CN105545213A - 一种三刀翼双复合齿与三牙轮齿的组合钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油、天然气、煤炭、地质、页岩气钻井领域，具体涉及一种三刀翼双复合齿与三牙轮齿的组合钻头。一种三刀翼双复合齿与三牙轮齿的组合钻头，包括钻头主体、一牙轮分装件、二牙轮分装件、三牙轮分装件、一刀翼、二刀翼和三刀翼，钻头主体的顶部均匀设有结构相同的一刀翼、二刀翼和三刀翼，在相邻的刀翼之间分别焊设有结构相同的一牙轮分装件、二牙轮分装件、三牙轮分装件，钻头主体的外侧壁下部设有接头螺纹，钻头主体的中部设有卸扣槽，钻头主体的顶部设有内六方螺纹喷嘴和中心水孔。
Description
技术领域
本发明属于石油、天然气、煤炭、地质、页岩气钻井领域，具体涉及一种三刀翼双复合齿与三牙轮齿的组合钻头。
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。
为了应对上述问题，中国专利文献CN103939022B公开了一种PDC钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头，其包括相互连接的PDC钻头和牙轮钻头；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；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，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；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。
中国专利文献CN103015899B公开了一种用于石油、天然气和地质钻井用的强化心部切削功能的混合钻头，包括有钻头体，钻头体上设置刀翼和喷嘴，刀翼轮廓从内至外划分为心部、内锥、鼻部、肩部和保径段；在刀翼上刀翼轮廓的内锥、鼻部、肩部和保径段安设有固定切削齿，牙掌设置于刀翼之间，的牙掌上端与钻头体联接成一体，牙掌的下端安设牙轮，牙轮上安设有牙轮切削齿，在的钻头体下端心部设置有活动切削齿。
但是，上述的钻头都存在如下问题：1、釺焊复合齿溫度不易控制，影响复合齿寿命，2、牙轮齿只在刀翼圆弧部分复合齿实现联合破碎岩石。
发明内容
发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明公开了一种三刀翼双复合齿与三牙轮齿的组合钻头。
技术方案：一种三刀翼双复合齿与三牙轮齿的组合钻头，包括钻头主体、一牙轮分装件、二牙轮分装件、三牙轮分装件、一刀翼、二刀翼和三刀翼，
钻头主体的顶部均匀设有结构相同的一刀翼、二刀翼和三刀翼，在相邻的刀翼之间分别焊设有结构相同的一牙轮分装件、二牙轮分装件、三牙轮分装件，钻头主体的外侧壁下部设有接头螺纹，钻头主体的中部设有卸扣槽，钻头主体的顶部设有内六方螺纹喷嘴和中心水孔，
一牙轮分装件包括牙掌、一牙轮、牙轮卡簧、轴承浮动套、O型橡胶圈、牙轮金属密封环、轴承底部台面、大小轴、牙轮硬质合金切削齿、牙轮复合片切径齿、牙轮背锥齿、丝堵、油杯、储油囊、挡圈、压盖和传压孔，
所述一牙轮通过牙轮卡簧设于牙掌的上表面；
所述牙掌的轴承设有轴承浮动套；
所述一牙轮设有密封槽，所述O型橡胶圈、所述牙轮金属密封环与该密封槽相配合，
所述轴承底部台面、所述大小轴、所述丝堵与所述牙掌固接，
所述牙轮硬质合金切削齿、所述牙轮复合片切径齿、所述牙轮背锥齿镶嵌于一牙轮外表面上，所述牙轮硬质合金切削齿沿着牙轮硬质合金齿破岩线布设；
所述牙掌上设有储油孔，储油孔由内向外依次设有油杯、储油囊、压盖、挡圈、和传压孔，
一刀翼包括硬质合金切削齿、保径硬质合金齿、复合片切削副齿、复合片保径齿、复合片切削主齿和硬质合金齿，
复合片切削主齿沿着复合片刀翼主齿破岩线布设于一刀翼的冠部主切削面，
复合片切削副齿沿着复合片刀翼副齿破岩线布设于一刀翼冠部的副切削面，
硬质合金切削齿、保径硬质合金齿、复合片保径齿均布设于一刀翼的保径面上，
