CN103939022A - 一种pdc钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种PDC钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头，其特征在于：包括相互连接的PDC钻头和牙轮钻头；所述PDC钻头包括圆钢主体，圆钢主体的侧面上铣制出若干刀翼组，以及若干凹槽，每组刀翼包括一刀翼和二刀翼，一刀翼和二刀翼为一字型连体刀翼；所述牙轮钻头包括若干牙掌，牙掌安装在凹槽内，并且牙掌的下部设置有牙轮组，所述牙轮组与刀翼组是一一对应的；每组牙轮组包括一牙轮和二牙轮，一牙轮和二牙轮的外侧分别形成牙轮锥面破碎面和牙轮圆弧破碎面；所述圆钢主体上设置有牙轮钻头储油密封轴承系统和水力喷射系统。本发明提高钻头破岩效率，保证了钻头的使用寿命，并且钻井的工作指标良好，降低了钻井的成本。

Description

一种PDC钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头

技术领域

本发明属于石油地质钻井用钻头领域，具体地说，涉及一种PDC钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头。 

背景技术

在现有技术中，当钻井遇到硬地层时，常用的PDC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，同时，上述组合钻头破岩效率低下，而且钻头的使用寿命段，同时现有的钻头提高了钻井成本，不便于上述组合钻头的推广。 

发明内容

为解决背景技术中的问题，本发明提供一种提高钻头破岩效率、钻头寿命、钻工作指标和降低钻井成本的PDC钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头。 

本发明的技术方案是： 

一种PDC钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头，其特征在于：包括相互连 接的PDC钻头和牙轮钻头；所述PDC钻头包括圆钢主体，圆钢主体的侧面上铣制出若干刀翼组，以及若干凹槽，每组刀翼包括一刀翼和二刀翼，一刀翼和二刀翼为一字型连体刀翼；所述牙轮钻头包括若干牙掌，牙掌安装在凹槽内，并且牙掌的下部设置有牙轮组，所述牙轮组与刀翼组是一一对应的；每组牙轮组包括一牙轮和二牙轮，一牙轮和二牙轮的外侧分别形成牙轮锥面破碎面和牙轮圆弧破碎面；所述圆钢主体上设置有牙轮钻头储油密封轴承系统和水力喷射系统。 

作为一种改进，所述圆钢主体的侧面上铣制出刀翼组的数目为一对，包括一刀翼和二刀翼，一刀翼和二刀翼上分别设置有若干主齿和副齿；主齿和副齿形成井底破碎线，井底破碎线包括内锥面和圆弧面，并且在一刀翼和二刀翼的外保径面上设置有合金齿、1304齿和1004齿制成的端面。 

作为一种改进，所述圆钢主体上设置有若干长方形槽，长方形槽内焊接有牙掌。 

作为一种改进，所述牙轮组中的一牙轮和二牙轮通过卡簧锁紧挂在牙掌的轴颈上；一牙轮和二牙轮分别包括锥面齿和圆弧面牙轮主齿，圆弧面牙轮主齿形成圆弧面，并且在圆弧面上设置有切径齿及平齿。 

作为一种改进，所述牙轮钻头储油密封轴承系统包括设置在牙轮钻头和PDC钻头之间的轴承，轴承为锁紧牙轮的高速储油密封轴承，高速储油密封轴承包括O形密封圈、轴金属环、浮动环、牙轮端面、大轴套、卡簧、铜柱、小轴套、小轴、储油囊、大轴孔、轴油孔、轴油槽、传压孔、注油孔、注油丝堵及掌背齿；所述牙轮端面上设置有小轴，并在牙轮端面上设置有O形密封圈、轴金属环、浮动环、牙轮端面、大轴套、卡簧、铜柱、小轴套、储油囊、大轴孔、轴油孔、轴油槽、传压孔、注油孔、注油丝堵及掌背齿。 

作为一种改进，所述水力喷射系统包括两组侧喷嘴和中心喷嘴。 

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比较，本发明中的PDC钻头采用钢体式复合齿的铣齿柱和齿孔和电焊钢齿柱两种结构，钎焊1608主齿和1308副齿，提高了复合齿和牙轮齿联合破岩区域实现全井底联合破岩及采用两个侧水眼和中心水眼清洗刀翼、复合齿和牙轮及齿，携带井底岩屑有利于提高复合齿寿命和钻头工作指标。 

