CN205895148U - 滚动保径pdc钻头 - Google Patents

Abstract

一种滚动保径PDC钻头，包含钻头体，所述钻头体的周缘间隔设有多条刀翼，各刀翼的保径段上设有一凹陷，所述凹陷内安装有一滚轮组件，所述滚轮组件设有一滚动轴，所述滚动轴与钻头体固定连接从而将滚轮组件和钻头体组合成滚动保径结构，所述滚轮组件至少包含滚轮、滚齿和滚动轴，所述滚轮的周缘设置有多个滚齿，所述滚轮可旋转的包围于所述滚动轴；由此，本实用新型结构简单，决目前常用的金刚石PDC钻头保径在工作时吸收钻头过多的做功扭矩动能，一改现有的保径面接触为滚动线接触。同时钻头也具有良好的稳定性，井眼成型规则，避免岩屑二次挤压，保径寿命长，钻头钻井速度快，效率高。

Description

滚动保径PDC钻头

技术领域

本实用新型涉及地层钻探开采钻井用的金刚石PDC钻头的技术领域，尤其涉及一种滚动保径PDC钻头。

背景技术

PDC聚金刚石复合片钻头广泛应用于石油、地质领域的一种钻头，其具有较高的硬度、耐磨性和使用寿命。随着PDC钻头的发展，近年来钻采领域PDC钻头年进尺数远远高于牙轮钻头，PDC钻头破岩石的主要方式是切屑岩石，岩石又是不均质的，因此PDC钻头在工作时存在剧烈的横向振动，削弱了破碎岩石的效率。为了抑制钻头的横向振动，部分钻头强化了保径结构，使保径结构的直径比钻头的直径略大，保径结构与井壁大面积紧密接触，从而有效抑制了横向振动。当然还有些地层为塑性膨胀地层，为了保证较好的井眼质量，钻头在选择是就需要把保径段加长，加宽，这样保证钻头的工作稳定性，同时就造成一个弊端，钻头在工作时钻头保径与井壁的接触面积增大，钻头受到的阻力增加，而传递到切削齿上用于做功的扭矩却没有显著增加，钻井速度提升不起来。

另一个弊端在于，保径面与井壁的摩擦下，保径面急剧磨损，导致钻头缩径，实际钻出来的井眼直接小于要求尺寸，后续需要进行划眼等井下处理，使钻井工作变得更加复杂。

为了即保证钻头的稳定性，防止钻头摆动，同时兼顾降低钻头的 摩擦力，降低钻头扭矩，提高钻头切削效率，而还要提高钻头保径寿命和保证钻井安全，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，根据市场实际需求，提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种滚动保径PDC钻头，其结构简单，决目前常用的金刚石PDC钻头保径在工作时吸收钻头过多的做功扭矩动能，一改现有的保径面接触为滚动线接触。同时钻头也具有良好的稳定性，井眼成型规则，避免岩屑二次挤压，保径寿命长，钻头钻井速度快，效率高。

