CN106320990A - 一种应用于页岩气钻井的金刚石钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于页岩气钻井的金刚石钻头，包括钻头体，钻头体上分布有多条刮刀，刮刀的轮廓包括内锥、鼻部、外锥、台肩和保径块，刮刀上设有切削齿；以刮刀切削时的旋转方向为前方，钻头体上的刮刀中，至少有一条刮刀上包括一种前排剪切齿和一种后排齿；前排剪切齿为圆片剪切齿、圆形斜面剪切齿和锥台斜面剪切齿中的一种或几种，后排齿为后排剪切齿或后排限位齿；后排剪切齿为圆片剪切齿，后排限位齿为球头齿、平头齿和锥形齿中的一种或几种。本发明通过设计多种切削齿混合搭配和钻头切深控制的钻头切削齿结构，能降低钻头的扭矩波动，提高钻头抗研磨和抗冲击的能力，延长钻头切削齿的寿命，并提高钻头的切削能力、适应能力和机械钻速。

Description

一种应用于页岩气钻井的金刚石钻头

技术领域

本发明涉及一种金刚石钻头，尤其涉及一种应用于页岩气钻井的能够在泥、页岩地层钻进的金刚石钻头。

背景技术

在近年来备受重视的页岩气资源作为非常规油气资源的开发中，钻机常常在泥页岩地层钻进，多数钻井作业会遇到复杂地层，这种情况下，钻头成为能否成功钻进和影响钻井效率的重要因素。申请号为“201410618305.9”的中国专利申请，提出了在泥页岩地层钻井的PDC钻头(聚晶金刚石复合片钻头的简称)，该钻头在泥页岩地层钻进，有一定的实用性。然而，在页岩气钻井中，经常会遇到硬地层或硬夹层，有时还会遇到含硅质较高研磨性地层，常规定向井用的PDC钻头，主要是通过PDC齿(聚晶金刚石复合片)的剪切运动方式来实现钻进，在钻头的鼻部和肩部，由于PDC齿在钻头轮廓上的载荷分布特点，容易过早损坏，造成PDC钻头的机械钻速变得非常缓慢；有时一只新的PDC钻头，在硬夹层钻井中，钻头可能会快速出现鼻部环磨、台肩磨圆和钻头缩径的情况；这些都使PDC钻头在硬夹层钻井中存在工作不平稳、钻头局部切削齿过载、钻头扭矩波动的问题，造成钻头过早失效，会增加钻井成本、降低钻井效率。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种应用于页岩气钻井的金刚石钻头。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种应用于页岩气钻井的金刚石钻头，包括钻头体，所述钻头体上分布有多条刮刀，所述刮刀的轮廓包括内锥、鼻部、外锥、台肩和保径块，所述刮刀上设有切削齿；以所述刮刀切削时的旋转方向为前方，所述钻头体上的所述刮刀中，至少有一条刮刀上包括一种前排剪切齿和一种后排齿；所述前排剪切齿为圆片剪切齿、圆形斜面剪切齿和锥台斜面剪切齿中的一种或几种，所述后排齿为后排剪切齿或后排限位齿；所述后排剪切齿为圆片剪切齿，所述后排限位齿为球头齿、平头齿和锥形齿中的一种或几种。

具体地，所有刮刀中至少有一条刮刀采用以下结构：

所述钻头体上的所述刮刀中，至少包括一条刮刀，其前排齿由前排圆片剪切齿组成，其后排齿包括后排圆片剪切齿；该前排圆片剪切齿分布于该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥、台肩和保径块，该前排圆片剪切齿与切削面之间设有0°～35°的后倾角；该后排圆片剪切齿分布于该刮刀轮廓的鼻部、外锥和台肩，该后排圆片剪切齿与切削面之间设有15°～30°的后倾角；该前排圆片剪切齿的出露高度大于该后排圆片剪切齿的出露高度，高度差在0～2.5毫米之间。

或者，所述钻头体上的所述刮刀中，至少包括一条刮刀，其刮刀上包含有前排齿和后排齿，其前排齿由前排圆片剪切齿组成，其后排齿包括后排限位齿；该前排圆片剪切齿分布于该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥、台肩和保径块，该前排圆片剪切齿与切削面之间设有0°～35°的后倾角；该后排限位齿为球头齿、平头齿和锥形齿中的一种或几种，该后排限位齿分布于该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥和台肩，该后排限位齿与切削面之间设有-8°～+8°的前倾角；该前排圆片剪切齿的出露高度大于该后排限位齿的出露高度，高度差在0～2.5毫米之间。

