一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410418743.0

申请日:

2014.08.25

公开号:

CN104196460A

公开日:

2014.12.10

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):E21B 10/46申请日:20140825|||公开

IPC分类号:

E21B10/46; E21B10/43

主分类号:

E21B10/46

申请人:

江苏长城石油装备制造有限公司

发明人:

郭健; 郭小芳

地址:

224043 江苏省盐城市盐都区大冈冶金机械工业园区

优先权:

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

本发明涉及一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头,所述PDC钻头主要由圆筒形钻体(1)和钻头主体组成,所述钻头主体包括主钻头(2)和辅钻头(3),在所述钻头主体和所述圆筒形钻体(1)之间具有连接槽(9),所述主钻头(2)的端面(4)呈圆锥台形,所述的辅钻头(3)的端面(5)为锯齿形,所述主钻头(2)和辅钻头(3)之间的夹角为15-35度,所述主钻头(2)的端面(4)上具有刃翼(6),所述刃翼(6)上具有切削牙齿(7),在所述主钻头(2)的端面(4)上还有可旋转式三角喷头(8),所述可旋转式三角喷头(8)通过连接头与圆形内部流道(10)相连,所述圆形内部流道(10)位于所述圆筒形钻体(1)内部,所述圆形内部流道(10)的数量与所述可旋转式三角喷头(8)的数量相等。

权利要求书

1.  一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头,其特征在于:所述PDC钻头主要由圆筒形钻体(1)和钻头主体组成,所述钻头主体包括主钻头(2)和辅钻头(3),在所述钻头主体和所述圆筒形钻体(1)之间具有连接槽(9),所述主钻头(2)的端面(4)呈圆锥台形,所述的辅钻头(3)的端面(5)为锯齿形,所述主钻头(2)和辅钻头(3)之间的夹角为15-35度,所述主钻头(2)的端面(4)上具有刃翼(6),所述刃翼(6)上具有切削牙齿(7),在所述主钻头(2)的端面(4)上还有可旋转式三角喷头(8)。所述可旋转式三角喷头(8)通过连接头与圆形内部流道(10)相连,所述圆形内部流道(10)位于所述圆筒形钻体(1)内部,所述圆形内部流道(10)的数量与所述可旋转式三角喷头(8)的数量相等,所述切削牙齿(7)为硬质合金成分组成,按质量百分比其具体组成为:60-90%的钴镍合金,20-30%的钛,且杂质总量不大于0.20%,总质量百分比之和为100%。

2.
  如权利要求1所述的PDC钻头,所述切削牙齿(7)为硬质合金成分组成,按质量百分比其具体组成为:70%的钴镍合金,30%的钛,且杂质总量不大于0.20%,总质量百分比之和为100%。