为解决上述问题，本实用新型公开了一种滚动保径PDC钻头，包含钻头体，所述钻头体的周缘间隔设有多条刀翼，其特征在于：

各刀翼的保径段上设有一凹陷，所述凹陷内安装有一滚轮组件，所述滚轮组件设有一滚动轴，所述滚动轴与钻头体固定连接从而将滚轮组件和钻头体组合成滚动保径结构。

其中：所述滚轮组件至少包含滚轮、滚齿和滚动轴，所述滚轮的周缘设置有多个滚齿，所述滚轮可旋转的包围于所述滚动轴。

其中：所述滚轮的两端与滚动轴之间分别设有止推轴承和滚动轴承。

其中：所述滚齿嵌入滚轮的凹槽内，且所述滚齿为硬质合金齿、人造聚晶齿、金刚石孕镶齿或复合齿。

其中：所述滚轮由合金钢加工而成，在滚轮表面设有抗磨层，所 述滚轮轴采用结构合金钢制成。

其中：所述刀翼在凹陷的两侧外缘上分别布置有保径切削齿和保径倒划齿以对滚轮组件形成双重保护。

其中：所述刀翼上的切屑刃设有多个依次排列的切削齿，两两刀翼之间设有排屑槽，所述排屑槽上布置有清洗水眼。

其中：所述钻头体的后端焊接有接头，所述接头上设有用于将钻头连接至钻头杆的外螺纹部，所述接头上还布置有用于钻头装卸的卸扣槽。

通过上述结构可知，本实用新型的滚动保径PDC钻头具有如下效果：

1.钻头工作扭矩小，切削效率高；

2.滚轮寿命长，钻头保径效果好，井眼质量优良；

3.滚轮结构简单加工容易；

4、滚轮与钻头体组合结实，安全可靠性高。

本实用新型更好的提高钻头的工作效率，其主要功能是在钻头工作时，改变现有钻头保径面与井壁接触的方式，使用本发明钻头在工作时井壁与钻头保径的接触由面接触摩擦转变成滚轮与井壁接触的动摩擦，降低钻头作业时的阻力，从而提高井下螺杆寿命，并且使钻头能更好的进行切削，保持较长的井下工作时间和较高的工作切削效率。当然本结构对井眼的规则性以及钻头的工具面定位的作业方法并不产生影响，使用本结构的另一个好处是保径滚轮接触面积大，反而能更好的保护钻头，防止钻头保径提前缩径现象的发生，延长保径寿 命。当然当滚轮中轴承损坏时，钻头的摆动和扭矩会及时发生变化，能较快反馈到地面，由于滚轮轴与钻头体焊接在一起，即使滚轮内轴承损坏，滚轮也不会掉入井底，导致井下落物事故发生。本发明结构不止限于适用石油开采金刚石PDC钻头保径结构，在其他钻探领域均可使用及推广。

本实用新型的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本实用新型的滚动保径PDC钻头的示意图。

图2显示了本实用新型另一方向的结构示意图。

图3显示了本实用新型工作状态时的截面剖视图。

图4显示了本实用新型的滚轮组合示意图。

图5显示了本实用新型的滚轮分解示意图。

附图标记：

钻头体1，刀翼2，刀翼2，切削齿3，排屑槽4，清洗水眼5，钻头体冠部6，保径段7，保径切削齿8，保径倒划齿9，滚轮10，硬质合金齿11，滚动轴12，止推轴承13，滚动轴承14，接头15，外螺纹部16，卸扣槽17，流道18。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

参见图1和2，显示了本实用新型的滚动保径PDC钻头。

所述滚动保径PDC钻头包含钻头体1，所述钻头体1的周缘间隔设有多条刀翼2，所述各刀翼2的保径段7上预留或者加工有一个凹陷，所述凹陷内安装有一滚轮组件，该保径段7设置凹陷的位置直径小于整个钻头的外直径(如图2附图标记7所指向的位置)，从而避免与井壁接触。其中，所述滚轮组件设有一滚动轴12，所述滚动轴12可通过焊接等方式与钻头体1焊接为一体，从而通过装配好的滚轮组件和钻头体1组合成滚动保径结构，以如图2所示在钻头进行工作时，刀翼的保径位置为保径段的滚轮组件与井壁接触，避免钻头体1直接与井壁接触。

所述钻头体1的加工方法和基本接头与现有的PDC钻头制造工艺基本相同，再次不再进行累述，所述滚轮组件至少包含滚轮10、滚齿和滚动轴12，所述滚轮10可旋转的包围于所述滚动轴12，滚动轴12与滚轮10之间为间隙配合，所述滚轮10的两端与滚动轴12之间可分别设有止推轴承13和滚动轴承14，所述滚轮10与止推轴承13和滚动轴承14的外圈过盈配合组合在一起，滚动轴12与止推轴承13和滚动轴承14的内圈配合组合在一起，从而设有多个滚齿的滚轮10可以通过两端的轴承绕滚动轴12自由旋转。

其中，所述滚轮10的周缘呈阵列状设置有多个滚齿，所述滚齿可如图4所示嵌入滚轮10的凹槽内，两者之间可通过过盈配合进行固定，且滚齿11露出滚轮10的部分可为弧形突出部，所述滚齿可为硬质合金齿11，该硬质合金齿11也可以由其他耐研磨材料制成。

其中，所述滚轮10由优质合金钢加工而成，在滚轮表面可进行 强化处理(例如设有通过镶嵌，钎焊等方法与之结合为一体的抗磨层)，同时滚齿11也可以是人造聚晶，金刚石孕镶齿，复合齿等优良的抗磨材料制成，所述滚轮轴12采用优质的结构合金钢制成，使其具备良好的抗剪和抗弯性能，在轴两端分别安装止推轴承和滚动轴承，当然为了提高轴承工作寿命，在滚轮与滚轮轴直接可以填充润滑脂，使其工作时提供给轴承润滑。

其中，所述刀翼2在凹陷的两侧外缘上分别布置有保径切削齿8和保径倒划齿9，参见图2，所述保径切削齿8设置于凹陷靠钻头顶端的一侧，保径切削齿8和保径倒划齿9的主要功能是对滚轮10形成双重保护，延长其寿命，配合滚轮10取得完美的井眼质量。

