CN212689927U - 牙轮缩进式单牙轮与pdc复合钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及钻井工具技术领域，具体地涉及一种牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头。所述牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头包括单牙轮钻头(11)和PDC钻头(1)，PDC钻头(1)包括主体(2)和用于破岩的刀翼(3)，主体(2)的高度方向上具有贯穿主体(2)内部的主流道(14)，单牙轮钻头(11)包括钻头体(12)和用于破岩的钻齿机构(13)，钻头体(12)安装于主流道(14)，钻齿机构(13)安装于钻头体(12)的底部，刀翼(3)设置为自主体(2)的外壁沿主体(2)的高度方向向下延伸以包裹钻齿机构(13)。所述牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头通过单牙轮钻头和PDC钻头共同形成，使得单牙轮钻头和PDC钻头能够同时破岩作业，提高了钻井的作业效率。

Description

牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头

技术领域

本实用新型涉及钻井工具技术领域，具体地涉及一种牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头。

背景技术

钻头是石油和天然气开采过程中不可缺少的井下作业工具。目前，常用钻头为PDC钻头，PDC钻头在破岩过程中主要依靠切削齿对岩石的剪切作用，同时以犁入作用为辅，充分利用了岩石剪切强度低的特点。

常规PDC钻头在钻进时，受PDC钻头本身结构影响，切削齿对井眼中心岩石的切削速度低，这部分岩石基本是被钻头折断或压碎的，进而限制了PDC钻头机械钻速，显著增加了钻井过程中的作业成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的PDC钻头切削速度低、作业成本高等问题，提供一种牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，所述牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头通过单牙轮钻头和PDC钻头共同形成，使得单牙轮钻头和PDC钻头能够同时破岩作业，克服了现有的单一PDC钻头的中心部位所存在的破岩效率低的缺陷，牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头的钻进速度更快，提高了钻井的作业效率，显著降低了作业成本。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，包括单牙轮钻头和PDC钻头，所述PDC钻头包括主体以及用于破岩的刀翼，所述主体的高度方向上具有贯穿所述主体内部的主流道，所述单牙轮钻头包括钻头体和用于破岩的钻齿机构，所述钻头体安装于所述主流道，所述钻齿机构安装于所述钻头体的底部，所述刀翼设置为自所述主体的外壁沿所述主体的高度方向向下延伸以包裹所述钻齿机构。

可选的，所述钻头体可拆卸地安装于所述主流道中。

可选的，所述主体通过所述主流道与所述钻头体螺接，以使得所述主体能够通过所述钻头体带动所述钻齿机构绕所述主体的旋转轴线进行公转。

可选的，所述钻齿机构可旋转地安装于所述钻头体，以使得所述钻齿机构能够相对于所述钻头体进行自转。

可选的，所述主体的横截面设置为圆环，所述PDC钻头包括多个所述刀翼，多个所述刀翼沿所述主体的周向间隔分布。

可选的，在所述主体的径向上，所述刀翼与所述主体对应设置的第一部分自所述主体的外周壁向外延伸，以使得相邻两个所述第一部分与所述主体的外周壁共同围成排屑槽。

可选的，所述刀翼包括与所述主体错开设置的第二部分，所述第二部分连接于所述第一部分，所述第二部分的外边缘具有用于破岩的牙齿。

可选的，所述刀翼包括自所述第一部分向外凸出的保径齿。

可选的，所述主体包括喷嘴，所述喷嘴的底端自所述主体的底面向上延伸至所述主流道的避开所述单牙轮钻头的内壁。

可选的，所述主体包括多个喷嘴，多个所述喷嘴与多个所述刀翼在所述主体的周向上交替分布。

通过上述技术方案，本实用新型提供了一种牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，所述牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头通过单牙轮钻头和PDC钻头共同形成，使得单牙轮钻头的钻头机构以及PDC钻头的刀翼能够同时破岩作业，克服了现有的单一PDC钻头的中心部位所存在的破岩效率低的缺陷，牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头的钻进速度更快，提高了钻井的作业效率，显著降低了作业成本。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头的结构示意图；

图2为图1所示的牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头的仰视图；

图3为图1所示的牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头的左视图(或者是，右视图)；

图4为图3所示的牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头在A-A处的剖视图。

附图标记说明

1、PDC钻头；2、主体；3、刀翼；4、排屑槽；5、第一部分；6、第二部分；7、牙齿；8、保径齿；9、喷嘴；10、接头；11、单牙轮钻头；12、钻头体；13、钻齿机构；14、主流道。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

