CN109519128B - 一种牙轮-pdc切削结构复合钻头 - Google Patents
一种牙轮-pdc切削结构复合钻头 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种牙轮‑PDC切削结构复合钻头，涉及石油、天然气和地质钻井用的混合钻头技术领域，主要解决现有混合钻头钻井效率低和不利于排碎岩的技术问题，包括互相连接的钻头冠部和钻头基部，钻头冠部顶面设置有三个牙轮爪，牙轮爪上焊接有牙轮轴，牙轮轴上通过轴承连接有牙轮体，牙轮体主锥、副锥和背锥上分别设置有牙轮切削齿，相邻牙轮爪之间焊接有保持座，保持座上焊接有金刚石齿组，金刚石齿组包括保径齿组和顶部齿组，顶部齿组正下方设置有排岩结构，排岩结构包括排岩通道，排岩通道底部接通有三个排岩口，钻头基部底部设置有连接固定结构；本发明具有钻井效率高、排碎岩充分、钻头拆装更换方便和可靠度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及石油、天然气和地质钻井用的混合钻头技术领域，更具体的是涉及一种牙轮-PDC切削结构复合钻头。
背景技术
钻头是钻井设备的主要组成部分，其主要作用是破碎岩石、形成井眼，在机械的带动下钻头会产生旋转，从而带动整个钻头产生向心运动，并通过侵削、研磨使岩石发生裂痕并破碎，起到向下钻探的作用。钻头是主要的钻井设备之一，根据工作环境、地域环境的不同，钻头的规格、形状也应当有所不同，在进行石油钻井工作时，应当以具体需要、具体设计方案为根据，合理地、科学地选择钻头。目前石油行业使用的钻头有很多种类，以不同的钻进方式为根据对钻头进行分类，可以将其分为金刚石钻头、牙轮钻头与刮刀钻头，这三种钻头是最基本的钻头形式，而在石油钻探工作中应用最为普遍、最为广泛的一种是牙轮钻头，其应用程度也比较深。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，牙轮钻头的机械钻速也很慢。另一方面，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，提出了一种牙轮钻头和PDC金刚石钻头组合而成的混合钻头，该混合钻头具有较强的综合性能，通过牙轮对地层先进行预破碎，释放地层应力，然后在让固定翼切削齿对地层进行刮削，有效的提高了钻头机械钻速，同时固定翼切削齿也得到了有效的保护，延长了钻头使用寿命。但现有的牙轮和PDC金刚石钻头的混合结构并没有达到人们理想的状态。具体在于现有的混合钻头的头部被若干牙轮和PDC钻头布满，导致并没有空间设置专门的排屑结构，仅仅依靠齿与齿之间设置较大间隙来进行一定程度的排屑，但这样一来又会极大影响机械性能和使用寿命，进而影响切削能力，同时由于金刚石钻头的脆性较大，遇到冲击载荷会引起破裂，如果不能及时排屑，会导致钻头切削刃钝化过快和机械性能迅速降低；在钻井工作时，会产生剧烈振动，混合钻头很容易发生松动，现有的很多混合钻头都仅采用螺纹联接方式固定连接，如果在工作时发生松脱，会产生很严重的后果，为了让钻头更可靠地工作，一些混合钻头采用多点和多方式固定，但当需要更换和维护混合钻头时，又需要耗费较多的劳动力和时间。
发明内容