3.
  如权利要求1或2所述的PDC钻头,所述连接槽(9)位于所述槽内上部一圈成弧形,所述弧形为向下突出的弧。

4.
  如权利要求1或2所述的PDC钻头,所述主钻头(2)和辅钻头(3)之间的夹角为25-35度。

5.
  如权利要求4所述的PDC钻头,所述主钻头(2)和辅钻头(3)之间的夹角为30度。

6.
  如权利要求4所述的PDC钻头,所述主钻头(2)和辅钻头(3)之间的夹角为35度。

7.
  如权利要求1-6任一项所述组合式PDC钻头在天然气岩芯钻探中的应用,其特征在于,所述的天然气岩芯钻进速度为每分钟50米。

8.
  如权利要求7所述的应用,其特征在于,所述组合式PDC钻头的耐磨时间达到600-700小时。

9.
  如权利要求8所述的应用,其特征在于,所述组合式PDC钻头的耐磨时间达到700小时。

说明书

一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头
技术领域
本发明涉及一种钻头,尤其涉及一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头。 
背景技术
目前石油钻井用钻头的种类繁多,但结构非常单一,很难实用于地质多变的地质结构。此外现有的钻头硬度达不到要求,不能高效地进行钻进,即不能在单位之间内将刮刀切削的碎屑进行向外输送,即钻进效率不高。 
轴承普遍存在硬质合金模块硬度低,硬质模块容易脱落以及耐磨损性能差等缺点。螺杆钻具中的径向轴承的性能直接影响到螺杆钻的使用寿命,其工作环境恶略,工作时周围布满高温泥浆,因此要求轴承具有良好的稳固性、耐磨性以及抗冲击性能。现有技术曾公开一种螺杆钻具用轴承,其在轴承内套上设有硬质合金层以及超音速热喷涂层,由于耐磨层为多层复合,其加工成本高,加工难度大。 
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺点,针对目前石油钻井用钻头的种类繁多,但结构非常单一,很难实用于地质多变的地质结构的技术问题,本发明提供一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头。此外本发明还在提高钻头硬度上面有所提高,主要采用的技术方案如下: 
一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头,所述PDC钻头主要由圆筒形钻体和钻头主体组成,所述钻头主体包括主钻头和辅钻头,在所述钻头主体和所述圆筒形钻体之间具有连接槽,所述主钻头的端面呈圆锥台形,所述的辅钻头的端面为锯齿形,所述主钻头和辅钻头之间的夹角为15-35度,所述主钻头的端面上具有刃翼,所述刃翼上具有切削牙齿,在所述主钻头的端面上还有可旋转式三角喷头,所述可旋转式三角喷头通过连接头与圆形内部流道相连,所述圆形内部流道位于所述圆筒形钻体内部,所述圆形内部流道的数量与所述可旋转式三角喷头的数量相等,所述切削牙齿为硬质合金成分组成,按质量百分比其具体组成为:60-90%的钴镍合金,20-30%的钛,且杂质总量不大于0.20%,总质量百分比之和为100%。 
优选,所述切削牙齿为硬质合金成分组成,按质量百分比其具体组成为:70% 的钴镍合金,30%的钛,且杂质总量不大于0.20%,总质量百分比之和为100%。 
优选,所述连接槽位于所述槽内上部一圈成弧形,所述弧形为向下突出的弧。 
优选,所述组合式PDC钻头的耐磨时间达到600-700小时,更有选600小时,650小时,700小时。 
优选,主钻头(2)和辅钻头(3)之间的夹角为25-35度,更有选25度或35度或30度。 
技术效果 
本发明具有的优点和积极效果是: 
本发明是与现有技术相比具有一定的优点,本发明中的主钻头是用来钻探岩芯硬质层,侧钻头是用来钻周围的岩层,钻头的长度长于主钻头,是为了更好的保护主钻头。操作简单,延长主钻头的使用寿命,提高了工作效率。且用于刮刀切削牙轮的钻头,耐磨层硬度高、韧性好、耐磨时间久、与钢材基体结合牢固的螺杆钻轴承;以及该钻头具有钻进效率高的优点。 
附图说明
图1是本发明PDC钻头的示意图。 
图2是本发明PDC钻头局部的示意图。 
具体实施方式
实施例1 
一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头,所述PDC钻头主要由圆筒形钻体和钻头主体组成,所述钻头主体包括主钻头和辅钻头,在所述钻头主体和所述圆筒形钻体之间具有连接槽,所述主钻头的端面呈圆锥台形,所述的辅钻头的端面为锯齿形,所述主钻头和辅钻头之间的夹角为35度,所述主钻头的端面上具有刃翼,所述刃翼上具有切削牙齿,在所述主钻头的端面上还有可旋转式三角喷头,所述可旋转式三角喷头通过连接头与圆形内部流道相连,所述圆形内部流道位于所述圆筒形钻体内部,所述圆形内部流道的数量与所述可旋转式三角喷头的数量相等,所述切削牙齿为硬质合金成分组成,按质量百分比其具体组成为:70%的钴镍合金,30%的钛,且杂质总量为0.10%,总质量百分比之和为100%,所述连接槽位于所述槽内上部一圈成弧形,所述弧形为向下突出的弧。 
实施例2 
一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头,所述PDC钻头主要由圆筒形钻体和钻头主体组成,所述钻头主体包括主钻头和辅钻头,在所述钻头主体和所述圆筒形钻体之间具有连接槽,所述主钻头的端面呈圆锥台形,所述的辅钻头的端面为锯齿形,所述主钻头和辅钻头之间的夹角为25度,所述主钻头的端面上具有刃翼,所述刃翼上具有切削牙齿,在所述主钻头的端面上还有可旋转式三角喷头,所述可旋转式三角喷头通过连接头与圆形内部流道相连,所述圆形内部流道位于所述圆筒形钻体内部,所述圆形内部流道的数量与所述可旋转式三角喷头的数量相等,所述切削牙齿为硬质合金成分组成,按质量百分比其具体组成为:80%的钴镍合金,20%的钛,且杂质总量为0.09%,总质量百分比之和为100%,所述连接槽位于所述槽内上部一圈成弧形,所述弧形为向下突出的弧。 
通过实施例1和2,对其钻进效率和钻头的力学性能进行测试,具体结果见表1. 
表1:性能测试表 