本实用新型提供了一种牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，如图1-4所示，包括单牙轮钻头11和PDC钻头1，所述PDC钻头1包括主体2以及用于破岩的刀翼3，所述主体2的高度方向上具有贯穿所述主体2内部的主流道14，所述单牙轮钻头11包括钻头体12和用于破岩的钻齿机构13，所述钻头体12安装于所述主流道14，所述钻齿机构13安装于所述钻头体12的底部，所述刀翼3设置为自所述主体2的外壁沿所述主体2的高度方向向下延伸以包裹所述钻齿机构13。其中，刀翼3包裹钻齿机构13，指的是刀翼3的破碎工作面的最低位置(例如，刀翼3上的位于图3和4所示的最右侧牙齿7的破碎工作面)低于钻齿机构13的破碎工作面的最底位置(例如，钻齿机构13上的位于图4所示的最右侧牙齿的破碎工作面)；在钻进初期，PDC钻头1首先通过刀翼3来剪切破碎岩石整体的环形结构，此时，岩石整体逐渐形成位于环形结构内部的岩石立柱，钻齿机构13的破碎工作面尚未与岩石立柱接触；随着牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头的不断钻进，PDC钻头1不断地加深破碎环形结构，单牙轮钻头11也开始通过钻齿机构13冲击破碎岩石立柱，从而牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头能够对岩石整体进行全方位破岩作业，实现了快速钻进。

通过上述技术方案，本实用新型提供了一种牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，所述牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头通过单牙轮钻头11和PDC钻头1共同形成，使得单牙轮钻头11的钻头机构13以及PDC钻头1的刀翼3能够同时破岩作业，克服了现有的单一PDC钻头的中心部位所存在的破岩效率低的缺陷，牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头的钻进速度更快，提高了钻井的作业效率，显著降低了作业成本。

一般而言，普通钻头钻进软质地层或者中硬地层时，以普通PDC钻头为例，主要依靠切削齿对岩石的剪切作用，同时以犁入作用为辅；但是，普通PDC钻头在钻进过程中，受限于刀翼3结构的影响，致使普通PDC钻头仅能通过刀翼3破碎岩石整体的环形结构，无法切削所述岩石整体的位于所述环形结构内的岩石立柱，导致这部分岩石立柱基本上是被钻头折断或压碎的，限制了PDC钻头的机械钻速，显著增加了钻井过程中的作业成本。

为了解决上述问题，本申请中的牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头在钻进软质地层或者中硬地层时，PDC钻头1能够通过刀翼3剪切破碎岩石整体的环形结构，同时单牙轮钻头11通过钻头机构13冲击破碎岩石整体的岩石立柱，从而实现了牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头对岩石整体进行全方位破岩作业，在保证不影响PDC钻头1的正常钻进速度的前提下，利用单牙轮钻头11挤压破碎岩石立柱，解决了普通PDC钻头的中心部位破岩效率低的问题，提高了钻井的作业效率，显著降低了作业成本。此外，相较于在普通PDC钻头的中心部分直接一体化布置单一切削齿(例如，所述单一切削齿为圆锥形金刚石切削齿)而言，岩石立柱的破碎作业由单牙轮钻头11完成，使得岩石立柱施加到复合钻头的中心部分的破碎载荷也就分布在单牙轮钻头11的各个牙齿上，解决了钻头在单一切削齿处集中承受岩石立柱的破碎载荷而容易损坏的问题，延长了使用寿命。

进一步的，所述钻头体12可拆卸地安装于所述主流道14中，结构更为简单，便于拆卸与组装。一旦单牙轮钻头11受损，可快速更换，降低了复合钻头的使用成本。

为了便于加工牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，所述主体2通过所述主流道14与所述钻头体12螺接，以使得所述主体2能够通过所述钻头体12带动所述钻齿机构13绕所述主体2的旋转轴线进行公转。

为了提高岩石立柱的破碎效率，所述钻齿机构13可旋转地安装于所述钻头体12，以使得所述钻齿机构13能够相对于所述钻头体12进行自转。

使用时，如图2所示，PDC钻头1通过主体2带动刀翼3绕主体2的旋转轴线进行旋转运动，使得刀翼3沿环形轨迹进行旋转运动，同时刀翼3能够沿着该环形轨迹来破碎岩石整体，即，破碎岩石整体的环形结构；与此同时，单牙轮钻头11借助主体2来带动钻齿机构13同步旋转，即，钻齿机构绕主体2的旋转轴线进行公转，以破碎位于该环形结构内部的岩石立柱，实现了同步破碎岩石整体，提高了钻井的作业效率；另外，单牙轮钻头11还能够与外界电连接，以驱动钻齿机构13相对于钻头体12进行自转，加强了对岩石立柱的破碎力度，进一步提升了钻井的作业效率。可以理解的是，单牙轮钻头11可以采用各种形式与外界电连接，例如，参考本领域内单一的单牙轮钻头11与外界的电连接方式，在此不再赘述。

为了增强PDC钻头的破碎效率，所述主体2的横截面设置为圆环，所述PDC钻头1包括多个所述刀翼3，多个所述刀翼3沿所述主体2的周向间隔分布，加强了PDC钻头通过刀翼3对环形结构的破碎力度。