硬质合金齿布设于一刀翼肩部的主切削面。
进一步地，还包括密封圈，密封圈与内六方螺纹喷嘴套接。密封圈与内六方螺纹喷嘴配合，防止钻井液泄漏。
进一步地，复合片切削副齿的齿顶比相邻的复合片切削主齿的齿顶高4mm。
有益效果：本发明公开了一种三刀翼双复合齿与三牙轮齿的组合钻头具有以下有益效果：
1在钻头主体上銑出三个刀翼的外形，用非釺焊的齿径与孔径过盈配合压装工艺固齿，防止复合齿受热影响降低复合齿工作寿命，在每个刀翼的内锥及圆弧面布1608型复合主齿，每个刀翼复合主齿错开布齿使井底岩石得到高效全面破碎，在两颗复合主齿之间压装锥球型复合副齿，其齿顶比复合主齿高出4毫米，即在复合主齿破岩时提供予破碎层，有利于提高復主齿寿命，实现两种复合齿在全井底联合破碎岩石，提高钻头工作指标；
2在主体上组焊三个牙轮牙掌总成与三个刀翼对称分布，实现三个刀翼的复合齿与三个牙轮的齿在全井底联合破碎岩石，在两种刀翼复合齿的下部以冲击破碎方式在全井底钻成2～8豪米深的予破碎岩层，可提高复合齿破岩效率和寿命，提高组合钻头工作指标和降低钻井成本；
3组合钻头牙轮轴承是卡簧锁紧牙轮的高速单金属组合密封浮动套滑动轴承，采用在高速旋转工作时的O形橡胶圈和轮金属环与轴跟台面的密封端面旋转工作，实现单金属组合密封的端面轴向和径向密封，有利于提高组合钻头轴承密封的可靠性和高速轴承的工作寿命；
4在牙掌端部有储油囊压力平衡系统平衡轴承内外压差使高速轴承正常工作；
5由主体喷射系统内六方喷嘴喷出的高速泥浆射流，能把出口处附近带岩屑的泥沙吸进出口处再喷向井底，及时清洗全井底岩屑清，洗刀翼的复合齿和牙轮及切削齿、携带井底岩屑上返，中心水喷出泥浆射流清洗中心的岩屑防止钻头刀翼泥包，提高组合钻头工作指标。
附图说明
图1为本发明公开的一种三刀翼双复合齿与三牙轮齿的组合钻头的正面结构示意图；
图2为本发明公开的一种三刀翼双复合齿与三牙轮齿的组合钻头俯视结构示意图；
其中：
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式详细说明。
如图1和图2所示，一种三刀翼双复合齿与三牙轮齿的组合钻头，包括钻头主体1、一牙轮分装件18A、二牙轮分装件19B、三牙轮分装件20C、一刀翼2、二刀翼3和三刀翼4，
钻头主体1的顶部均匀设有结构相同的一刀翼2、二刀翼3和三刀翼4，在相邻的刀翼之间分别焊设有结构相同的一牙轮分装件18A、二牙轮分装件19B、三牙轮分装件20C，钻头主体1的外侧壁下部设有接头螺纹42，钻头主体1的中部设有卸扣槽41，钻头主体1的顶部设有内六方螺纹喷嘴和中心水孔40，一牙轮分装件18A、二牙轮分装件19B、三牙轮分装件20C与钻头主体1之间设有组装焊接层17，
一牙轮分装件18A包括牙掌16、一牙轮18、牙轮卡簧26、轴承浮动套25、O型橡胶圈28、牙轮金属密封环29、轴承底部台面30、大小轴27、牙轮硬质合金切削齿21、牙轮复合片切径齿22、牙轮背锥齿23、丝堵32、油杯33、储油囊34、挡圈35、压盖36和传压孔37，
一牙轮18通过牙轮卡簧26设于牙掌16的上表面；
牙掌16的轴承设有轴承浮动套25；
一牙轮18设有密封槽，O型橡胶圈28、牙轮金属密封环29与该密封槽相配合，
轴承底部台面30、大小轴27、丝堵32与牙掌16固接，
牙轮硬质合金切削齿21、牙轮复合片切径齿22、牙轮背锥齿23镶嵌于一牙轮18外表面上，牙轮硬质合金切削齿21沿着牙轮硬质合金齿破岩线24布设；
牙掌16上设有储油孔，储油孔由内向外依次设有油杯33、储油囊34、压盖36、挡圈35、和传压孔37，
二牙轮分装件19B包括牙掌16、二牙轮19、牙轮卡簧26、轴承浮动套25、O型橡胶圈28、牙轮金属密封环29、轴承底部台面30、大小轴27、牙轮硬质合金切削齿21、牙轮复合片切径齿22、牙轮背锥齿23、丝堵32、油杯33、储油囊34、挡圈35、压盖36和传压孔37，
二牙轮19通过牙轮卡簧26设于牙掌16的上表面；
牙掌16的轴承设有轴承浮动套25；
二牙轮19设有密封槽，O型橡胶圈28、牙轮金属密封环29与该密封槽相配合，
