CN204941355U - 扩孔式混合钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及到一种扩孔式混合钻头，包括有金刚石钻头体，金刚石钻头体外缘设置有喷嘴和刀翼，刀翼上安设有固定切削齿，其特征在于在金刚石钻头体心部下端开孔安设牙掌和牙轮，牙轮上安设活动切削齿，所述牙轮的至少一颗活动切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离大于全部固定切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离，两者的差值h为0.5～50毫米。本实用新型综合性能强，既提高了位于钻头外缘的PDC切削齿对位于井底外缘的岩石的切削效率，从而提高了混合钻头的切削效率和机械钻速，又减少了位于钻头外缘的PDC切削齿崩片的几率；牙轮钻头位于混合钻头的中心部位，牙轮旋转线速度低，轴承寿命长。

Description

扩孔式混合钻头

技术领域

本实用新型涉及到一种用于石油、天然气和地质钻井用的扩孔式混合钻头，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固定切削齿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金刚石钻头的固定切削齿极易受到冲击破损，为了应对这种情况，中国专利99237363.8公开了由取芯钻头（相当于现在的刀翼）和单牙轮钻头形成的混合钻头，当该钻头遇到一些软硬夹层较多的地层时，虽然其单牙轮钻头不易受到冲击而破损，而其取芯钻头的固定切削齿仍然易受到冲击破损；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钻头的固定切削齿复合片破碎，从而导致钻头机械钻速的降低，且该钻头上最靠近钻头轴向中心的是固定切削齿，由于该固定切削齿太靠近钻头轴向中心，回转半径小，切削速度低，因而切削效率低；且该固定切削齿单独切削井底轴向中心岩石，承受的载荷较大，易出现复合层破碎或脱落。牙轮位于钻头外缘，绕自身轴线的旋转速度大，受力状况恶劣，很容易导致轴承密封失效及轴承摩擦副严重磨损；当轴承摩擦副严重磨损后，牙轮与牙掌轴颈之间的间隙加大，牙轮相对于牙掌轴颈径向窜动量(沿着轴承径向的位移量)加大，导致牙轮对PDC切削齿的保护能力下降或失去对PDC切削齿的保护。

发明内容

本实用新型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扩孔式混合钻头，它不仅综合性能强，能对井底岩石进行有效地预破碎，使得钻头的固定切削齿有效吃入岩石，而且能减少对固定切削齿的冲击，从而提高钻头的切削效率和机械钻速。

本实用新型为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

包括有金刚石钻头体，金刚石钻头体外缘设置有喷嘴和刀翼，刀翼上安设有固定切削齿，其

特征在于在金刚石钻头体心部下端开孔安设牙掌和牙轮，牙轮上安设活动切削齿，所述牙轮的至少一颗活动切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离大于全部固定切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离，两者的差值h为0.5～50毫米。

按上述方案，所述的牙轮和牙掌为1~3个，所述牙轮的至少有一圈活动切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离大于全部固定切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离。

按上述方案，所述牙轮有2~15圈活动切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离大于全部固定切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离。

按上述方案，所述的牙轮上的活动切削齿至少有一颗位于或接近混合钻头的回转中心。

按上述方案，所述的牙掌上开设有喷嘴。

按上述方案，所述的金刚石钻头体心部下端开设上下贯通的通孔，通孔中安设包括有牙掌和牙轮的牙轮钻头，牙轮钻头的钻头体上部与通孔相固联。

按上述方案，所述的通孔中设置有内螺纹，所述的牙轮钻头的钻头体上部设置有外螺纹，外螺纹与通孔内螺纹相配置使牙轮钻头上部与通孔相固联。

按上述方案，所述的牙掌上开设的喷嘴与牙轮钻头体内开设的水力孔相连通，且牙轮钻头体的水力孔与金刚石钻头体开设的总水力孔相连通。

按上述方案，所述的牙掌上安设有2~4个喷嘴，用于移除井底中心部位的岩屑。

按上述方案，所述的刀翼为2~6个，沿金刚石钻头体周向布设。

按上述方案，所述金刚石钻头体上对应刀翼设置有2~6个喷嘴，用于移除井底外缘的岩屑，并对刀翼上的固定切削齿进行冷却。

本实用新型的有益效果在于：1、由于牙轮钻头切削齿距离钻头丝扣端面比较远，也即井底位置靠前，使得位于井底中心区域的岩石首先被牙轮破碎，进而使井底外缘岩石的内应力被释放，岩石强度降低，这样既提高了位于钻头外缘的PDC固定切削齿对位于井底外缘的岩石的切削效率，从而提高了扩孔式混合钻头的切削效率，又减少了位于钻头外缘的PDC固定切削齿崩片的几率；2、牙轮钻头位于混合钻头的中心部位，牙轮旋转线速度低，轴承寿命长；牙轮钻头的活动切削齿位于混合钻头的中心部位，其钻进井底心部的效率较高。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例倒置时的立体图。

