CN208885190U - 一种带犁削齿的混合钻头 - Google Patents

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涂关富
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Abstract

本实用新型公开了一种带犁削齿的混合钻头,包括钻头体,钻头体上设置刀翼和喷嘴,刀翼从内至外划分为内锥、鼻部、肩部和保径段,刀翼上安设有固定切削齿,牙掌安设于刀翼之间,牙掌上端与钻头体相联一体,牙掌的下端安设有牙轮,在刀翼上安设的固定切削齿包括圆形齿和犁削齿,所述犁削齿布置在内锥、鼻部、肩部的任何一个部位。采用犁削、剪切及冲压三种混合破岩方式来进行井底岩石破碎。这种结构不仅综合性能强,提高钻头的破岩效率,同时犁削齿结构可以增加金刚石复合片的抗冲击性能;而且牙轮和刀翼固定切削齿的布齿结构合理,能减少对钻头固定切削齿的冲击,从而提高钻头的切削效率和机械钻速。

Description

一种带犁削齿的混合钻头
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带犁削齿的混合钻头,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,当钻头遇到硬地层时,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,出现一种由牙轮钻头和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PDC切削齿的刮削运动容易造成PDC切削齿的早期失效,从而导致钻头机械钻速的降低。
实用新型内容
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提供一种提高了切削效率,降低了切削齿的磨损速度的犁削齿的混合钻头。
本实用新型所采用的技术方案为:一种带犁削齿的混合钻头,包括钻头体,钻头体上设置刀翼和喷嘴,刀翼从内至外划分为内锥、鼻部、肩部和保径段,刀翼上安设有固定切削齿,牙掌安设于刀翼之间,牙掌上端与钻头体相联一体,牙掌的下端安设有牙轮,其特征在于:在刀翼上安设的固定切削齿包括圆形齿和犁削齿,所述犁削齿布置在内锥、鼻部、肩部的任何一个部位。
按上述技术方案,所述犁削齿布置在刀翼的一排齿上时,二排齿同轨位置布置圆形齿;或犁削齿布置在二排齿上时,一排齿同轨位置布置圆形齿。
按上述技术方案,所述犁削齿包括柱形齿柱和齿冠,所述齿冠由至少两个斜面与柱面冠基相交构成多面体齿冠,各斜面交汇于齿冠中心构成梨形齿顶。
按上述技术方案,相邻斜面的相交以圆弧过渡或两者直接交汇。
按上述技术方案,所述斜面为2-5个。
按上述技术方案,所述斜面与齿冠底平面的夹角为3~40°(。
按上述技术方案,各个斜面与齿冠底平面的夹角相同或不相同。
按上述技术方案,所述相邻斜面相交的过渡圆弧宽度为0.5~8mm,各个斜面高于齿冠底平面0~8mm。
按上述技术方案,所述的刀翼为2~6个,所述的牙轮为2~4个。
按上述技术方案,在刀翼的部分同排固定切削齿中,圆形齿和犁削齿交替布置。
本实用新型所取得的有益效果为:1、本实用新型采用采用犁削、剪切及冲压三种混合破岩方式来进行井底岩石破碎,牙轮通过冲压破岩岩石,犁削齿通过犁削开槽来完成破碎岩石,随着钻头的不断旋转,犁削齿在岩石中犁出一条条的环状“卸荷槽”,使地层应力预先释放,同时圆形齿则以刮削方式切削其强度已大大减弱的大块岩石,达到快速钻进的目的。这种结构不仅综合性能强,提高钻头的破岩效率,同时犁削齿结构可以增加金刚石复合片的抗冲击性能;而且牙轮和刀翼固定切削齿的布齿结构合理,能减少对钻头固定切削齿的冲击,从而提高钻头的切削效率和机械钻速。2、犁削齿和圆形齿组合形式下切削地层,降低切削齿的破坏,提高了钻头的使用寿命;3、通过对牙轮和刀翼固定切削齿的合理布齿,降低固定切削齿的冲击载荷,从而提高钻头切削效率和机械钻速。
附图说明
图1为本实用新型的结构图。
图2为本实施例一的犁削齿的立体结构图。
图3为本实施例二的犁削齿的立体结构图。
图4为本实施例三的犁削齿的立体结构图。
图5为本实施例四的犁削齿的立体结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
本实施例以三刀翼三牙轮混合钻头为例,其中牙轮为镶齿牙轮,刀翼部分一排齿交替布置圆形齿和两棱犁削齿,二排齿布置圆形齿。
如图1所示,包括有钻头体1,钻头体上设置三个刀翼2和三个牙轮7,以及喷嘴3,刀翼2从内至外划分为内锥、鼻部、肩部和保径段;刀翼各部位上交替安设有犁削齿4和圆形齿5,二排位置安设圆形齿9,固定切削齿为金刚石复合片;在各刀翼之间安设有牙掌6,牙掌上端与钻头体焊接成一体,牙掌的下端设置轴颈,牙轮7套装在轴颈上并通过钢珠轴向锁定,牙轮7和刀翼2相互交错安设;牙轮7上安设有牙轮切削齿8,牙轮切削齿8对应于刀翼的鼻部和肩部。在钻井过程中,首先把本实用新型的钻头与其它井下工具连接起来,一同下入井底,然后开泵循环钻井液并加压旋转钻进。在软地层,位于一排的尖形齿4先吃入地层,在吃入深度超过尖形齿与圆形齿的高低差L后,圆形齿接着吃入地层,由于地层较软,尖形齿4吃入地层对机械钻速影响不大,但可以提高钻头的平稳性。在硬地层,位于一排的尖形齿4先吃入地层,在吃入深度超过尖形齿与圆形齿的高低差L后,圆形齿接着吃入地层,由于地层较硬,尖形齿4先吃入地层可以对地层进行预破碎,释放地层的应力,提高一排齿的破岩效率,提高新型钻头整体机械钻速。同时由于尖形齿对地层产生了预破碎,一排齿在切削时地层对切削齿的反作用力相对牙轮混合钻头减小,从而减小了反扭矩,提高了钻头钻进时的平稳性,减缓了钻头失效,进而提高了钻头的使用寿命。在地层变化频繁时,位于一排的尖形齿能分担部分冲击载荷,减少地层对一排圆形齿的崩齿几率,提高钻头的寿命。
当然,本实用新型不局限于上述布置方式,除本实施例的布齿结构外,还有多种布齿结构,例如将尖形齿布置在刀翼的一排齿上时,二排齿同轨位置布置圆形齿;或尖形齿布置在二排齿上时,一排齿同轨位置布置圆形齿,这种结构的布置方式更能降低固定切削齿的冲击载荷,提高钻头切削效率和机械钻速。
如图2所示,所述犁削齿包括柱形齿柱401和齿冠402,所述齿冠402由两个斜面404与柱面冠基相交构成多面体齿冠,各斜面交汇于齿冠中心构成梨形齿顶403。本实施例中,两斜面直接交汇,呈一定的夹角设置,各个斜面与齿冠底平面的夹角相同或不相同,本实施例以夹角为8°,各个斜面高于齿冠底平面0~8mm,优选2㎜。
实施例二如图3所示,提供了一种2斜面犁削齿,其结构与实施例一的结构基本相似,不同之处在于两斜面以过渡圆弧交汇,所述相邻斜面相交的过渡圆弧宽度为0.5~8mm,优选6㎜,倒圆R为3mm;各个斜面高于齿冠底平面0~8mm,优选6㎜,两斜面与齿冠底平面的夹角相同。
实施例三如图4所示,提供了一种三斜面犁削齿,其结构与实施例一的结构基本相似,不同之处在于三斜面直接交汇,三斜面呈均匀分布,与齿冠底平面的夹角相同,优选为25°,各个斜面高于齿冠底平面0~8mm,优选5㎜。
实施例四如图5所示,提供了一种三斜面犁削齿,其结构与实施例三的结构基本相似,不同之处在于三斜面通过圆弧交汇,三条圆弧等宽,所述相邻斜面相交的过渡圆弧宽度为0.5~8mm,优选5㎜,倒圆R为3mm;各个斜面高于齿冠底平面0~8mm,优选4㎜。