轴承底部台面30、大小轴27、丝堵32与牙掌16固接，
牙轮硬质合金切削齿21、牙轮复合片切径齿22、牙轮背锥齿23镶嵌于二牙轮19外表面上，牙轮硬质合金切削齿21沿着牙轮硬质合金齿破岩线24布设；
牙掌16上设有储油孔，储油孔由内向外依次设有油杯33、储油囊34、压盖36、挡圈35、和传压孔37，
三牙轮分装件20C包括牙掌16、三牙轮20、牙轮卡簧26、轴承浮动套25、O型橡胶圈28、牙轮金属密封环29、轴承底部台面30、大小轴27、牙轮硬质合金切削齿21、牙轮复合片切径齿22、牙轮背锥齿23、丝堵32、油杯33、储油囊34、挡圈35、压盖36和传压孔37，
三牙轮20通过牙轮卡簧26设于牙掌16的上表面；
牙掌16的轴承设有轴承浮动套25；
三牙轮20设有密封槽，O型橡胶圈28、牙轮金属密封环29与该密封槽相配合，
轴承底部台面30、大小轴27、丝堵32与牙掌16固接，
牙轮硬质合金切削齿21、牙轮复合片切径齿22、牙轮背锥齿23镶嵌于三牙轮20外表面上，牙轮硬质合金切削齿21沿着牙轮硬质合金齿破岩线24布设；
牙掌16上设有储油孔，储油孔由内向外依次设有油杯33、储油囊34、压盖36、挡圈35、和传压孔37，
一刀翼2包括硬质合金切削齿5、保径硬质合金齿6、复合片切削副齿11、复合片保径齿12、复合片切削主齿10和硬质合金齿13，
复合片切削主齿10沿着复合片刀翼主齿破岩线14布设于一刀翼2的冠部主切削面，
复合片切削副齿11沿着复合片刀翼副齿破岩线15布设于一刀翼2冠部的副切削面，
硬质合金切削齿5、保径硬质合金齿6、复合片保径齿12均布设于一刀翼2的保径面9上，
硬质合金齿13布设于一刀翼2肩部的主切削面。
二刀翼3、三刀翼4与一刀翼2结构相同。
进一步地，还包括密封圈39，密封圈39与内六方螺纹喷嘴38套接。密封圈39与内六方螺纹喷嘴38配合，防止钻井液泄漏。
进一步地，复合片切削副齿11的齿顶比相邻的复合片切削主齿10的齿顶高4mm。
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (3)
1.一种三刀翼双复合齿与三牙轮齿的组合钻头，其特征在于，包括钻头主体、一牙轮分装件、二牙轮分装件、三牙轮分装件、一刀翼、二刀翼和三刀翼，
钻头主体的顶部均匀设有结构相同的一刀翼、二刀翼和三刀翼，在相邻的刀翼之间分别焊设有结构相同的一牙轮分装件、二牙轮分装件、三牙轮分装件，钻头主体的外侧壁下部设有接头螺纹，钻头主体的中部设有卸扣槽，钻头主体的顶部设有内六方螺纹喷嘴和中心水孔，
一牙轮分装件包括牙掌、一牙轮、牙轮卡簧、轴承浮动套、O型橡胶圈、牙轮金属密封环、轴承底部台面、大小轴、牙轮硬质合金切削齿、牙轮复合片切径齿、牙轮背锥齿、丝堵、油杯、储油囊、挡圈、压盖和传压孔，
所述一牙轮通过牙轮卡簧设于牙掌的上表面；
所述牙掌的轴承设有轴承浮动套；
所述一牙轮设有密封槽，所述O型橡胶圈、所述牙轮金属密封环与该密封槽相配合，
所述轴承底部台面、所述大小轴、所述丝堵与所述牙掌固接，
所述牙轮硬质合金切削齿、所述牙轮复合片切径齿、所述牙轮背锥齿镶嵌于一牙轮外表面上，所述牙轮硬质合金切削齿沿着牙轮硬质合金齿破岩线布设；
所述牙掌上设有储油孔，储油孔由内向外依次设有油杯、储油囊、压盖、挡圈、和传压孔，
一刀翼包括硬质合金切削齿、保径硬质合金齿、复合片切削副齿、复合片保径齿、复合片切削主齿和硬质合金齿，
复合片切削主齿沿着复合片刀翼主齿破岩线布设于一刀翼的冠部主切削面，
复合片切削副齿沿着复合片刀翼副齿破岩线布设于一刀翼冠部的副切削面，
硬质合金切削齿、保径硬质合金齿、复合片保径齿均布设于一刀翼的保径面上，
硬质合金齿布设于一刀翼肩部的主切削面。
2.根据权利要求1所述的一种三刀翼双复合齿与三牙轮齿的组合钻头，其特征在于，还包括密封圈，密封圈与内六方螺纹喷嘴套接。
3.根据权利要求1所述的一种三刀翼双复合齿与三牙轮齿的组合钻头，其特征在于，复合片切削副齿的齿顶比相邻的复合片切削主齿的齿顶高4mm。
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