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1、(10)授权公告号 CN 203835273 U(45)授权公告日 2014.09.17CN203835273U(21)申请号 201320852886.3(22)申请日 2013.12.23E21B 10/46(2006.01)E21B 10/36(2006.01)(73)专利权人中海油安全技术服务有限公司地址 300456 天津市塘沽区新港永太路1号(72)发明人罗衡 刘兴华 林安邦 叶海春刘德臣(74)专利代理机构广州市南锋专利事务所有限公司 44228代理人刘广生(54) 实用新型名称一种保护面上镶嵌PDC切削齿的空气锤钻头(57) 摘要本实用新型公开一种保护面上镶嵌PDC切削齿的空气。
2、锤钻头，包括钻头体和钻头齿；所述的钻头体由中心平面、保护面、中心喷嘴、侧喷嘴构成；所述的钻头齿包括硬质合金球齿、PDC切削齿；所述的中心平面为圆形平面，设置在空气锤钻头体端面中心位置，在中心平面的外端设有径向对称分布的保护槽，保护槽的一侧面设为保护面，保护面与中心平面的夹角为1535，在每个保护槽底面设有侧喷嘴，PDC切削齿镶嵌在内倾保护面上，中心平面上的硬质合金球齿的顶面较保护面上的PDC切削齿的顶面高23mm，该钻头无论在软质地层、软硬交错地层或是硬质地层都能保证较高的机械钻速。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专。
3、利权利要求书1页 说明书3页 附图2页(10)授权公告号 CN 203835273 UCN 203835273 U1/1页21.一种保护面上镶嵌PDC切削齿的空气锤钻头，其特征在于：包括钻头体和钻头齿；所述的钻头体由中心平面、保护面、中心喷嘴、侧喷嘴构成；所述的钻头齿包括硬质合金球齿、PDC切削齿；所述的中心平面为圆形平面，设置在空气锤钻头体端面中心位置，在中心平面的外端设有径向对称分布的保护槽，保护槽的一侧面设为保护面，保护面与中心平面的夹角为1535，在每个保护槽底面设有侧喷嘴，PDC切削齿镶嵌在内倾保护面上，中心平面上的硬质合金球齿的顶面较保护面上的PDC切削齿的顶面高23mm。权 利 。
4、要 求 书CN 203835273 U1/3页3一种保护面上镶嵌 PDC 切削齿的空气锤钻头技术领域0001 本实用新型涉及一种用于石油、天然气空气冲旋钻井的一种保护面上镶嵌PDC切削齿的空气锤钻头，尤其适合跨地层连续性的空气钻井作业。背景技术0002 常规泥浆钻井常使用牙轮钻头及PDC钻头，其破岩方式为钻压压持下的静压切削，针对软质地层破岩效果较好，但是在深部硬质地层及软硬交错地层破岩性能较差、机械转速偏低。牙轮钻头及PDC钻头多采用PDC切削齿，其特点是径向切削能力较强，但是由于PDC切削齿的设计初衷是保证牙齿在旋转钻井中具备较强的径向刮削能力，因此其抗轴向冲击载荷的能力较弱。0003 空。
5、气锤钻井属于新兴钻井技术，其配套的平底冲击钻头（如专利号为201020565193.2的保径空气锤钻头及专利号为201020129018.9的双斜面空气锤钻头），作业时硬质合金球齿首先侵入岩石，进行高频冲击破碎，上部钻机传递的扭矩使硬质合金球齿对岩石进行回转切削，其破岩方式为冲击破碎为主，回转切削为辅。平底冲击钻头多采用硬质合金球齿，其特点是具有高效轴向冲击破岩的能力，但是其径向刮削能力相对PDC切削齿要弱很多。因此平底冲击钻头针对深部硬质地层破岩效果好，但是在软质地层及软硬交错地层破岩性能也不稳定、提速效果不大明显。0004 相较于常规泥浆钻井，空气锤钻井具有多项技术优势：在深部硬质地层的高。
6、机械钻速、有利于高徒易斜构造地层防斜打快、有效治理恶性井漏、有利于发现低压低渗透油气层、有利于保护储层及提高采收率，具有巨大的应用前景及发展空间。随着空气锤钻井技术的迅速发展，单个钻头的进尺能力已经发展到几百甚至几千米，但是受制于平底冲击钻头使用地层的限制，空气锤钻井技术的使用范围也受到很大程度的影响。因此研究一种地层适应性强，能长时间、跨地层、连续性作业的空气锤钻头，必将大大推动空气锤钻井这项新技术的发展。实用新型内容0005 本实用新型的目的是:为了解决平底冲击钻头在现场使用中出现的地层适用性不强的技术问题。针对空气冲旋钻井作业时地层跨度大、井深、钻遇地层岩性复杂多变等特性，本实用新型设计。