本发明的目的在于：主要解决现有混合钻头钻井效率低和不利于排碎岩的技术问题，本发明提供一种牙轮-PDC切削结构复合钻头。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种牙轮-PDC切削结构复合钻头，包括互相连接的钻头冠部、钻头基部和喷液系统，钻头冠部顶面按圆周方向均匀设置有三个牙轮爪，牙轮爪上焊接有牙轮轴，牙轮轴上通过轴承连接有牙轮体，牙轮体主锥、副锥和背锥上分别设置有形状不同的牙轮切削齿，相邻牙轮爪之间的钻头冠部上焊接有一个保持座，三个保持座上焊接有同一个金刚石齿组，金刚石齿组包括互相连接的保径齿组和顶部齿组，顶部齿组正下方设置有接通钻头冠部和钻头基部的排岩结构，排岩结构包括开设在钻头冠部顶面中央的排岩通道，排岩通道底部接通有三个分别开设在钻头基部外壁中部上的排岩口，排岩通道截面呈三角形并且三角形的三条边分别正对一个排岩口，钻头基部呈柱形并且底部设置有连接固定结构。
在以上技术方案基础上，保径齿组包括三个分别焊接在保持座上并且垂直于钻头冠部顶面的金属支柱，顶部齿组包括三个分别连接不同金属支柱顶部的金属承梁，三个金属承梁均平行于钻头冠部顶面并且在钻头冠部顶面中央正上方焊接在一起，金属支柱和金属承梁的同一侧面上均匀固定有若干金刚石切削齿。
在以上技术方案基础上，排岩通道底部中央固定有呈圆台形的辅助排岩结构，辅助排岩结构上窄下宽并且外壁光滑内凹，辅助排岩结构底部外径与钻头基部外径相同。
在以上技术方案基础上，连接固定结构包括开设在钻头基部底面中央的连接柱槽，连接柱槽内壁上焊接有两个相互对称的弧形金属块，弧形金属块底面与钻头基部底面共面，两个弧形金属块之间存在间隙并且弧形金属块的弧度大于间隙的弧度，弧形金属块与连接柱槽内底面的间距范围为0.5cm～3cm，弧形金属块底面中央按圆周方向均匀开有若干垂直于连接柱槽内底面的螺纹通孔，螺纹通孔穿通连接柱槽内底面并进入钻头基部1.5cm～3cm，整个连接柱槽内部配合插设有原动杆。
在以上技术方案基础上，两个弧形金属块内壁靠近连接柱槽内底面的部分均设置有螺纹槽，螺纹槽的旋合长度范围在1cm～2cm之间，弧形金属块与连接柱槽内底面的间距为3cm。
在以上技术方案基础上，保径齿组外径比钻头冠部顶面外径大1～4mm，顶部齿组比牙轮体最高齿矮1～4mm。
在以上技术方案基础上，牙轮体主锥、副锥和背锥上分别镶装有单排牙轮切削齿，每排切削齿按圆周方向均匀分布并且个数为23～37个。
在以上技术方案基础上，牙轮切削齿为合金复合齿或金刚石复合齿，金刚石切削齿为单晶金刚石复合片或聚晶金刚石复合片。
本发明的有益效果如下：
1、本发明结构紧凑，设计合理，通过牙轮体和金刚石齿组形成双重切削破碎，金刚石齿组又通过保径齿组和顶部齿组提高切削破碎面积，减少了无效切削破碎过程，吃入地层更加可靠稳定，在有效提高了钻头机械钻速和破岩效率的基础上，让金刚石齿组也得到了有效的保护，延长了钻头使用寿命；当钻头吃入地层并且在扭矩作用下切削破岩，岩石被破碎后在正面形成大量的碎岩，牙轮体的转动能将大量碎岩带离切削位置，从而降低碎岩对金刚石齿组的挤压，同时钻头冠部顶面中央开有排岩通道，大量碎岩被牙轮体汇聚在钻头冠部中央，非常容易进入排岩通道内，排岩通道截面呈三角形，增大了钻头冠部和钻头基部的刚度，当越来越多的碎岩汇聚在排岩通道内，在离心力的作用下，碎岩直接从钻头基部外壁中部的排岩口中排出，有效减少钻头冠部切削区域内的碎岩数量，进而减少牙轮体和金刚石齿组的无效切削，提高使用寿命和钻井深度。
2、本发明中，保径齿组通过金属支柱固定金刚石切削齿，顶部齿组通过金属承梁固定金刚石切削齿，在满足切削工作的基础上，利用了相邻牙轮体之间的剩余空间，实现空间利用率最大化，同时金属承梁焊接在一起，有效保证机械性能，提高了工作可靠性。
3、本发明中，辅助排岩结构呈上窄下宽，通过配合离心力的作用，能让碎岩更容易从排岩口中排出，同时辅助排岩结构外壁光滑内凹，让碎岩能更快速以及更充分地排出，进而提高了排碎岩可靠性。