或者，所述钻头体上的所述刮刀中，至少包括一条刮刀，其刮刀上包含有前排齿和后排齿，其前排齿由前排圆形斜面剪切齿和/或前排锥台斜面剪切齿组成，其后排齿包括后排限位齿；该前排齿分布于该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥和台肩，该前排齿与切削面之间设有10°～25°的后倾角；该后排限位齿为球头齿、平头齿和锥形齿中的一种或几种，该后排限位齿分布于该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥和台肩，该后排限位齿与切削面之间设有-8°～+8°的前倾角；该前排齿的出露高度大于该后排限位齿的出露高度，高度差在0～2.5毫米之间。

作为优选，所述圆形斜面剪切齿的圆形斜切削面与齿柱圆形底平面之间的夹角角度为5°～25°；所述锥台斜面剪切齿的锥台斜切削面与锥台圆形底平面之间的夹角角度为5°～25°；所述锥形齿的锥形切削面与齿柱中心线之间的夹角角度为28°～66°。

作为优选，所有的所述切削齿中，锥形齿、球头齿和剪切齿均为聚晶金刚石复合齿或由多晶超研磨材料制造的复合齿。

上述所有结构中，各切削齿的名称含义如下：

前排齿：在近年来的页岩气钻井中，使用的常规PDC钻头的刮刀常常采用双排齿的布齿方式，以刮刀切削时的旋转方向为前方，在刮刀前排布置的切削齿通常称为前排齿；

后排齿：与前排齿相对应，在刮刀后排布置的切削齿通常称为后排齿；

剪切齿：常规PDC钻头的刮刀上安装有圆片PDC齿，以剪切方式切削地层，并依适当的后倾角实现钻头的快速钻井，这种圆片PDC齿在钻头刮刀上的装配形式，以剪切方式切削地层的切削齿称为剪切齿；

限位齿：常规PDC钻头的后排齿都有限制PDC钻头切深的作用，不是剪切齿的装配形式且具有限制PDC钻头切深功能的齿柱称作限位齿，限位齿一般垂直安装在PDC钻头的刮刀轮廓上。

其它名称根据字面理解即可，比如：前排剪切齿为设于前排的剪切齿，后排剪切齿为设于后排的剪切齿。

本发明的有益效果在于：

本发明通过设计多种切削齿混合搭配和钻头切深控制的钻头切削齿结构，能降低钻头的扭矩波动，提高钻头抗研磨和抗冲击的能力，延长钻头切削齿的寿命，并提高钻头的切削能力、适应能力和机械钻速，增强钻头的稳定性，为用户降低钻井成本；具体表现为：

1、采用刮刀式双排齿布齿结构，提高了钻头的适应范围；同一刮刀的前后排齿，提高了钻头设计变化和选择的能力，可以根据钻井地层特点，选择合适的结构。

2、采用刮刀式双排齿布齿结构，优选合适的出露高度，控制钻头的每转切深，可以提高钻头的稳定性，有利于减小扭矩波动和工具面的控制。

3、采用刮刀式双排齿布齿结构，可以依据定向井和水平井钻井的作业方式，采用合适的刮刀轮廓结构；依据地层的硬度和研磨性特点，选择不同切削齿类型应用在刮刀轮廓的不同位置；可以根据不同齿的特点和破岩特点，提高钻头的抗冲击，抗研磨能力，提高钻头的机械钻速和钻头寿命，达到减低用户钻井成本的目的。

