CN106121541A - 复合钻头 - Google Patents

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高磊
罗绪良
胡友生
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Abstract

本发明涉及石油钻井固井技术领域，尤其涉及一种复合钻头，包括PDC钻头和牙轮，所述牙轮安装在所述PDC钻头上。牙轮和PDC混合钻头由牙轮和PDC组合而成，结合了牙轮钻头和PDC钻头的优点，攻击性强、切削效率高，在钻可钻性非常差的地层(如火成岩、含砾的泥砂互层等)时的机械钻速比牙轮钻头快2‑4倍，机械钻速与转速成正比例关系。牙轮和PDC混合钻头在采用马达钻进时，机械钻速明显加快。另一个优点体现在牙轮对钻头动力学产生的影响方面，与常规PDC钻头相比较，扭矩波动程度可以降低50％之多，在低转速情况下减小了扭转振动程度，而在高转速情况下则降低了回旋振动的程度。

Description

复合钻头
技术领域
本发明涉及石油钻井固井技术领域，尤其涉及一种复合钻头。
背景技术
牙轮钻头是在地壳中破碎岩石的一种工具。在石油钻井及其他矿用钻探方面使用的牙轮钻头可分为单牙轮钻头、两牙轮钻头、三牙轮钻头等，均由牙掌和带切削齿的牙轮构成。传统的钻头主要有以下缺点：①传统上应用牙轮钻头但机械钻速又很慢；②采用大直径PDC钻头和牙轮钻头扭矩或钻压受到限制时；③地层的交互程度很高，扭矩波动很大，可能会导致钻头先期损坏；④马达钻进或定向钻进，要求机械钻速快、增斜率较高以及工具面方便控制时。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种复合钻头，切削效率高。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种复合钻头，其特征在于：包括PDC钻头和牙轮，所述牙轮安装在所述PDC钻头上。
优选地，所述牙轮至少为两个，PDC钻头上至少带有两个刀翼，牙轮与所述刀翼交叉设置。
优选地，所述牙轮为两个，PDC钻头上带有四个刀翼，四个刀翼分为两组，每组两个，两个牙轮对应设置在两组刀翼之间。
优选地，所述牙轮上的切削齿高于后面刀翼上的切削齿，而且牙轮上的切削齿和刀翼上的切削齿不处于同一个钻头半径的位置。
优选地，所述牙轮上的切削齿低于后面刀翼上的切削齿。
本发明的有益效果是: 与现有技术相比，牙轮和PDC混合钻头由牙轮和PDC组合而成，结合了牙轮钻头和PDC钻头的优点，攻击性强、切削效率高，在钻可钻性非常差的地层(如火成岩、含砾的泥砂互层等)时的机械钻速比牙轮钻头快2-4倍，机械钻速与转速成正比例关系。牙轮和PDC混合钻头在采用马达钻进时，机械钻速明显加快。另一个优点体现在牙轮对钻头动力学产生的影响方面，与常规PDC钻头相比较，扭矩波动程度可以降低50％之多，在低转速情况下减小了扭转振动程度，而在高转速情况下则降低了回旋振动的程度。因此牙轮和PDC混合钻头具有很宽泛的操作参数空间，有利于定向钻进时的工具面控制。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的两牙轮两刀翼结构图；
图3是本发明的两牙轮四刀翼结构图；
图4是本发明的三牙轮三刀翼结构图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1所示，一种复合钻头，包括PDC钻头1和牙轮2，所述牙轮安装在所述PDC钻头上。
混合钻头设计分为多种：如图2所示，①两牙轮两刀翼的较小直径钻头设计，如所述牙轮为两个，PDC钻头上带有两个刀翼3，牙轮与所述刀翼交叉设置。
如图3所示，②两牙轮四刀翼的钻头设计所述牙轮为两个，PDC钻头上带有四个刀翼，四个刀翼分为两组，每组两个，两个牙轮对应设置在两组刀翼之间。
如图4所示，③三牙轮三刀翼的较大直径钻头设计，后二者分别基于可靠的四刀翼和六刀翼PDC钻头设计，用截锥牙轮代替了辅助刀翼。因此，井眼的中心部位仅由主刀翼上的PDC切削齿切削，而更难钻的井眼外部则由牙轮和固定刀翼上的PDC切削齿共同破碎。牙轮向刀翼的后侧偏置，以在刀翼的前面留出空间，作为岩屑排出的通道以及镶装喷嘴之用。
其中一种混合钻头称作牙轮主导型，另一种叫作刀翼主导型。对于牙轮主导型混合钻头来说，所述牙轮上的切削齿高于后面刀翼上的切削齿，而且牙轮上的切削齿和刀翼上的切削齿不处于同一个钻头半径的位置。也就是说，PDC切削齿紧跟在牙轮后面切削，但它们切入地层的深度却很小，只是刚刚刮削到井底而已；而另一方面，对于刀翼主导型混合钻头而言，所述牙轮上的切削齿低于后面刀翼上的切削齿，大部分的岩石破碎工作都是由PDC切削齿完成的，牙轮起到的作用就像是切深控制结构和稳定器。
牙轮和PDC混合钻头由牙轮和PDC组合而成，结合了牙轮钻头和PDC钻头的优点，攻击性强、切削效率高，在钻可钻性非常差的地层(如火成岩、含砾的泥砂互层等)时的机械钻速比牙轮钻头快2-4倍，机械钻速与转速成正比例关系。牙轮和PDC混合钻头在采用马达钻进时，机械钻速明显加快。另一个优点体现在牙轮对钻头动力学产生的影响方面，与常规PDC钻头相比较，扭矩波动程度可以降低50％之多，在低转速情况下减小了扭转振动程度，而在高转速情况下则降低了回旋振动的程度。因此牙轮和PDC混合钻头具有很宽泛的操作参数空间，有利于定向钻进时的工具面控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种复合钻头，其特征在于：包括PDC钻头和牙轮，所述牙轮安装在所述PDC钻头上。
2.根据权利要求1所述的复合钻头，其特征在于：所述牙轮至少为两个，PDC钻头上至少带有两个刀翼，牙轮与所述刀翼交叉设置。
3.根据权利要求1所述的复合钻头，其特征在于：所述牙轮为两个，PDC钻头上带有四个刀翼，四个刀翼分为两组，每组两个，两个牙轮对应设置在两组刀翼之间。
4.根据权利要求2或3所述的复合钻头，其特征在于：所述牙轮上的切削齿高于后面刀翼上的切削齿，而且牙轮上的切削齿和刀翼上的切削齿不处于同一个钻头半径的位置。
5.根据权利要求2或3所述的复合钻头，其特征在于：所述牙轮上的切削齿低于后面刀翼上的切削齿。
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