Claims (9)

1.一种带犁削齿的混合钻头,包括钻头体,钻头体上设置刀翼和喷嘴,刀翼从内至外划分为内锥、鼻部、肩部和保径段,刀翼上安设有固定切削齿,牙掌安设于刀翼之间,牙掌上端与钻头体相联一体,牙掌的下端安设有牙轮,其特征在于:在刀翼上安设的固定切削齿包括圆形齿和犁削齿,所述犁削齿布置在内锥、鼻部、肩部的任何一个部位,所述犁削齿包括柱形齿柱和齿冠,所述齿冠由至少两个斜面与柱面冠基相交构成多面体齿冠,各斜面交汇于齿冠中心构成梨形齿顶。
2.根据权利要求1所述的混合钻头,其特征在于:所述犁削齿布置在刀翼的一排齿上时,二排齿同轨位置布置圆形齿;或犁削齿布置在二排齿上时,一排齿同轨位置布置圆形齿。
3.根据权利要求1所述的混合钻头,其特征在于:相邻斜面的相交以圆弧过渡或两者直接交汇。
4.根据权利要求1所述的混合钻头,其特征在于:所述斜面为2-5个。
5.根据权利要求1所述的混合钻头,其特征在于:所述斜面与齿冠底平面的夹角为3~40°。
6.根据权利要求1所述的混合钻头,其特征在于:各个斜面与齿冠底平面的夹角相同或不相同。
7.根据权利要求3所述的混合钻头,其特征在于:所述相邻斜面相交的过渡圆弧宽度为0.5~8mm,各个斜面高于齿冠底平面0~8mm。
8.根据权利要求1或2所述的混合钻头,其特征在于:所述的刀翼为2~6个,所述的牙轮为2~4个。
9.根据权利要求1或2所述的混合钻头,其特征在于:在刀翼的部分同排固定切削齿中,圆形齿和犁削齿交替布置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112282655A (zh) * 2020-11-30 2021-01-29 湖南屈原水利建筑工程有限公司 一种破岩pdc金刚石钻头
CN113738285A (zh) * 2020-05-27 2021-12-03 中国石油天然气集团有限公司 具有切削脊和倾斜切削面的复合片及pdc钻头
CN116816271A (zh) * 2023-08-28 2023-09-29 西南石油大学 多峰齿钻头

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