4、本发明中，原动杆端部形状与连接柱槽口留存形状相同，而原动杆主体外径与弧形金属块内径相同，原动杆顺利插入连接柱槽并让原动杆端部抵到连接柱槽内底面，弧形金属块与连接柱槽内底面的间距可以与原动杆端部厚度相等，然后转动原动杆，弧形金属块和连接柱槽内底面可以限制原动杆端部的轴向位移，进而实现整个原动杆的初步固定，再通过若干栓杆插入螺纹通孔，栓杆依次穿过弧形金属块、原动杆端部和连接柱槽内底面，实现固定整个原动杆的周向固定，整个装配操作快捷方便，利用多根栓杆来传递扭矩比螺纹固定方式的摩擦力来传递扭矩更加可靠，可传递动力范围也更大。
5、本发明中，在弧形金属块内壁靠近连接柱槽内底面的部分设置有短距离螺纹槽，同时将弧形金属块与连接柱槽内底面的间距尽可能增大，此时原动杆端部厚度随着螺纹槽的旋合距离变化并且有一定大小的选择范围，不再有严格的尺寸要求(同弧形金属块与连接柱槽内底面的间距相等)，装配时，原动杆插入连接柱槽，直到原动杆上的螺纹槽与弧形金属块上的螺纹槽接触，此时原动杆端部与连接柱槽内底面还有一定距离，随着原动杆不断旋合，最终原动杆端部接触连接柱槽内底面，此时由于螺纹槽的自锁，原动杆端部死死抵住连接柱槽内底面，让原动杆的轴向固定更加可靠，也让原动杆端部与连接柱槽内底面之间接触面上形成摩擦力，进而降低栓杆受到的剪应力并扩大可传递扭矩范围，进一步提高了固定的可靠性。
6、本发明中，在钻头冠部的正面切削破碎后，保径齿组的尺寸设计能降低侧面碎岩对钻头冠部薄弱部分的不利影响，顶部齿组的尺寸设计能保证金刚石切削齿不会首先接触岩石，避免脆性较大的金刚石切削齿遇到较大的冲击载荷，进一步提高使用寿命。
7、本发明中，牙轮体各个锥面上均只镶装有单排牙轮切削齿，同多排相比，生产加工更加简单，并且单排牙轮切削齿的单齿尺寸更大，机械性能更好，每排牙轮切削齿的数量比现有的多10～15个，切削碰撞次数更多，能满足更快速的钻井要求。
8、本发明中，牙轮切削齿和金刚石切削齿可以根据不同钻井要求更换不同质量和规格的超硬材料作为切削齿原材料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：
图1是本发明的结构立体图；
图2是本发明未装牙轮体的结构立体图；
图3是本发明的结构俯视图；
图4是本发明图3中E-E方向的结构剖视图；
图5是本发明的结构正视图；
图6是本发明图5中A-A方向的结构剖视图；
图7是本发明图5中B-B方向的结构剖视图；
图8是本发明图5中C-C方向的结构剖视图；
图9是本发明图5中D-D方向的结构剖视图；
图10是本发明的结构立体图；
图11是本发明底部的结构立体图；
附图说明：
1-钻头冠部，2-钻头基部，3-牙轮爪，4-牙轮轴，5-牙轮体，5.1-牙轮切削齿，6-保持座，7-保径齿组，7.1-金属支柱，8-顶部齿组，8.1-金属承梁，9-排岩结构，9.1-排岩通道，9.2-排岩口，10-连接固定结构，10.1-连接柱槽，10.2-弧形金属块，10.3-螺纹通孔，10.4-螺纹槽，11-金刚石切削齿，12-辅助排岩结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例1