牙轮钻头卡簧锁紧牙轮轴承为高速储油密封轴承，一牙轮为锥鼓形的齿，破碎PDC钻头复合齿全井底区域的岩石，为复合齿提供有牙齿破碎坑碎石层，二牙轮的齿破碎复合齿圆弧区域岩石，牙轮上的牙齿为锥球形截面的楔形齿，切径齿为凸顶楔形齿提高复合齿牙轮的破岩效率，可提高组合钻头寿命和工作指标及降低钻井成本。 

本发明的组合钻头是由PDC钻头与牙轮钻头联合组成破岩，提高了钻头破岩效率，保证了钻头的使用寿命，并且钻井的工作指标良好，降低了钻井的成本。 

附图说明

图1为本发明一种实施例的正面结构示意图； 

图2为本发明一种实施例的俯视结构示意图。 

具体实施方式

实施例 

如图1、图2所示，一种PDC钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头，包括相互连接的PDC钻头和牙轮钻头。所述PDC钻头包括圆钢主体1，圆钢主体1的侧面上铣制出若干刀翼组，以及若干凹槽。每组刀翼包括一刀翼2和二刀翼3，一刀翼2和二刀翼3为一字型连体刀翼.所述牙轮钻头包括若干牙掌11，牙掌11 安装在凹槽内，并且牙掌11的下部设置有牙轮组，所述牙轮组与刀翼组是一一对应的。每组牙轮组包括一牙轮12和二牙轮13，一牙轮12和二牙轮13的外侧分别形成牙轮锥面破碎面18和牙轮圆弧破碎面19。所述圆钢主体1上设置有牙轮钻头储油密封轴承系统和水力喷射系统。 

在本实施例中，所述圆钢主体1的侧面上铣制出刀翼组的数目为一对，包括一刀翼2和二刀翼3，一刀翼2和二刀翼3上分别设置有若干主齿4和副齿5。主齿4和副齿5形成井底破碎线，井底破碎线包括内锥面6和圆弧面7，并且在一刀翼2和二刀翼3的外保径面上设置有合金齿8、1304齿9和1004齿10制成的端面。 

所述圆钢主体上设置有若干长方形槽，长方形槽内焊接有牙掌11。 

所述牙轮组中的一牙轮12和二牙轮13通过卡簧25锁紧挂在牙掌的轴颈上。一牙轮12和二牙轮13分别包括锥面齿14和圆弧面牙轮主齿15，圆弧面牙轮主齿形成圆弧面，并且在圆弧面上设置有切径齿16及平齿17。牙轮的切削都是锥球齿截面的楔形齿，切径齿是凸顶楔形齿，顶角是153°，齿顶同时切井径和井底，相邻齿在空间等距错开布齿，两个牙轮的主齿和锥面齿承担全井底与復合齿联合破岩，在全井底PDC钻头復合齿破碎的岩层是牙轮钻头牙齿冲击破碎过深度约5-6豪米的予破碎岩层或待破碎岩层，有于提高復合齿寿命和提高钻头工作指标降低钻井成本。 

所述牙轮钻头储油密封轴承系统包括设置在牙轮钻头和PDC钻头之间的轴承，轴承为锁紧牙轮的高速储油密封轴承，高速储油密封轴承包括O形密封圈20、轴金属环21、浮动环22、牙轮端面23、大轴套24、卡簧25、铜柱26、小轴套27、小轴28、储油囊29、大轴孔30、轴油孔31、轴油槽32、传压孔33、注油孔34、注油丝堵35及掌背齿36。所述牙轮端面上设置有小轴，并在牙轮 端面上设置有O形密封圈、轴金属环、浮动环、牙轮端面、大轴套、卡簧、铜柱、小轴套、储油囊、大轴孔、轴油孔和轴油槽及掌背齿。其中储油囊29是由带反螺纹的小轴下端固定在大轴孔30内的，在钻头工作时通过传压孔33平衡轴承内外压力差使密封轴承正常作。轴承密封是O形密封圈与金属环浮动密封，该组合密封同时具有径向和轴向密封功能，在O形圈轴向力推动下使浮动环下端面紧贴轴金属环端面，浮动环上端面紧贴牙轮端面可在超高转速下实现端面密封使浮动套轴承正常工作，可提高钻头工作指标；牙掌体的外形铣成“T”形并嵌进钻头主体1槽内电焊成一体，实现PDC钻头与牙轮钻头一体化提高了PDC钻头在坚硬而复杂地层的破岩效率和復合齿寿命可降低钻井成本，提高组合钻头的工作指标。 