附图说明

图1是本发明所述应用于页岩气钻井的金刚石钻头的剖视主视图；

图2是本发明所述页岩气钻井的金刚石钻头的俯视图结构示意图之一；

图3是本发明所述页岩气钻井的金刚石钻头的俯视图结构示意图之二；

图4A是本发明所述页岩气钻井的金刚石钻头的俯视图结构示意图之三；

图4B是本发明所述页岩气钻井的金刚石钻头的俯视图结构示意图之四；

图4C是本发明所述页岩气钻井的金刚石钻头的俯视图结构示意图之五；

图4D是本发明所述页岩气钻井的金刚石钻头的俯视图结构示意图之六；

图5是本发明所述圆片剪切齿的主视结构示意图；

图6是本发明所述圆片剪切齿的俯视结构示意图；

图7是本发明所述圆形斜面剪切齿的主视结构示意图；

图8是本发明所述圆形斜面剪切齿的俯视结构示意图；

图9是本发明所述锥台斜面剪切齿的主视结构示意图；

图10是本发明所述锥台斜面剪切齿的俯视结构示意图；

图11是本发明所述圆片剪切齿在刮刀上的后倾角变化示意图；

图12是本发明所述限位齿中的平头齿的主视结构示意图；

图13是本发明所述限位齿中的平头齿的俯视结构示意图；

图14是本发明所述限位齿中的球头齿的主视结构示意图；

图15是本发明所述限位齿中的球头齿的俯视结构示意图；

图16是本发明所述限位齿中的锥形齿的主视结构示意图；

图17是本发明所述限位齿中的锥形齿的俯视结构示意图；

图18是本发明所述限位齿中的锥形齿在刮刀上的前倾角变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3、图4A、图4B、图4C和图4D所示，本发明所述应用于页岩气钻井的金刚石钻头包括钻头体10，钻头体10上分布有多条刮刀11，刮刀11的轮廓包括内锥7、鼻部6、外锥5、台肩4和保径块3，刮刀11上设有切削齿9；以刮刀11切削时的旋转方向为前方，钻头体10上的刮刀11中，至少有一条刮刀11上包括一种前排剪切齿和一种后排齿；所述前排剪切齿为圆片剪切齿、圆形斜面剪切齿和锥台斜面剪切齿中的一种或几种，所述后排齿为后排剪切齿或后排限位齿；所述后排剪切齿为圆片剪切齿，所述后排限位齿为球头齿、平头齿和锥形齿中的一种或几种；这里的所述圆形斜面剪切齿的圆形斜切削面与齿柱圆形底平面之间的夹角角度为5°～25°；所述锥台斜面剪切齿的锥台斜切削面与锥台圆形底平面之间的夹角角度为5°～25°；所述锥形齿的锥形切削面与齿柱中心线之间的夹角角度为28°～66°。

图1中还显示出了两条刮刀11之间的排屑槽13、钻头体10上的喷嘴8、中心水道2和接头1，接头1上加工有连接螺纹，钻井时，金刚石钻头通过接头1上的螺纹与井下钻具组合连为一体进行钻井作业；这些结构为金刚石钻头的常规结构。

说明，上述结构为总体结构，根据实际需要，前排切削齿和后排切削齿的具体齿型有不同变化，下面对其不同变化的结构进行具体描述。说明：下述各种齿都是切削齿9中的一种；下述描述中对同一种齿可能采用了不同的数字标记，是由于不同用途附图中的齿并不一定是一一对应的。

本发明公开的第一种具体结构：

如图1和图2所示，钻头体10上的刮刀11中，至少包括一条刮刀11，其前排齿由前排圆片剪切齿15组成，其后排齿包括后排圆片剪切齿14；该前排圆片剪切齿15分布于该刮刀11的轮廓的内锥7、鼻部6、外锥5、台肩4和保径块3，该前排圆片剪切齿15与刮刀切削面之间设有0°～35°的后倾角；该后排圆片剪切齿14分布于该刮刀11的轮廓的鼻部6、外锥5和台肩4，该后排圆片剪切齿14与切削面之间设有15°～30°的后倾角；该前排圆片剪切齿15的出露高度大于该后排圆片剪切齿14的出露高度，高度差在0～2.5毫米之间。

图2中还示出了多个其它后排齿12，其它后排齿12为平头齿或球头齿。其它后排齿12分布于刮刀11的轮廓的内锥7、鼻部6和台肩4；其它后排齿12与切削面之间设有-8°～+8°的前倾角。前排圆片剪切齿15的出露高度大于其它后排齿12的出露高度，高度差在0～2.5毫米之间。

本发明公开的第二种具体结构：

如图1和图3所示，钻头体10上的刮刀11中，至少包括一条刮刀11，其前排齿由前排圆片剪切齿15组成，其后排齿包括后排限位齿，该后排限位齿为球头齿18；该前排圆片剪切齿15分布于该刮刀11的轮廓的内锥7、鼻部6、外锥5、台肩4和保径块3，该前排圆片剪切齿15与切削面之间设有0°～35°的后倾角；该球头齿18分布于该刮刀11的轮廓的内锥7、鼻部6、外锥5和台肩4，该球头齿18与切削面之间设有-8°～+8°的前倾角；该前排圆片剪切齿15的出露高度大于该球头齿18的出露高度，高度差在0～2.5毫米之间。