如图1到图4所示，本实施例提供一种具有排岩结构9并能快速更换的混合钻头，包括互相连接的钻头冠部1、钻头基部2和喷液系统，钻头冠部1顶面按圆周方向均匀设置有三个牙轮爪3，牙轮爪3上焊接有牙轮轴4，牙轮轴4上通过轴承连接有牙轮体5，牙轮体5主锥、副锥和背锥上分别设置有形状不同的牙轮切削齿5.1，相邻牙轮爪3之间的钻头冠部1上焊接有一个保持座6，三个保持座6上焊接有同一个金刚石齿组，金刚石齿组包括互相连接的保径齿组7和顶部齿组8，顶部齿组8正下方设置有接通钻头冠部1和钻头基部2的排岩结构9，排岩结构9包括开设在钻头冠部1顶面中央的排岩通道9.1，排岩通道9.1底部接通有三个分别开设在钻头基部2外壁中部上的排岩口9.2，排岩通道9.1截面呈三角形并且三角形的三条边分别正对一个排岩口9.2，钻头基部2呈柱形并且底部设置有连接固定结构10。
本实施例中，通过牙轮体5和金刚石齿组形成双重切削破碎，金刚石齿组又通过保径齿组7和顶部齿组8提高切削破碎面积，减少了无效切削破碎过程，吃入地层更加可靠稳定，在有效提高了钻头机械钻速和破岩效率的基础上，让金刚石齿组也得到了有效的保护，延长了钻头使用寿命；当钻头吃入地层并且在扭矩作用下切削破岩，岩石被破碎后在正面形成大量的碎岩，牙轮体5的转动能将大量碎岩带离切削位置，从而降低碎岩对金刚石齿组的挤压，同时钻头冠部1顶面中央开有排岩通道9.1，大量碎岩被牙轮体5汇聚在钻头冠部1中央，非常容易进入排岩通道9.1内，排岩通道9.1截面呈三角形，增大了钻头冠部1和钻头基部2的刚度，当越来越多的碎岩汇聚在排岩通道9.1内，在离心力的作用下，碎岩直接从钻头基部2外壁中部的排岩口9.2中排出，有效减少钻头冠部1切削区域内的碎岩数量，进而减少牙轮体5和金刚石齿组的无效切削，提高使用寿命和钻井深度。
实施例2
如图1到图4所示，本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是：
保径齿组7包括三个分别焊接在保持座6上并且垂直于钻头冠部1顶面的金属支柱7.1，顶部齿组8包括三个分别连接不同金属支柱7.1顶部的金属承梁8.1，三个金属承梁8.1均平行于钻头冠部1顶面并且在钻头冠部1顶面中央正上方焊接在一起，金属支柱7.1和金属承梁8.1的同一侧面上均匀固定有若干金刚石切削齿11。
本实施例中，保径齿组7通过金属支柱7.1固定金刚石切削齿11，顶部齿组8通过金属承梁8.1固定金刚石切削齿11，在满足切削工作的基础上，利用了相邻牙轮体5之间的剩余空间，实现空间利用率最大化，同时金属承梁8.1焊接在一起，有效保证机械性能，提高了工作可靠性。
实施例3
如图1到图4所示，本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是：
排岩通道9.1底部中央固定有呈圆台形的辅助排岩结构12，辅助排岩结构12上窄下宽并且外壁光滑内凹，辅助排岩结构12底部外径与钻头基部2外径相同。
本实施例中，辅助排岩结构12呈上窄下宽，通过配合离心力的作用，能让碎岩更容易从排岩口9.2中排出，同时辅助排岩结构12外壁光滑内凹，让碎岩能更快速以及更充分地排出，进而提高了排碎岩可靠性。
实施例4
如图1到图11所示，本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是：
连接固定结构10包括开设在钻头基部2底面中央的连接柱槽10.1，连接柱槽10.1内壁上焊接有两个相互对称的弧形金属块10.2，弧形金属块10.2底面与钻头基部2底面共面，两个弧形金属块10.2之间存在间隙并且弧形金属块10.2的弧度大于间隙的弧度，弧形金属块10.2与连接柱槽10.1内底面的间距范围为0.5cm～3cm，弧形金属块10.2底面中央按圆周方向均匀开有若干垂直于连接柱槽10.1内底面的螺纹通孔10.3，螺纹通孔10.3穿通连接柱槽10.1内底面并进入钻头基部21.5cm～3cm，整个连接柱槽10.1内部配合插设有原动杆。