所述水力喷射系统包括两组侧喷嘴37和中心喷嘴38。这些喷嘴喷出的泥浆清洗復合齿、牙轮齿和牙轮，清洗井底携带岩屑上返。 

本发明中的PDC钻头采用钢体式复合齿的铣齿柱和齿孔和电焊钢齿柱两种结构，钎焊1608主齿和1308副齿，提高了复合齿和牙轮齿联合破岩区域实现全井底联合破岩及采用两个侧水眼和中心水眼清洗刀翼、复合齿和牙轮及齿，携带井底岩屑有利于提高复合齿寿命和钻头工作指标。牙轮钻头卡簧锁紧牙轮轴承为高速储油密封轴承，一牙轮为锥鼓形的齿，破碎PDC钻头复合齿全井底区域的岩石，为复合齿提供有牙齿破碎坑碎石层，二牙轮的齿破碎复合齿圆弧区域岩石，牙轮上的牙齿为锥球形截面的楔形齿，切径齿为凸顶楔形齿提高复合齿牙轮的破岩效率，可提高组合钻头寿命和工作指标及降低钻井成本。 

本发明不局限于上述的优选实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。 

Claims (6)

1.一种PDC钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头，其特征在于：包括相互连接的PDC钻头和牙轮钻头；所述PDC钻头包括圆钢主体，圆钢主体的侧面上铣制出若干刀翼组，以及若干凹槽，每组刀翼包括一刀翼和二刀翼，一刀翼和二刀翼为一字型连体刀翼；

所述牙轮钻头包括若干牙掌，牙掌安装在凹槽内，并且牙掌的下部设置有牙轮组，所述牙轮组与刀翼组是一一对应的；每组牙轮组包括一牙轮和二牙轮，一牙轮和二牙轮的外侧分别形成牙轮锥面破碎面和牙轮圆弧破碎面；

所述圆钢主体上设置有牙轮钻头储油密封轴承系统和水力喷射系统。

2.根据权利要求1中所述的PDC钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头，其特征在于：所述圆钢主体的侧面上铣制出刀翼组的数目为一对，包括一刀翼和二刀翼，一刀翼和二刀翼上分别设置有若干主齿和副齿；主齿和副齿形成井底破碎线，井底破碎线包括内锥面和圆弧面，并且在一刀翼和二刀翼的外保径面上设置有合金齿、1304齿和1004齿制成的端面。

3.根据权利要求2中所述的PDC钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头，其特征在于：所述圆钢主体上设置有若干长方形槽，长方形槽内焊接有牙掌。

4.根据权利要求3中所述的PDC钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头，其特征在于：所述牙轮组中的一牙轮和二牙轮通过卡簧锁紧挂在牙掌的轴颈上；一牙轮和二牙轮分别包括锥面齿和圆弧面牙轮主齿，圆弧面牙轮主齿形成圆弧面，并且在圆弧面上设置有切径齿及平齿。

5.根据权利要求4中所述的PDC钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头，其特征在于：所述牙轮钻头储油密封轴承系统包括设置在牙轮钻头和PDC钻头之间的轴承，轴承为锁紧牙轮的高速储油密封轴承，高速储油密封轴承包括O形密封圈、轴金属环、浮动环、牙轮端面、大轴套、卡簧、铜柱、小轴套、小轴、储油囊、大轴孔、轴油孔、轴油槽、传压孔、注油孔、注油丝堵及掌背齿；所述牙轮端面上设置有小轴，并在牙轮端面上设置有O形密封圈、轴金属环、浮动环、牙轮端面、大轴套、卡簧、铜柱、小轴套、储油囊、大轴孔、轴油孔、轴油槽、传压孔、注油孔、注油丝堵及掌背齿。

6.根据权利要求5中所述的PDC钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头，其特征在于：所述水力喷射系统包括两组侧喷嘴和中心喷嘴。