图3中还示出了多个其它后排齿12，其它后排齿12为平头齿或球头齿。其它后排齿12分布于刮刀11的轮廓的内锥7、鼻部6和台肩4；其它后排齿12与切削面之间设有-8°～+8°的前倾角。前排圆片剪切齿15的出露高度大于其它后排齿12的出露高度，高度差在0～2.5毫米之间。

本发明公开的第三种具体结构：

如图1和图4A所示，钻头体10上的刮刀11中，至少包括一条刮刀11，其刮刀11至少包括多个前排圆片剪切齿15和多个后排锥形齿44；该前排圆片剪切齿15分布于该刮刀11的轮廓的内锥7、鼻部6、外锥5、台肩4和保径块3，该前排圆片剪切齿15与切削面之间设有0°～35°的后倾角；该锥形齿44分布于该刮刀11的轮廓的内锥7、鼻部6、外锥5和台肩4，该锥形齿44与切削面之间设有-8°～+8°的前倾角；该前排圆片剪切齿15的出露高度大于该锥形齿44的出露高度，高度差在0～2.5毫米之间。

本发明公开的第四种具体结构：

结合图1和图4B，钻头体10上的刮刀11中，至少包括一条刮刀11，其刮刀11至少包括多个前排锥台斜面剪切齿45和多个后排锥形齿44；该前排锥台斜面剪切齿45分布于该刮刀11的轮廓的内锥7、鼻部6、外锥5和台肩4，该前排锥台斜面剪切齿45与切削面之间设有10°～25°的后倾角；该后排锥形齿44分布于钻头刮刀11轮廓的内锥7、鼻部6、外锥5和台肩4，该锥形齿44与切削面之间设有-8°～+8°的前倾角；该前排锥台斜面剪切齿45的出露高度大于该后排锥形齿44的出露高度，高度差在0～2.5毫米之间。

本发明公开的第五种具体结构：

结合图1和图4C，钻头体10上的刮刀11中，至少包括一条刮刀11，其刮刀11至少包括多个前排圆形斜面剪切齿48和多个后排锥形齿44；该前排圆形斜面剪切齿48分布于该刮刀11的轮廓的内锥7、鼻部6、外锥5和台肩4，该圆形斜面剪切齿48与切削面之间设有10°～25°的后倾角；该后排锥形齿44分布于该刮刀11的轮廓的内锥7、鼻部6、外锥5和台肩4，该后排锥形齿44与切削面之间设有-8°～+8°的前倾角；该前排圆形斜面剪切齿48的出露高度大于该后排锥形齿44的出露高度，高度差在0～2.5毫米之间。

本发明公开的第六种具体结构：

结合图1和图4D，钻头体10上的刮刀11中，至少包括一条刮刀11，其刮刀11至少包括多个前排锥台斜面剪切齿45和多个后排球形齿58；该前排锥台斜面剪切齿45分布于该刮刀11的轮廓的内锥7、鼻部6、外锥5和台肩4，该前排齿与切削面之间设有10°～25°的后倾角；该后排球形齿58分布于钻头刮刀11轮廓的内锥7、鼻部6、外锥5和台肩4，该后排球形齿58与切削面之间设有-8°～+8°的前倾角；该前锥台斜面剪切齿45的出露高度大于该后排球形齿58的出露高度，高度差在0～2.5毫米之间。

上述六种具体结构中，钻头体10上所有的切削齿9中，选择锥形齿、球头齿和所有剪切齿(包括圆片剪切齿、圆形斜面剪切齿和锥台斜面剪切齿)均优选为聚晶金刚石复合齿或由多晶超研磨材料制造的复合齿。

下面切削齿附图是上述六种具体结构中,用得较多齿的结构，下面结合图例进行具体说明：

如图5和图6所示，一种圆片剪切齿A，包括聚晶金刚石复合材料和/或多晶超研磨材料构成的圆片形金刚石层61、曲面结合面65和多晶粒炭化钨复合材料形成的基体68，在高温高压环境中形成。圆片剪切齿A与刮刀的切削面之间有一个前、后倾斜的夹角，一般称作后倾角，该后倾角设置在0°～35°之间的范围。

