于切削齿的水力子系统，能更好地实现冷却切削齿和排屑，大大提高钻井效率，节约钻井成本。

如图8、9、10、11所示，水孔形状为扁长水孔或串状水孔。

扁长水孔：出口长度大于出口宽度的水孔为扁长型水孔，简称扁长水孔。

串状水孔：水孔的出口形状由两个或两个以上的圆、椭圆、多变形等形状串通形成，这种串形结构称为串状水孔或串型水孔。

上述方案中，设置扁长水孔或串状水孔能够进一步增加喷嘴的径向覆盖区域，扁长水孔能够实现对切削齿的均衡冷却，串状水孔能使由水孔流出的液流更加集中，且将集中的液流用在了切削齿的冷却、清洗，两种水孔均大大增加了水力能量的利用率，提高水孔对井底岩屑的清洗、切削齿的冷却效果，尤其在高温地热钻井中，该方案效果更佳明显。

水孔形状为圆形、半圆形、椭圆形、矩形、菱形或它们之间的组合。

如图12所示，钻头体1的中心区域设置有中心水孔6。

上述方案中，钻头轴线穿过其出口的中心水孔能够更有效地利用其水力能量，清洗钻头心部区域，及时将岩屑带离井底，有效冷却钻头及切削齿。

如图13所示，钻井液流道槽中设置有喷嘴或水孔。

上述方案中，钻头体上还设置有喷嘴或水孔，不仅能够辅助对钻头的冷却，而且还加大了井底岩屑的清洗效果。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。