CN210460505U - 一种心部多破碎方式的复合钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种心部多破碎方式的复合钻头，包括钻头体，钻头体与接头相连，钻头体上设置有固定切削刀冀、牙掌、外喷嘴和内喷嘴，固定切削刀翼上分别布置有固定切削齿、被动保径齿、倒划眼齿，牙掌上布置有牙轮，牙轮上布置有牙轮切削齿，一颗锥形切削齿布置在钻头的中心位置；通过本实用新型的一种心部多破碎方式的复合钻头，通过三种岩石破碎原理，解决现有复合钻头心部薄弱而导致的“掏心”现象，不仅能提高钻头的机械钻速，还能延长复合钻头的使用寿命。

Description

一种心部多破碎方式的复合钻头

技术领域

本实用新型属于石油天然气、矿山工程、建筑工程、地质、水文等钻探设备技术领域，具体涉及一种心部多破碎方式的复合钻头。

背景技术

目前，在石油、天然气和其他探矿钻井作业中，主要使用牙轮钻头与PDC（聚晶金刚石复合片）钻头进行勘探作业。当钻遇软硬交错、含砾石层等地层时，牙轮钻头机械钻速慢、进尺低，且容易造成牙轮钻头寿命短；PDC钻头复合片容易受到较大的冲击载荷导致复合片失效，从而影响钻头机械钻速，钻头因PDC切削齿的过早损坏而失效。

美国专利《Hybrid Drill Bit and Method of Drilling》（申请号：US7845435）公开的一种牙轮和PDC复合钻头，每个牙轮都单独布置在独立的牙爪上，通过牙轮切削齿冲击预破碎岩石，帮助切削刀翼上的固定切削齿有效吃入岩石，提高破岩效率。

但是目前复合钻头在国内外应用过程中很容易因钻头心部的固定切削齿的磨损、冲击等原因而失效，容易在钻头心部形成一个圆形的凹槽，文中统称为“掏心”现象，最终导致钻头因机械钻速急速下降而导致钻头的失效。

中国专利《一种强化心部破岩能力的复合钻头》（申请号：CN201510490384.4）公开的一种强化心部破岩能力的复合钻头，在其所述的短刀翼上布置了PDC切削齿来强化心部破岩能力。但是这种结构在保证心部具有防“掏心”功能的同时，由于其心部布齿密度的增加，钻头的机械钻速也急速降低，降低了钻头的钻井效率，提高了钻井成本。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种心部多破碎方式的复合钻头，目的是在钻头心部通过三个阶段岩石破碎原理，解决现有复合钻头心部薄弱而导致的“掏心”现象，不仅能提高钻头的机械钻速，还能延长复合钻头的使用寿命。

本实用新型所采用的技术方案是，钻头体与接头相连，钻头体上设置有固定切削刀翼、牙掌、外喷嘴和内喷嘴，固定切削刀翼上分别布置有固定切削齿、被动保径齿、倒划眼齿，牙掌上布置有牙轮，牙轮上布置有牙轮切削齿，一颗锥形切削齿布置在钻头的中心位置。

本实用新型的原理为：

复合钻头上的固定切削刀翼，不延伸到钻头的心部，这样布置在固定切削刀翼的固定切削齿就覆盖不到钻头的心部。同时在钻头本体上的中心轴线位置布置一颗抗冲击能力强锥形切削齿。这样的结构设计可以使钻头心部通过三个阶段岩石破碎原理达到岩石破碎的目的：

1.固定切削刀翼上的固定切削齿，在钻头工作时形成主动的切削状态，使岩石在钻头的心部区域首先主动形成一块小的“微芯岩石”，同时保证钻头心部不会被扩大。

2.由于钻头在井下工作时并不是沿着钻头的中心轴线作纯旋转的运动，而是还会产生一些径向振动和沿着更大井壁进行周向旋转运动。由于这种复合运动，使之前已经主动形成的“微芯岩石”受到径向剪切力，达到岩石的第一次破碎。

3.钻头在井下工作时，经常还会产生一些轴向振动，在钻头本体上的中心轴线位置布置一颗抗冲击能力强锥形切削齿，可以使锥形切削齿对“微芯岩石”进行轴向冲击破碎的第二次破碎。

本实用新型的特点还在于：

复合钻头有一颗锥形切削齿布置在钻头的中心位置，且锥形切削齿的轴线与钻头的中心轴线同轴。

复合钻头固定切削刀翼上的固定切削齿覆盖不到钻头的中心轴线。

复合钻头固定切削刀翼上的固定切削齿在心部有主动切削功能。

复合钻头心部锥形切削齿的锥形部分有聚晶金刚石复合层。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的一种心部多破碎方式的复合钻头，固定切削刀翼上的固定切削齿没有覆盖到钻头中心轴线上，在钻头工作时形成主动的切削状态，使岩石在钻头的心部区域首先主动形成一块小的“微芯岩石”，同时保证钻头心部不会被扩大。在钻头本体上的中心轴线位置布置一颗抗冲击能力强锥形切削齿，可以对在钻头心部区域形成的“微芯岩石”进行二次不同破碎原理的岩石破碎。这样设计的优点是解决现有复合钻头心部薄弱而导致的“掏心”现象，能保证复合钻头的机械钻速的同时提高复合钻头的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型一种心部多破碎方式的复合钻头的实施例1的立体三维图。