如图7和图8所示，一种圆形斜面剪切齿B，为特殊结构的剪剪切齿。该齿有圆片形斜面金刚石层71，圆片形斜面金刚石层71由聚晶金刚石复合材料和/或多晶超研磨材料构成，具有抗冲击、抗研磨和热稳定的性能；该齿还包括非平面的结合面74、复合材料形成的结合层76和多晶粒炭化钨复合材料形成的基体79。该齿在高温高压环境中形成。圆形斜面剪切齿B的斜面金刚石层71与结合层76的底平面72有一个5°～+25°夹角，安装在钻头刀翼相当于侧倾角；钻井时，圆形斜面剪切齿B与刮刀的切削面之间有一个前、后倾斜的夹角，一般称作后倾角，该后倾角设置在10°～25°之间的范围。

如图9和图10所示，一种锥台斜面剪切齿C，为特殊结构的剪剪切齿。该齿包括锥台底平面83和斜平面81一起构成金刚石层切削面，锥台斜面剪切齿C的金刚石层切削面83和81，由聚晶金刚石复合材料和/或多晶超研磨材料构成，具有抗冲击、抗研磨和热稳定的性能；曲面结合面85和多晶粒炭化钨复合材料形成的基体88一起在高温高压环境中形成该齿。锥台斜面剪切齿C斜平面81与锥台底平面83有一个5°～+25°的夹角范围(或25°～+75°范围)在钻头刮刀上相当于钻头钻井时的侧倾角；锥台斜面剪切齿C与钻头刮刀的切削面之间有一个前、后倾斜夹角，一般称作后倾角，该后倾角设置在10°～25°之间的范围。

图11是图5中圆片剪切齿A在刮刀11上的后倾角变化示意图，该后倾角变化包括：正后倾角、负后倾角和0度后倾角，图11中的D、E分别代表正后倾角、负后倾角的角度。圆片剪切齿A在刮刀上11的后倾角变化同样适用于圆形斜面剪切齿B和锥台斜面剪切齿C的在刮刀11上的后倾角变化。

如图12和图13所示，一种平头齿F，包括圆柱平面91和多晶粒炭化钨复合材料形成的基体97。平头齿F的轴线与钻头刮刀的切削面之间有一个前、后倾斜夹角，一般称作前倾角，该前倾角在-8°～+8°之间。

如图14和15所示，一种球头齿G，为特殊金刚石齿，包括球面101构成的球面金刚石层，该金刚石层由聚晶金刚石复合材料和/或多晶超研磨材料构成，具有抗冲击、抗研磨和热稳定的性能；与非平面结合面105和多晶粒炭化钨复合材料形成的基体107一起在高温高压环境中形成该齿。球头齿G也可以选取整体为碳化钨材料的齿柱；球头齿G的轴线与钻头刮刀的切削面之间有一个前、后倾斜夹角，一般称作前倾角，该前倾角在-8°～+8°之间。

如图16和图17所示，一种锥形齿H，为特殊金刚石齿；包括锥形面111构成的锥面金刚石层，该锥面金刚石层由聚晶金刚石复合材料和/或多晶超研磨材料构成，具有抗冲击、抗研磨和热稳定的性能；与非平面结合面115和多晶粒炭化钨复合材料形成的基体118一起在高温高压环境中形成该齿。锥形面111与锥形齿H的轴线有一个夹角113，角度在28°～+66°之间的范围。锥形齿H的轴线与钻头刮刀的切削面之间有一个前、后倾斜夹角，一般称作前倾角，该前倾角在-8°～+8°之间。

图18是图16中锥形齿H轴线在刮刀11上的前倾角变化示意图，该前倾角变化包括：负前倾角、正前倾角和0度前倾角，图18中的J、K分别代表负前倾角、正前倾角的角度。锥形齿H轴线在刮刀上11的前倾角变化同样适用于平头齿F和球头齿G在刮刀11上的前倾角变化。

说明：本钻头中锥形齿和各种剪切齿中，存在多晶超研磨材料；多晶超研磨材料包括人造金刚石和天然金刚石颗粒、人造金刚石和天然金刚石单晶和微粒的混合，含有立方氮化硼等多晶超研磨材料；在实例中，多晶超研磨材料和硬质合金基体在高温/高压(“HTHP”)的工艺过程中使用的催化剂材料，能够形成希望的多晶超研磨材料的锥形齿和多晶超研磨材料的圆片剪切齿。