本实施例中，原动杆端部形状与连接柱槽10.1口留存形状相同，而原动杆主体外径与弧形金属块10.2内径相同，原动杆顺利插入连接柱槽10.1并让原动杆端部抵到连接柱槽10.1内底面，弧形金属块10.2与连接柱槽10.1内底面的间距可以与原动杆端部厚度相等，然后转动原动杆，弧形金属块10.2和连接柱槽10.1内底面可以限制原动杆端部的轴向位移，进而实现整个原动杆的初步固定，再通过若干栓杆插入螺纹通孔10.3，栓杆依次穿过弧形金属块10.2、原动杆端部和连接柱槽10.1内底面，实现固定整个原动杆的周向固定，整个装配操作快捷方便，利用多根栓杆来传递扭矩比螺纹固定方式的摩擦力来传递扭矩更加可靠，可传递动力范围也更大。
实施例5
如图1到图11所示，本实施例是在实施例4的基础上做了进一步优化，具体是：
两个弧形金属块10.2内壁靠近连接柱槽10.1内底面的部分均设置有螺纹槽10.4，螺纹槽10.4的旋合长度范围在1cm～2cm之间，弧形金属块10.2与连接柱槽10.1内底面的间距为3cm。
本实施例中，在弧形金属块10.2内壁靠近连接柱槽10.1内底面的部分设置有短距离螺纹槽10.4，同时将弧形金属块10.2与连接柱槽10.1内底面的间距尽可能增大，此时原动杆端部厚度随着螺纹槽10.4的旋合距离变化并且有一定大小的选择范围，不再有严格的尺寸要求(同弧形金属块10.2与连接柱槽10.1内底面的间距相等)，装配时，原动杆插入连接柱槽10.1，直到原动杆上的螺纹槽10.4与弧形金属块10.2上的螺纹槽10.4接触，此时原动杆端部与连接柱槽10.1内底面还有一定距离，随着原动杆不断旋合，最终原动杆端部接触连接柱槽10.1内底面，此时由于螺纹槽10.4的自锁，原动杆端部死死抵住连接柱槽10.1内底面，让原动杆的轴向固定更加可靠，也让原动杆端部与连接柱槽10.1内底面之间接触面上形成摩擦力，进而降低栓杆受到的剪应力并扩大可传递扭矩范围，进一步提高了固定的可靠性。
实施例6
如图1到图11所示，本实施例是在实施例1至5中任意一例的基础上做了进一步优化，具体是：
保径齿组7外径比钻头冠部1顶面外径大1～4mm，顶部齿组8比牙轮体5最高齿矮1～4mm。
本实施例中，在钻头冠部1的正面切削破碎后，保径齿组7的尺寸设计能降低侧面碎岩对钻头冠部1薄弱部分的不利影响，顶部齿组8的尺寸设计能保证金刚石切削齿11不会首先接触岩石，避免脆性较大的金刚石切削齿11遇到较大的冲击载荷，进一步提高使用寿命。
实施例7
如图1到图11所示，本实施例是在实施例1至5中任意一例的基础上做了进一步优化，具体是：
牙轮体5主锥、副锥和背锥上分别镶装有单排牙轮切削齿5.1，每排切削齿按圆周方向均匀分布并且个数为23～37个。
本实施例中，牙轮体5各个锥面上均只镶装有单排牙轮切削齿5.1，同多排相比，生产加工更加简单，并且单排牙轮切削齿5.1的单齿尺寸更大，机械性能更好，每排牙轮切削齿5.1的数量比现有的多10～15个，切削碰撞次数更多，能满足更快速的钻井要求。
实施例8
如图1到图11所示，本实施例是在实施例1至5中任意一例的基础上做了进一步优化，具体是：
牙轮切削齿5.1为合金复合齿或金刚石复合齿，金刚石切削齿11为单晶金刚石复合片或聚晶金刚石复合片。
本实施例中，牙轮切削齿5.1和金刚石切削齿11可以根据不同钻井要求更换不同质量和规格的超硬材料作为切削齿原材料。