从上表中可以看出,本发明的钻头的各项指标明显优于现有技术中的普通轴承,且钻进效率大大提高,完全超出了本领域技术人员的预期水平。 

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1、10申请公布号CN104196460A43申请公布日20141210CN104196460A21申请号201410418743022申请日20140825E21B10/46200601E21B10/4320060171申请人江苏长城石油装备制造有限公司地址224043江苏省盐城市盐都区大冈冶金机械工业园区72发明人郭健郭小芳54发明名称一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头57摘要本发明涉及一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头,所述PDC钻头主要由圆筒形钻体1和钻头主体组成,所述钻头主体包括主钻头2和辅钻头3,在所述钻头主体和所述圆筒形钻体1之间具有连接槽9,所述主钻头2的端面4。

2、呈圆锥台形,所述的辅钻头3的端面5为锯齿形,所述主钻头2和辅钻头3之间的夹角为1535度,所述主钻头2的端面4上具有刃翼6,所述刃翼6上具有切削牙齿7,在所述主钻头2的端面4上还有可旋转式三角喷头8,所述可旋转式三角喷头8通过连接头与圆形内部流道10相连,所述圆形内部流道10位于所述圆筒形钻体1内部,所述圆形内部流道10的数量与所述可旋转式三角喷头8的数量相等。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页10申请公布号CN104196460ACN104196460A1/1页21一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式P。

3、DC钻头,其特征在于所述PDC钻头主要由圆筒形钻体1和钻头主体组成,所述钻头主体包括主钻头2和辅钻头3,在所述钻头主体和所述圆筒形钻体1之间具有连接槽9,所述主钻头2的端面4呈圆锥台形,所述的辅钻头3的端面5为锯齿形,所述主钻头2和辅钻头3之间的夹角为1535度,所述主钻头2的端面4上具有刃翼6,所述刃翼6上具有切削牙齿7,在所述主钻头2的端面4上还有可旋转式三角喷头8。所述可旋转式三角喷头8通过连接头与圆形内部流道10相连,所述圆形内部流道10位于所述圆筒形钻体1内部,所述圆形内部流道10的数量与所述可旋转式三角喷头8的数量相等,所述切削牙齿7为硬质合金成分组成,按质量百分比其具体组成为60。

4、90的钴镍合金,2030的钛,且杂质总量不大于020,总质量百分比之和为100。2如权利要求1所述的PDC钻头,所述切削牙齿7为硬质合金成分组成,按质量百分比其具体组成为70的钴镍合金,30的钛,且杂质总量不大于020,总质量百分比之和为100。3如权利要求1或2所述的PDC钻头,所述连接槽9位于所述槽内上部一圈成弧形,所述弧形为向下突出的弧。4如权利要求1或2所述的PDC钻头,所述主钻头2和辅钻头3之间的夹角为2535度。5如权利要求4所述的PDC钻头,所述主钻头2和辅钻头3之间的夹角为30度。6如权利要求4所述的PDC钻头,所述主钻头2和辅钻头3之间的夹角为35度。7如权利要求16任一项所。

5、述组合式PDC钻头在天然气岩芯钻探中的应用,其特征在于,所述的天然气岩芯钻进速度为每分钟50米。8如权利要求7所述的应用,其特征在于,所述组合式PDC钻头的耐磨时间达到600700小时。9如权利要求8所述的应用,其特征在于,所述组合式PDC钻头的耐磨时间达到700小时。权利要求书CN104196460A1/3页3一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头技术领域0001本发明涉及一种钻头,尤其涉及一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头。背景技术0002目前石油钻井用钻头的种类繁多,但结构非常单一,很难实用于地质多变的地质结构。此外现有的钻头硬度达不到要求,不能高效地进行钻进,即不能在单。

6、位之间内将刮刀切削的碎屑进行向外输送,即钻进效率不高。0003轴承普遍存在硬质合金模块硬度低,硬质模块容易脱落以及耐磨损性能差等缺点。螺杆钻具中的径向轴承的性能直接影响到螺杆钻的使用寿命,其工作环境恶略,工作时周围布满高温泥浆,因此要求轴承具有良好的稳固性、耐磨性以及抗冲击性能。现有技术曾公开一种螺杆钻具用轴承,其在轴承内套上设有硬质合金层以及超音速热喷涂层,由于耐磨层为多层复合,其加工成本高,加工难度大。发明内容0004为了克服上述现有技术中存在的缺点,针对目前石油钻井用钻头的种类繁多,但结构非常单一,很难实用于地质多变的地质结构的技术问题,本发明提供一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC。

