CN102747960A - 一种混合钻头 - Google Patents

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程永
宋满华
樊孝兵
吴素婷
石志明
刘聪
周悦辉
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Abstract

本发明涉及到一种用于石油、天然气和地质钻井用的混合钻头，包括有钻头体，钻头体上设置刀翼和牙轮，刀翼上安设有切削齿，牙轮通过牙掌与钻头体相连，其特征在于所述的牙轮为盘式牙轮。所述的盘式牙轮上的切削元件呈盘刀状或间断盘刀状。本发明专利的有益效果在于：1、将金刚石钻头的刮削运动和盘式牙轮钻头的滚蹍运动方式相结合，实现井底预破碎，保证金刚石切削齿有效吃入岩石，消除钻头在一些特殊地层发生粘滑现象和PDC复合片冲击破损的几率，提高钻头切削效率和机械钻速。2、盘式牙轮可以较为平稳的实现对井底岩层的预破碎，减少对金刚石复合片的冲击，增强钻头钻进的稳定性，使钻头达到更快、更稳地钻进。

Description

一种混合钻头
技术领域
本发明专利涉及到一种用于石油、天然气和地质钻井用的混合钻头，该钻头适用于在硬地层和夹层地层的钻井。
背景技术
在现有技术中，当钻井遇到硬地层时，常用的PDC金刚石钻头主要是通过刮削运动方式来实现井下钻进，金刚石钻头的鼻部和肩部上主要的切削元件很难有效吃入井底岩石，金刚石钻头的机械钻速将变得非常缓慢；而牙轮钻头以冲击压碎方式破碎岩石，容易使岩石产生较深的破碎齿坑，但由于地层硬，不能使岩石产生体积破碎，故牙轮钻头切削齿的切削效率也很低，牙轮钻头的机械钻速也很慢。另外一方面，当钻头遇到一些软硬夹层较多的地层时，PDC金刚石钻头的切削元件极易受到冲击破损，为了应对这种情况，中国专利文献CN200880016630.0公开了由牙轮钻头和PDC金刚石钻头组合而成的混合钻头，该混合钻头虽有较强的综合性能，但存在以下的不足：由于三牙轮钻头特有冲击压碎的破岩机理，牙轮旋转产生的冲击载荷易导致金刚石钻头部分的切削元件PDC复合片破碎，从而导致钻头机械钻速的降低。
发明内容
本发明专利所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种改进的混合钻头，它不仅综合性能强，能对井底岩石进行有效地预破碎，使得金刚石钻头部分的切削元件有效吃入岩石，而且能减少对钻头切削元件金刚石复合片的冲击，从而提高钻头的切削效率和机械钻速，增强钻头钻进的稳定性。
本发明专利为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
包括有钻头体，钻头体上设置刀翼和牙轮，刀翼上安设有切削齿，牙轮通过牙掌与钻头体相连，其不同之处在于所述的牙轮为盘式牙轮。
按上述方案，所述的盘式牙轮上的切削元件呈盘刀状或间断盘刀状。
按上述方案，所述的盘式牙轮轮面为圆球面或锥球面或圆锥面。
按上述方案，所述的盘式牙轮切削元件沿牙轮的旋转轴线间隔布设，所述的切削元件的横向截面（齿形）的中线与盘式牙轮轮面的母线垂直或基本垂直。
按上述方案，所述的牙掌上端与钻头体相联成一体，牙掌的下端设置轴颈，轴颈上套装盘式牙轮并通过钢珠轴向锁定。
按上述方案，所述的刀翼和盘式牙轮的个数相同，均为2~4个，并沿牙轮轴向交错安设。
按上述方案，所述的盘式牙轮的旋转轴线与钻头体旋转轴线的夹角a成50°~70°。
按上述方案，所述的刀翼上安设的切削齿为金刚石复合片，所述的盘式牙轮上的切削元件表面覆焊硬质合金层，或镶嵌硬质合金齿，或钎焊金刚石孕镶块。
本发明专利的有益效果在于：1、将金刚石钻头的刮削运动和盘式牙轮钻头的滚蹍运动方式相结合，实现井底预破碎，保证金刚石切削齿有效吃入岩石，消除钻头在一些特殊地层发生粘滑现象和PDC复合片冲击破损的几率，提高钻头切削效率和机械钻速。2、盘式牙轮可以较为平稳的实现对井底岩层的预破碎，减少对金刚石复合片的冲击，增强钻头钻进的稳定性，使钻头达到更快、更稳地钻进。
附图说明
图1为本发明专利第一个实施例的倒立式的立体视图。
图2为本发明专利第一个实施例的倒立式的俯视图。
图3为本发明专利第一个实施例的带有连续刀状的盘式牙轮立体视图。
图4为本发明专利第一个实施例的带有连续刀状的盘式牙轮半剖视图。
图5为本发明专利第一个实施例的混合钻头的击碎轮廓线投影视图。
图6为本发明专利的第二个实施例的盘式牙轮的立体视图。
图7为本发明专利的第三个实施例的盘式牙轮的立体视图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明专利的实施例。
包括有钻头体1，钻头体上设置三个刀翼2，在刀翼2的内锥、鼻部和肩部处安设有切削齿，切削齿为金刚石复合片3，在钻头体1上设有水力喷射孔，并每个喷射孔上固定有喷嘴12。在各刀翼2之间安设有盘式牙轮4，三个刀翼配置三个盘式牙轮4，相互交错安设；盘式牙轮通过牙掌5与钻头体相连，所述的牙掌5上端与钻头体1焊接成一体，牙掌5的下端设置轴颈，轴颈上套装盘式牙轮4并通过钢珠轴向锁定。所述的盘式牙轮轮面为圆球面，盘式牙轮的旋转轴线7与钻头体1的旋转轴线6的夹角a成57°，所述的盘式牙轮4上的切削元件8呈盘连续刀状，并且盘式牙轮切削元件沿牙轮的旋转轴线7间隔布设，所述的切削元件的横向截面（齿形）的中线与盘式牙轮轮面的母线垂直或基本垂直，盘式牙轮上的切削元件8表面覆焊硬质合金层9。盘式牙轮的切削元件的最外滚碾廓线与刀翼鼻部和肩部处的切削齿形成的廓线相吻合。 
第二个实施例的盘式牙轮如图6所示。与第一个实施例不同之处在于所述的盘式牙轮4上的切削元件8成间断盘刀状，其它方面与第一个实施例相同。
第三个实施例的盘式牙轮如图7所示。与第一个实施例不同之处在于所述的盘式牙轮4上的切削元件中间隔镶有硬质合金齿或PDC孕镶块11，其它方面与第一个实施例相同。 