7、了一种全新的空气锤钻头，在中心平面上设计了内倾保护面，保护面上镶嵌PDC切削齿，并使PDC切削齿的齿顶较硬质合金球齿的齿顶低23mm，使硬质合金球齿承受绝大部分的冲击载荷，保证了PDC切削齿在轴向高频冲击载荷下的使用寿命，特别适合空气冲旋钻井跨地层连续性作业。0006 为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种保护面上镶嵌PDC切削齿的空气锤钻头，包括钻头体和钻头齿；所述的钻头体由中心平面、保护面、中心喷嘴、侧喷嘴构成；所述的钻头齿包括硬质合金球齿、PDC切削齿；所述的中心平面为圆形平面，设置在空气锤钻头体端面中心位置，在中心平面的外端设有径向对称分布的保护槽，保护槽的说 明 书CN 。
8、203835273 U2/3页4一侧面设为保护面，保护面与中心平面的夹角为1535，在每个保护槽底面设有侧喷嘴， PDC切削齿镶嵌在内倾保护面上，中心平面上的硬质合金球齿的顶面较保护面上的PDC切削齿的顶面高23mm。0007 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：在不影响钻头冲击破岩性能的基础上，在保护面上安置了PDC切削齿，大大强化了空气锤钻头的回转切削能力，钻头钻井作业时切削齿与硬质合金球齿各司其职，无论在软质地层、软硬交错地层或是硬质地层，该钻头都能保证较高的机械钻速，克服了平底冲击钻头在适用地层上的局限性。附图说明0008 图1是一种保护面上镶嵌PDC切削齿的空气锤钻头的钻头体结构。
9、示意图；0009 图2是一种保护面上镶嵌PDC切削齿的空气锤钻头的钻头齿结构示意图。0010 1.中心平面； 2. 保护面；3.中心喷嘴；4. 侧喷嘴；5.硬质合金球齿；6.PDC切削齿。具体实施方 式0011 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。0012 参考附图1至图2，一种保护面2上镶嵌PDC切削齿6的空气锤钻头，包括钻头体和钻头齿；所述的钻头体由中心平面1、保护面2、中心喷嘴3、侧喷嘴4构成；所述的钻头齿包括硬质合金球齿5、PDC切削齿6；所述的中心平面1为圆形平面，设置在空气锤钻头体端面中心位置，在中心平面1的外端设有径向对称分布的保护槽，保护槽的一侧面设为保护面2，保护面2。
10、与中心平面1的夹角为1535，在每个保护槽底面设有侧喷嘴4， PDC切削齿6镶嵌在内倾保护面2上，中心平面1上的硬质合金球齿5的顶面较保护面2上的PDC切削齿6的顶面高23mm。0013 PDC切削齿6在空气锤工作时可以避免承受大部分的冲击力，保证了其使用寿命。0014 中心喷嘴3和侧喷嘴4喷出的高速气流能够使岩屑迅速排出，防止重复破碎，提高破岩效率。0015 实施案例：0016 在软质地层，岩石呈塑性破碎，钻头工作时，中心平面1上的硬质合金球齿5首先接触井底，在冲击力的作用下对岩石产生弹性变形及塑性破碎，随着硬质合金球齿5侵入深度的增加，PDC切削齿6在吃入岩石的同时产生剪切切削作用。在软质。
11、地层，径向切削的破岩效果要好于轴向冲击，钻头的破岩主要靠PDC切削齿6的剪切刮削，硬质合金球齿5的轴向冲击可以使PDC切削齿6在切削作业前具有更大的侵深，使PDC切削齿6回转一次得到更大的切削破岩量，且钻头的高频冲击还可以造成岩石的局部损伤，降低岩石的强度，这种新型钻头结构设计使得硬质合金球齿5与PDC切削齿6在破岩时互相协作，在软质地层具有较好的破岩效果。0017 在软硬交错地层及硬质地层，岩石呈脆性破碎，钻头工作时，中心平面1上的硬质合金球齿5首先接触井底，对岩石产生冲击破碎，岩石与硬质合金球齿5接触处形成破碎坑，破碎坑周围形成密实核、中间裂纹、侧向裂纹、径向裂纹，随着硬质合金球齿5侵入深。
12、度的增加，PDC切削齿6在吃入岩石的同时产生径向切削力。由于岩石的非均质性及各向异说 明 书CN 203835273 U3/3页5性，硬质合金球齿产生的裂纹形态不尽相同，但是总的来说破碎坑间脊部区域的裂纹分布主要有两种情况：一是径向裂纹相互贯通深入发展；另一种是径向裂纹处于萌发状态，裂纹细小且不发达。不论是哪种情况，PDC切削齿6的径向切削都会对相邻破碎坑间脊部区域产生很大的影响：对于径向裂纹相互贯通的相邻破碎坑间脊部区域，PDC切削齿6的回转刮削可以直接形成大的崩块；对于径向裂纹细小且不发达的相邻破碎坑间脊部区域，PDC切削齿6的回转刮削可以使径向裂纹、侧向裂纹的端部的应力集中，加速径向裂纹、侧向裂纹的拓展，为硬质合金球齿5的下次冲击创造有利的井底环境，促进硬质合金球齿5的轴向冲击破岩。0018 综上所述，本领域的普通技术人员阅读本实用新型文件后，根据本实用新型的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其它各种相应的变换方案，均属于本实用新型所保护的范围。说 明 书CN 203835273 U1/2页6图1说 明 书 附 图CN 203835273 U2/2页7图2说 明 书 附 图CN 203835273 U。