图2为本实用新型中心部的牙轮钻头倒置时的立体图。

图3为本实用新型一个实施例的牙轮切削齿与固定切削齿的最外轮廓包罗线的投影图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

如图1-3所示，包括有金刚石钻头体1，金刚石钻头体上端设置有丝扣（外螺纹），外缘设置有喷嘴2和刀翼3，刀翼前面安设有固定切削齿4，刀翼上部周面（侧面）安设有保径齿，从金刚石钻头体上的喷嘴2喷出的钻井液用于清除井底外围区域的岩屑，并将岩屑从井底携带至地面。

在金刚石钻头体心部下端开设上下贯通的通孔，所述的通孔中设置有内螺纹，通孔中安设包括有牙掌和牙轮的牙轮钻头8，所述的牙轮钻头的钻头体上部设置有外螺纹10，外螺纹与通孔内螺纹相配置使牙轮钻头上部与通孔相固联。所述的牙轮钻头为三牙轮钻头，包括有三个牙掌5和三个牙轮6，各牙掌上端相联成一体，构成牙轮钻头体，牙轮钻头体上部设置有外螺纹10，牙掌5上设置有喷嘴9，从喷嘴9喷出的钻井液用于清除井底中心区域的岩屑，并将岩屑从井底携带至地面；牙掌5的下端设置轴颈，牙轮6套装在轴颈上并通过钢球轴向锁定，牙轮6上安设有活动切削齿7，牙轮、牙掌与牙轮钻头体一起构成牙轮钻头8；牙轮钻头通过上部的外螺纹10与金刚石钻头体心部通孔的内螺纹相连接，安设在所述金刚石钻头体心部，牙轮则位于中心底部，其中，所述牙轮有6～10圈活动切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离h2大于全部固定切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离h1，h2与h1的差值h的取值范围为2～20毫米。所述的喷嘴9与牙轮钻头体内开设的水力孔相连通，且牙轮钻头体的水力孔与金刚石钻头体内开设的总水力孔相连通。

本实用新型工作时，由于牙轮钻头切削齿距离钻头丝扣端面比较远，当位于井底中心区域的岩石被牙轮破碎后，井底外缘的岩石的内应力被释放，岩石强度降低，既提高了位于钻头外缘的PDC固定切削齿对位于井底外缘的岩石的切削效率，从而提高了扩孔式混合钻头的切削效率，又减少了位于钻头外缘的PDC切削齿崩片的几率；牙轮钻头位于混合钻头的中心部位，牙轮旋转线速度低，轴承寿命长。

Claims (10)

1.一种扩孔式混合钻头，包括有金刚石钻头体，金刚石钻头体外缘设置有喷嘴和刀翼，刀翼上安设有固定切削齿，其特征在于在金刚石钻头体心部下端开孔安设牙掌和牙轮，牙轮上安设活动切削齿，所述牙轮的至少一颗活动切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离大于全部固定切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离，两者的差值h为0.5～50毫米。

2.按权利要求1所述的扩孔式混合钻头，其特征在于所述的牙轮和牙掌为1~3个，所述牙轮的至少一圈活动切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离大于全部固定切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离。

3.按权利要求1或2所述的扩孔式混合钻头，其特征在于所述牙轮有2~15圈活动切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离大于全部固定切削齿到金刚石钻头体丝扣端面的最大轴向距离。

4.按权利要求1或2所述的扩孔式混合钻头，其特征在于所述的牙轮上的活动切削齿至少有一颗位于或接近混合钻头的回转中心。

5.按权利要求1或2所述的扩孔式混合钻头，其特征在于所述的牙掌上开设有喷嘴。

6.按权利要求5所述的扩孔式混合钻头，其特征在于所述的金刚石钻头体心部下端开设上下贯通的通孔，通孔中安设包括有牙掌和牙轮的牙轮钻头，牙轮钻头的钻头体上部与通孔相固联。

7.按权利要求6所述的扩孔式混合钻头，其特征在于所述的通孔中设置有内螺纹，所述的牙轮钻头的钻头体上部设置有外螺纹，外螺纹与通孔内螺纹相配置使牙轮钻头上部与通孔相固联。

8.按权利要求6所述的扩孔式混合钻头，其特征在于所述的牙掌上开设的喷嘴与牙轮钻头体内开设的水力孔相连通，且牙轮钻头体的水力孔与金刚石钻头体开设的总水力孔相连通。

9.按权利要求6所述的扩孔式混合钻头，其特征在于所述的牙掌上安设有2~4个喷嘴。

10.按权利要求1所述的扩孔式混合钻头，其特征在于所述的刀翼为2~6个，沿金刚石钻头体周向布设，所述金刚石钻头体上对应刀翼设置有2~6个喷嘴。