Claims (9)

1.一种混合钻头，包括有钻头体，钻头体上设置刀翼和牙轮，刀翼上安设有切削齿，牙轮通过牙掌与钻头体相连，其特征在于所述的牙轮为盘式牙轮。
2.按权利要求1所述的混合钻头，其特征在于所述的盘式牙轮上的切削元件呈盘刀状或间断盘刀状。
3.按权利要求1或2所述的混合钻头，其特征在于所述的盘式牙轮轮面为圆球面或锥球面或圆锥面。
4.按权利要3所述的混合钻头，其特征在于所述的盘式牙轮切削元件沿牙轮的旋转轴线间隔布设，所述的切削元件的横向截面的中线与盘式牙轮轮面的母线垂直或基本垂直。
5.按权利要求1或2所述的混合钻头，其特征在于所述的牙掌上端与钻头体相联成一体，牙掌的下端设置轴颈，轴颈上套装盘式牙轮并通过钢珠轴向锁定。
6.按权利要求1或2所述的混合钻头，其特征在于所述的刀翼和盘式牙轮的个数相同，均为2~4个，并沿牙轮轴向交错安设。
7.按权利要求1或2所述的混合钻头，其特征在于所述的盘式牙轮的旋转轴线与钻头体的旋转轴线成50°~70°的夹角。
8.按权利要求1或2所述的混合钻头，其特征在于所述的刀翼上安设的切削齿为金刚石复合片，所述的盘式牙轮上的切削元件表面覆焊硬质合金层，或镶嵌硬质合金齿，或钎焊金刚石孕镶块。
9.按权利要求1或2所述的混合钻头，其特征在于所述的盘式牙轮的切削元件的最外滚碾廓线与刀翼鼻部和肩部处的切削齿形成的廓线相吻合。
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