图2是本实用新型一种心部多破碎方式的复合钻头的实施例1的俯视图。

图3是本实用新型一种心部多破碎方式的复合钻头总体布齿覆盖平面设计图。

图4是本实用新型一种心部多破碎方式的复合钻头1号固定刀翼的固定切削齿及其对应的牙轮切削齿的布齿覆盖平面设计图。

图5是本实用新型一种心部多破碎方式的复合钻头2号固定刀翼的固定切削齿及其对应的牙轮切削齿的布齿覆盖平面设计图。

图6是本实用新型一种心部多破碎方式的复合钻头3号固定刀翼的固定切削齿及其对应的牙轮切削齿的布齿覆盖平面设计图。

图7是本实用新型一种心部多破碎方式的复合钻头的锥形切削齿的齿型。

图中，1.钻头体，1-1.钻头体轮廓线，2.固定刀翼，3.固定切削齿，4.外喷嘴，5.锥形切削齿，5-1. 锥形切削齿聚晶金刚石复合层，5-2. 锥形切削齿基座6.内喷嘴，7.牙轮，8.牙轮切削齿，9.保径齿，10.牙掌，11.接头，12.倒划眼齿，13-1.钻头切削齿轮廓线，14.钻头中心轴线。

具体实施方式

下面结合具体附图和具体实施方式对本实用新型进行详细解释说明。

在本实施列中，一种心部多破碎方式的复合钻头，如图1和图2所示，包括钻头体1，钻头体1与接头11相连，钻头体1上设置有固定切削刀翼2、牙掌10、外喷嘴4和内喷嘴6，固定切削刀翼2上分别布置有固定切削齿3、被动保径齿9、倒划眼齿12，牙掌10上布置有牙轮7，牙轮7上布置有牙轮切削齿8，一颗锥形切削齿5布置在钻头的中心位置。固定切削刀翼2、牙轮切削齿8和锥形切削齿5共同承担了钻头破碎岩石的任务。

参考图3，复合钻头总体布齿覆盖平面设计图，在钻头工作时，钻头上所有的切削齿都会沿着钻头中心轴线14进行公转，牙轮切削齿8沿着牙掌中心轴线10-1进行自转。固定切削刀翼2上的固定切削齿3与牙轮7上的牙轮切削齿8共同复合破碎岩石的区域主要集中在钻头的冠顶和外锥部分。钻头的心部则主要由锥形切削齿5和未延申到钻头中心轴线14的固定切削齿3共同完成破碎岩石。

由于固定切削齿3并未延申到钻头中心轴线，钻头体轮廓1-1和钻头切削齿轮廓线13-1在心部主动下沉，使岩石在钻头的心部区域首先主动形成一块小的“微芯岩石”。随着钻头在井底工作时经常产生一些径向振动和沿着更大井壁进行周向旋转运动，使之前已经主动形成的“微芯岩石”受到径向剪切力，达到岩石的第一次破碎。同时钻头在井底工作时还会不停地产生轴向振动，让钻头心部的锥形切削齿5对“微芯岩石”进行轴向冲击破碎的第二次破碎。

参考图4-图6，分别表示了1-3号固定刀翼2的固定切削齿3及其对应的牙轮切削齿8的布齿覆盖平面设计。3个固定切削刀翼2有相同的本体轮廓1-1和钻头切削齿轮廓线13-1。3个刀翼的固定切削齿3的和3个牙轮切削齿8的空间位置都不相同，因此钻头在工作时，各类切削齿都有各自独立的切削区域。

参考图7，是本实施列所采用的锥形切削齿5，其中5-1是锥形切削齿5的硬质合金基座，5-2是锥形切削齿5的圆锥部分上覆盖的聚晶金刚石复合层，它具有高硬度高强度的特点，能够承受高强度的冲击，对岩石进行冲击破碎。

通过本实用新型的一种心部多破碎方式的复合钻头，其目的是在钻头心部通过三个阶段岩石破碎原理，解决现有复合钻头心部薄弱而导致的“掏心”现象，不仅能提高钻头的机械钻速，还能延长复合钻头的使用寿命。

Claims (5)

1.一种心部多破碎方式的复合钻头，其特征在于，包括钻头体（1），钻头体（1）与接头（11）相连，钻头体（1）上设置有固定切削刀翼（2）、牙掌（10）、外喷嘴（4）和内喷嘴（6），固定切削刀翼（2）上分别布置有固定切削齿（3）、被动保径齿（9）、倒划眼齿（12），牙掌（10）上布置有牙轮（7），牙轮（7）上布置有牙轮切削齿（8），一颗锥形切削齿（5）布置在钻头的中心位置。

2.根据权利要求1所述的一种心部多破碎方式的复合钻头，其特征在于，有一颗锥形切削齿（5）布置在钻头的中心位置，且锥形切削齿（5）的轴线与钻头的中心轴线（14）同轴。

3.根据权利要求1所述的一种心部多破碎方式的复合钻头，其特征在于，钻头固定切削刀翼（2）上的固定切削齿（3）覆盖不到钻头的中心轴线（14）。

4.根据权利要求1所述的一种心部多破碎方式的复合钻头，其特征在于，钻头固定切削刀翼（2）上的固定切削齿（3）在心部有主动切削功能。

5.根据权利要求1所述的一种心部多破碎方式的复合钻头，其特征在于，所述锥形切削齿（5）的锥形部分有聚晶金刚石复合层（5-2）。

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