7、钻头。此外本发明还在提高钻头硬度上面有所提高,主要采用的技术方案如下0005一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头,所述PDC钻头主要由圆筒形钻体和钻头主体组成,所述钻头主体包括主钻头和辅钻头,在所述钻头主体和所述圆筒形钻体之间具有连接槽,所述主钻头的端面呈圆锥台形,所述的辅钻头的端面为锯齿形,所述主钻头和辅钻头之间的夹角为1535度,所述主钻头的端面上具有刃翼,所述刃翼上具有切削牙齿,在所述主钻头的端面上还有可旋转式三角喷头,所述可旋转式三角喷头通过连接头与圆形内部流道相连,所述圆形内部流道位于所述圆筒形钻体内部,所述圆形内部流道的数量与所述可旋转式三角喷头的数量相等,所述切削牙齿为硬。

8、质合金成分组成,按质量百分比其具体组成为6090的钴镍合金,2030的钛,且杂质总量不大于020,总质量百分比之和为100。0006优选,所述切削牙齿为硬质合金成分组成,按质量百分比其具体组成为70的钴镍合金,30的钛,且杂质总量不大于020,总质量百分比之和为100。0007优选,所述连接槽位于所述槽内上部一圈成弧形,所述弧形为向下突出的弧。0008优选,所述组合式PDC钻头的耐磨时间达到600700小时,更有选600小时,650小时,700小时。0009优选,主钻头2和辅钻头3之间的夹角为2535度,更有选25度或35度或30度。0010技术效果说明书CN104196460A2/3页400。

9、11本发明具有的优点和积极效果是0012本发明是与现有技术相比具有一定的优点,本发明中的主钻头是用来钻探岩芯硬质层,侧钻头是用来钻周围的岩层,钻头的长度长于主钻头,是为了更好的保护主钻头。操作简单,延长主钻头的使用寿命,提高了工作效率。且用于刮刀切削牙轮的钻头,耐磨层硬度高、韧性好、耐磨时间久、与钢材基体结合牢固的螺杆钻轴承;以及该钻头具有钻进效率高的优点。附图说明0013图1是本发明PDC钻头的示意图。0014图2是本发明PDC钻头局部的示意图。具体实施方式0015实施例10016一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头,所述PDC钻头主要由圆筒形钻体和钻头主体组成,所述钻头主体包括主钻。

10、头和辅钻头,在所述钻头主体和所述圆筒形钻体之间具有连接槽,所述主钻头的端面呈圆锥台形,所述的辅钻头的端面为锯齿形,所述主钻头和辅钻头之间的夹角为35度,所述主钻头的端面上具有刃翼,所述刃翼上具有切削牙齿,在所述主钻头的端面上还有可旋转式三角喷头,所述可旋转式三角喷头通过连接头与圆形内部流道相连,所述圆形内部流道位于所述圆筒形钻体内部,所述圆形内部流道的数量与所述可旋转式三角喷头的数量相等,所述切削牙齿为硬质合金成分组成,按质量百分比其具体组成为70的钴镍合金,30的钛,且杂质总量为010,总质量百分比之和为100,所述连接槽位于所述槽内上部一圈成弧形,所述弧形为向下突出的弧。0017实施例20。

11、018一种用于天然气岩芯钻探的回转组合式PDC钻头,所述PDC钻头主要由圆筒形钻体和钻头主体组成,所述钻头主体包括主钻头和辅钻头,在所述钻头主体和所述圆筒形钻体之间具有连接槽,所述主钻头的端面呈圆锥台形,所述的辅钻头的端面为锯齿形,所述主钻头和辅钻头之间的夹角为25度,所述主钻头的端面上具有刃翼,所述刃翼上具有切削牙齿,在所述主钻头的端面上还有可旋转式三角喷头,所述可旋转式三角喷头通过连接头与圆形内部流道相连,所述圆形内部流道位于所述圆筒形钻体内部,所述圆形内部流道的数量与所述可旋转式三角喷头的数量相等,所述切削牙齿为硬质合金成分组成,按质量百分比其具体组成为80的钴镍合金,20的钛,且杂质总量为009,总质量百分比之和为100,所述连接槽位于所述槽内上部一圈成弧形,所述弧形为向下突出的弧。0019通过实施例1和2,对其钻进效率和钻头的力学性能进行测试,具体结果见表10020表1性能测试表0021说明书CN104196460A3/3页50022从上表中可以看出,本发明的钻头的各项指标明显优于现有技术中的普通轴承,且钻进效率大大提高,完全超出了本领域技术人员的预期水平。说明书CN104196460A1/1页6图1图2说明书附图CN104196460A。

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