其中，组合好的滚轮组件中止推轴承13位于钻头体1的上端(图2所示)，即靠近保径倒划齿9的一侧。这样就能使钻头在下钻时，滚轮能较好的抵抗井壁的阻力，避免滚轮10产生直接的损坏。

其中，所述刀翼2上的切屑刃设有多个依次排列的切削齿3，两两刀翼2之间设有排屑槽4，所述排屑槽4上布置有清洗水眼5，

其中，所述间隔设置的多条刀翼2形成的轮廓为钻头体冠部6，所述刀翼2上的切削齿3设置至保径段7的位置。

其中，所述钻头体1的后端可焊接有接头15，所述接头15上设有用于将钻头连接至钻头杆的外螺纹部16，所述接头15上还可布置有用于钻头装卸的卸扣槽17，在钻头体1与接头16的中间设有利于钻井液流体的流道18，所述流道18与清洗水眼5连通。

现有PDC钻头保径为在保径段镶嵌耐磨材料抵抗钻头工作时的 磨损，使用本发明，由于滚轮的面积更大，而可以镶嵌更多的耐磨材料，所以滚轮保径的寿命会更长，现有的保径面与井壁接触的模式，由于是摩擦做功，所以会导致磨损的加剧，使用滚轮保径，由于是滚动摩擦，摩擦力小，摩擦磨耗小，所以寿命会更长。

在具体实施时可以把钻头的每个刀翼保径段均改用本发明结构，安装上滚轮用于钻头保径功能及维持钻头稳定性，当然也可以在钻头部分刀翼安装滚轮，部分刀翼使用现有保径面的模式，降低钻头保径面摩擦力达到需要的功效。

当然根据上面的阐述，滚轮的寿命和抗磨性均会高于现有的结构钻头，而滚轮的安全性能则成为确保井下不发生是事故的关键，本发明中为提高滚轮的适用寿命和安全性，首先把滚轮中间的轴采用焊接的方式与钻头体焊为一体，同时在滚轮中安装止推轴承，滚动轴承，提高寿命，即时轴承损坏，滚轮依旧可以工作，同样也可以预防到轴承失效，滚轴磨损后，滚轮依旧牢牢的卡在钻头刀翼保径位置，避免落入井底造成事故。

本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了滚轮，滚动轴，保径段等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本 实用新型精神相违背的。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本实用新型的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本实用新型不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本实用新型的教导的特定例子，本实用新型的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (8)

1.一种滚动保径PDC钻头，包含钻头体，所述钻头体的周缘间隔设有多条刀翼，其特征在于：

各刀翼的保径段上设有一凹陷，所述凹陷内安装有一滚轮组件，所述滚轮组件设有一滚动轴，所述滚动轴与钻头体固定连接从而将滚轮组件和钻头体组合成滚动保径结构。

2.如权利要求1所述的滚动保径PDC钻头，其特征在于：所述滚轮组件至少包含滚轮、滚齿和滚动轴，所述滚轮的周缘设置有多个滚齿，所述滚轮可旋转的包围于所述滚动轴。

3.如权利要求2所述的滚动保径PDC钻头，其特征在于：所述滚轮的两端与滚动轴之间分别设有止推轴承和滚动轴承。

4.如权利要求2所述的滚动保径PDC钻头，其特征在于：所述滚齿嵌入滚轮的凹槽内，且所述滚齿为硬质合金齿、人造聚晶齿、金刚石孕镶齿或复合齿。

5.如权利要求2所述的滚动保径PDC钻头，其特征在于：所述滚轮由合金钢加工而成，在滚轮表面设有抗磨层，所述滚轮轴采用结构合金钢制成。

6.如权利要求1-5中任一所述的滚动保径PDC钻头，其特征在于：所述刀翼在凹陷的两侧外缘上分别布置有保径切削齿和保径倒划齿以对滚轮组件形成双重保护。

7.如权利要求1-5中任一所述的滚动保径PDC钻头，其特征在于：所述刀翼上的切屑刃设有多个依次排列的切削齿，两两刀翼之间设有排屑槽，所述排屑槽上布置有清洗水眼。

8.如权利要求1-5中任一所述的滚动保径PDC钻头，其特征在于：所述钻头体的后端焊接有接头，所述接头上设有用于将钻头连接至钻头杆的外螺纹部，所述接头上还布置有用于钻头装卸的卸扣槽。