进一步的，在所述主体2的径向上，所述刀翼3与所述主体2对应设置的第一部分5自所述主体2的外周壁向外延伸，以使得相邻两个所述第一部分5与所述主体2的外周壁共同围成排屑槽4。随着牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头的不断钻进，岩石整体不断被破碎成岩屑，为了避免岩屑阻碍复合钻头的进一步钻进，复合钻头可以通过排屑槽4排出多余岩屑。此外，主体2的顶部可以设置为接头10，以便于连接钻杆或井下动力钻具连接，以驱动主体2旋转。

如图1-4所示，所述刀翼3包括与所述主体2错开设置的第二部分6，所述第二部分6连接于所述第一部分5，所述第二部分6的外边缘具有用于破岩的牙齿7。使用时，PDC钻头1通过主体2带动多个刀翼3沿图1和2所示的逆时针方向旋转，方便牙齿7有效地破碎环形结构，结构简单，有利于高效作业。值得一提的是，刀翼3可以设置为各种形式，例如，刀翼3的第一部分5和第二部分6为一体结构，多个牙齿7镶嵌设置在第二部分6上。

在钻进过程中，为了避免岩石整体对刀翼3进行不必要的磨损，所述刀翼3包括自所述第一部分5向外凸出的保径齿8，结构简单，有效地延长了刀翼3的使用寿命。

如图4所示，所述主体2包括喷嘴9，所述喷嘴9的底端自所述主体2的底面向上延伸至所述主流道14的避开所述单牙轮钻头11的内壁。使用时，钻井液能够依次通过主流道14和喷嘴9流入井底以冲刷岩屑，有利于钻井液携带井底岩屑经由排屑槽4排出。此外，单牙轮钻头11包括依次贯穿钻头体12和钻齿机构13的主喷嘴，有利于钻井液依次经过主流道14和主喷嘴注入井底以冲刷岩屑，方便钻井液携带井底岩屑经由排屑槽4排出。

进一步的，所述主体2包括多个喷嘴9，多个所述喷嘴9与多个所述刀翼3在所述主体2的周向上交替分布，结构更为简单，方便钻井液注入井底，优化了排屑效果。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，其特征在于，包括单牙轮钻头(11)和PDC钻头(1)，所述PDC钻头(1)包括主体(2)以及用于破岩的刀翼(3)，所述主体(2)的高度方向上具有贯穿所述主体(2)内部的主流道(14)，所述单牙轮钻头(11)包括钻头体(12)和用于破岩的钻齿机构(13)，所述钻头体(12)安装于所述主流道(14)，所述钻齿机构(13)安装于所述钻头体(12)的底部，所述刀翼(3)设置为自所述主体(2)的外壁沿所述主体(2)的高度方向向下延伸以包裹所述钻齿机构(13)。

2.根据权利要求1所述的牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，其特征在于，所述钻头体(12)可拆卸地安装于所述主流道(14)中。

3.根据权利要求2所述的牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，其特征在于，所述主体(2)通过所述主流道(14)与所述钻头体(12)螺接，以使得所述主体(2)能够通过所述钻头体(12)带动所述钻齿机构(13)绕所述主体(2)的旋转轴线进行公转。

4.根据权利要求3所述的牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，其特征在于，所述钻齿机构(13)可旋转地安装于所述钻头体(12)，以使得所述钻齿机构(13)能够相对于所述钻头体(12)进行自转。

5.根据权利要求1所述的牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，其特征在于，所述主体(2)的横截面设置为圆环，所述PDC钻头(1)包括多个所述刀翼(3)，多个所述刀翼(3)沿所述主体(2)的周向间隔分布。

6.根据权利要求5所述的牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，其特征在于，在所述主体(2)的径向上，所述刀翼(3)与所述主体(2)对应设置的第一部分(5)自所述主体(2)的外周壁向外延伸，以使得相邻两个所述第一部分(5)与所述主体(2)的外周壁共同围成排屑槽(4)。

7.根据权利要求6所述的牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，其特征在于，所述刀翼(3)包括与所述主体(2)错开设置的第二部分(6)，所述第二部分(6)连接于所述第一部分(5)，所述第二部分(6)的外边缘具有用于破岩的牙齿(7)。

8.根据权利要求6所述的牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，其特征在于，所述刀翼(3)包括自所述第一部分(5)向外凸出的保径齿(8)。

9.根据权利要求1所述的牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，其特征在于，所述主体(2)包括喷嘴(9)，所述喷嘴(9)的底端自所述主体(2)的底面向上延伸至所述主流道(14)的避开所述单牙轮钻头(11)的内壁。

10.根据权利要求9所述的牙轮缩进式单牙轮与PDC复合钻头，其特征在于，所述主体(2)包括多个喷嘴(9)，多个所述喷嘴(9)与多个所述刀翼(3)在所述主体(2)的周向上交替分布。

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