本實用新型涉及一種多級階梯形PDC鉆頭，屬于油氣資源開采的機械鉆具裝置領域。

背景技術：

隨著國內外對油氣資源勘探開發力度的增大，使得油氣資源開采目標開始向深部地層鉆進。鉆頭是油氣井鉆進中直接破碎巖石的工具，鉆頭質量的好壞和鉆頭與巖性的相適應性，對提高鉆進速度和降低鉆井成本起著重要作用。

當前石油鉆井中使用最多的是牙輪鉆頭和PDC鉆頭。常規PDC鉆頭在均質大段松軟地層中鉆進時，具有機械鉆速快，壽命長，進尺多等優點，但對深部硬地層的適應性較差，機械鉆速不穩定，PDC鉆頭的切屑齒易發生沖擊損壞和高溫磨損現象，引起鉆頭前期損壞，使用壽命短；而牙輪鉆頭主要靠沖擊、壓碎、小距離刮削方式破巖，破巖效率低，軸承壽命短。

階梯型PDC鉆頭與其他鉆頭的主要區別是，它所鉆出的井底剖面是階梯形的。這種階梯形的多自由面的井底，使得階梯形PDC鉆頭具有與其它鉆頭不同的破巖方式。當鉆頭上的切屑齒作用在階梯形的巖石上時，可同時產生兩種破巖方式。一種是在回轉力和軸向力的作用下，切削齒對巖石進行水平方向的切屑或剪切破碎；另一種是軸向力使切屑齒底下的巖石產生垂直方向的破碎。階梯形PDC鉆頭對巖石進行分級破碎，破巖難度降低，每一級破巖面釋放圍巖中的應力，有助于改善穩定性從而減少震動失效，延長鉆頭壽命，改進井眼質量，節約成本。在相同的井底面積下采用階梯形PDC鉆頭比直接采用較大尺寸的鉆頭鉆進效果好，其適用于深部硬地層鉆進。

技術實現要素：

本實用新型的目的為了提高破巖效率和鉆進速度，提供一種多級階梯形PDC鉆頭，克服現有單一石油鉆頭對于深部復雜地層鉆進的不適應性，鉆進速度慢及鉆頭磨損大的問題。

本實用新型采用的技術方案：

本實用新型一種多級階梯形PDC鉆頭，由第一級破巖面、第二級破巖面和第三級破巖面組成。第一級破巖面中心部位是水眼，圍繞水眼環形布有幾排PDC齒；第二級破巖面與第一級破巖面之間有一定高度差；第二級破巖面上環形均勻布有PDC齒，每相鄰兩排PDC齒之間有一個水眼；第三級破巖面與第二級破巖面之間有一定高度差；第三級破巖面也環形布有幾排PDC齒，每相鄰兩排PDC齒之間是排屑槽，排屑槽上有一個水眼；鉆進液從內部流道通過水眼噴出，對鉆頭進行冷卻并排出巖屑。

鉆頭工作時，在完全鉆入地層后，形成階梯形井底，階梯形PDC鉆頭的每一級破巖面都同時作用巖石；破巖面的級數可以根據實際需要增加。

本實用新型與現有技術相比具有以下優點：1、對巖石進行分級破碎，降低破巖難度；2、可設計多級破巖面，改變每一級破巖面的破巖面積和每一級的高度差，達到對不同巖石破碎的適應性；3、克服鉆頭磨損嚴重的問題，提高破巖效率和鉆進速度。

附圖說明

圖1為本實用新型一種多級階梯形PDC鉆頭的結構示意圖；

圖2為圖1的仰視圖；

圖3為圖1的剖面圖。

圖中：1.第一級破巖面，2.第二級破巖面，3.第三級破巖面，4.排屑槽，5.水眼，6.PDC齒，7.內部流道，8.水眼，9.水眼。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：

如圖1、圖2、圖3所示，一種多級階梯形PDC鉆頭，由第一級破巖面1、第二級破巖面2和第三級破巖面3組成。第一級破巖面1中心部位是水眼5，圍繞水眼5環形布有幾排PDC齒6；第二級破巖面2與第一級破巖面1之間有一定高度差；第二級破巖面2上環形均勻布有PDC齒6，每相鄰兩排PDC齒6之間有一個水眼8；第三級破巖面3與第二級破巖面2之間有一定高度差；第三級破巖面3也環形布有幾排PDC齒6，每相鄰兩排PDC齒6之間是排屑槽4，排屑槽4上有一個水眼9；鉆進液從內部流道7通過水眼5噴出，對鉆頭進行冷卻并排出巖屑。

鉆頭工作時，在完全鉆入地層后，形成階梯形井底，階梯形PDC鉆頭的每一級破巖面都同時作用巖石，破巖面的級數可以根據實際需要增加。

工作原理：

在實際鉆采過程中，第一級破巖面1首先接觸巖石破巖，緊接著第二級破巖面2和第三級破巖面3破巖，在破巖過程中形成階梯形的井底。通過分級逐步破碎巖石，提高了鉆頭對深部硬地層破巖的破巖效率。