在上述形成多晶超研磨材料的高温/高压(“HTHP”)的工艺过程，在可加热的高温/高压的压力机中完成。一般高温达1420℃的温度条件下，高压大约在5.5GPa～7.8GPa之间的高压力条件下；尽管高温/高压(HTHP)工艺的准确操作参数将根据正在使用的各种材料的具体成分和数量而发生变化。在高温/高压的压力机中的压力可以在设定的具体恒定的高温/高压(“HTHP”)条件下，维持大约在50秒～21分钟的时间内，能够形成多晶超研磨材料的锥形齿和多晶超研磨材料的圆片剪切齿。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (8)

1.一种应用于页岩气钻井的金刚石钻头，包括钻头体，所述钻头体上分布有多条刮刀，所述刮刀的轮廓包括内锥、鼻部、外锥、台肩和保径块，所述刮刀上设有切削齿；其特征在于：以所述刮刀切削时的旋转方向为前方，所述钻头体上的所述刮刀中，至少有一条刮刀上包括一种前排剪切齿和一种后排齿；所述前排剪切齿为圆片剪切齿、圆形斜面剪切齿和锥台斜面剪切齿中的一种或几种，所述后排齿为后排剪切齿或后排限位齿；所述后排剪切齿为圆片剪切齿，所述后排限位齿为球头齿、平头齿和锥形齿中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的应用于页岩气钻井的金刚石钻头，其特征在于：所述钻头体上的所述刮刀中，至少包括一条刮刀，其前排齿由前排圆片剪切齿组成，其后排齿包括后排圆片剪切齿；该前排圆片剪切齿分布于该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥、台肩和保径块，该前排圆片剪切齿与切削面之间设有0°～35°的后倾角；该后排圆片剪切齿分布于该刮刀轮廓的鼻部、外锥和台肩，该后排圆片剪切齿与切削面之间设有15°～30°的后倾角；该前排圆片剪切齿的出露高度大于该后排圆片剪切齿的出露高度，高度差在0～2.5毫米之间。

3.根据权利要求1所述的应用于页岩气钻井的金刚石钻头，其特征在于：所述钻头体上的所述刮刀中，至少包括一条刮刀，其前排齿由前排圆片剪切齿组成，其后排齿包括后排限位齿；该前排圆片剪切齿分布于该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥、台肩和保径块，该前排圆片剪切齿与切削面之间设有0°～35°的后倾角；该后排限位齿为球头齿、平头齿和锥形齿中的一种或几种，该后排限位齿分布于该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥和台肩，该后排限位齿与切削面之间设有-8°～+8°的前倾角；该前排圆片剪切齿的出露高度大于该后排限位齿的出露高度，高度差在0～2.5毫米之间。

4.根据权利要求1所述的应用于页岩气钻井的金刚石钻头，其特征在于：所述钻头体上的所述刮刀中，至少包括一条刮刀，其前排齿由前排圆形斜面剪切齿和/或前排锥台斜面剪切齿组成，其后排齿包括后排限位齿；该前排齿分布于该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥和台肩，该前排齿与切削面之间设有10°～25°的后倾角；该后排限位齿与切削面之间设有-8°～+8°的前倾角；该后排限位齿为球头齿、平头齿和锥形齿中的一种或几种，该后排限位齿分布于该刮刀轮廓的内锥、鼻部、外锥和台肩，该后排限位齿与切削面之间设有-8°～+8°的前倾角；该前排齿的出露高度大于该后排限位齿的出露高度，高度差在0～2.5毫米之间。

5.根据权利要求1所述的应用于页岩气钻井的金刚石钻头，其特征在于：所述圆形斜面剪切齿的圆形斜切削面与齿柱圆形底平面之间的夹角角度为5°～25°。

6.根据权利要求1所述的应用于页岩气钻井的金刚石钻头，其特征在于：所述锥台斜面剪切齿的锥台斜切削面与锥台圆形底平面之间的夹角角度为5°～25°。

7.根据权利要求1所述的应用于页岩气钻井的金刚石钻头，其特征在于：所述锥形齿的锥形切削面与齿柱中心线之间的夹角角度为28°～66°。

8.根据权利要求1-7中任何一项所述的应用于页岩气钻井的金刚石钻头，其特征在于：所有的所述切削齿中，锥形齿、球头齿和剪切齿均为聚晶金刚石复合齿或由多晶超研磨材料制造的复合齿。