如上所述即为本发明的实施例。前文所述为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种牙轮-PDC切削结构复合钻头，包括互相连接的钻头冠部(1)和钻头基部(2)，所述钻头冠部(1)顶面按圆周方向均匀设置有三个牙轮爪(3)，牙轮爪(3)上焊接有牙轮轴(4)，牙轮轴(4)上通过轴承连接有牙轮体(5)，其特征在于，牙轮体(5)主锥、副锥和背锥上分别设置有形状不同的牙轮切削齿(5.1)，相邻牙轮爪(3)之间的钻头冠部(1)上焊接有一个保持座(6)，三个保持座(6)上焊接有同一个金刚石齿组，金刚石齿组包括互相连接的保径齿组(7)和顶部齿组(8)，顶部齿组(8)正下方设置有接通钻头冠部(1)和钻头基部(2)的排岩结构(9)，排岩结构(9)包括开设在钻头冠部(1)顶面中央的排岩通道(9.1)，排岩通道(9.1)底部接通有三个分别开设在钻头基部(2)外壁中部上的排岩口(9.2)，排岩通道(9.1)截面呈三角形并且三角形的三条边分别正对一个排岩口(9.2)，钻头基部(2)呈柱形并且底部设置有连接固定结构(10)；
所述排岩通道(9.1)底部中央固定有呈圆台形的辅助排岩结构(12)，辅助排岩结构(12)上窄下宽并且外壁光滑内凹，辅助排岩结构(12)底部外径与钻头基部(2)外径相同；
所述保径齿组(7)包括三个分别焊接在保持座(6)上并且垂直于钻头冠部(1)顶面的金属支柱(7.1)，顶部齿组(8)包括三个分别连接不同金属支柱(7.1)顶部的金属承梁(8.1)，三个金属承梁(8.1)均平行于钻头冠部(1)顶面并且在钻头冠部(1)顶面中央正上方焊接在一起，金属支柱(7.1)和金属承梁(8.1)的同一侧面上均匀固定有若干金刚石切削齿(11)。
2.根据权利要求1所述的一种牙轮-PDC切削结构复合钻头，其特征在于，所述连接固定结构(10)包括开设在钻头基部(2)底面中央的连接柱槽(10.1)，连接柱槽(10.1)内壁上焊接有两个相互对称的弧形金属块(10.2)，弧形金属块(10.2)底面与钻头基部(2)底面共面，两个弧形金属块(10.2)之间存在间隙并且弧形金属块(10.2)的弧度大于间隙的弧度，弧形金属块(10.2)与连接柱槽(10.1)内底面的间距范围为0.5cm～3cm，弧形金属块(10.2)底面中央按圆周方向均匀开有若干垂直于连接柱槽(10.1)内底面的螺纹通孔(10.3)，螺纹通孔(10.3)穿通连接柱槽(10.1)内底面并进入钻头基部(2)1.5cm～3cm。
3.根据权利要求2所述的一种牙轮-PDC切削结构复合钻头，其特征在于，所述两个弧形金属块(10.2)内壁靠近连接柱槽(10.1)内底面的部分均设置有螺纹槽(10.4)，螺纹槽(10.4)的旋合长度范围在1cm～2cm之间，弧形金属块(10.2)与连接柱槽(10.1)内底面的间距为3cm。
4.根据权利要求1至3中任意一条所述的一种牙轮-PDC切削结构复合钻头，其特征在于，所述保径齿组(7)外径比钻头冠部(1)顶面外径大1～4mm，顶部齿组(8)比牙轮体(5)最高齿矮1～4mm。
5.根据权利要求1至3中任意一条所述的一种牙轮-PDC切削结构复合钻头，其特征在于，所述牙轮体(5)主锥、副锥和背锥上分别镶装有单排牙轮切削齿(5.1)，每排牙轮切削齿(5.1)按圆周方向均匀分布并且个数为23～37个。
6.根据权利要求1至3中任意一条所述的一种牙轮-PDC切削结构复合钻头，其特征在于，所述牙轮切削齿(5.1)为合金复合齿或金刚石复合齿，金刚石切削齿(11)为单晶金刚石复合片或聚晶金刚石复合片。
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