CN213980647U - 一种锥形齿混合钻头 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种锥形齿混合钻头，属于石油、天然气地质钻探用混合钻头技术领域，包括钻头体，在钻头体的端面上固定有多片刀翼、牙掌和转动连接在牙掌上的牙轮，刀翼沿钻头体的径向方向由内至外依次划分为内锥、鼻部、肩部和保径段。切削齿，该切削齿包括锥形齿和金刚石复合片，在多片刀翼上均固定有锥形齿和金刚石复合片。本申请锥形齿混合钻头的锥形齿相对于PDC切削元件具有更强的抗冲击能力，通过锥形齿分担牙轮的钻压，可以有效提升混合钻头部分牙轮的寿命，提升钻头进尺。对于砾石、燧石结核等难钻地层，牙轮对地层预破碎，可以有效的释放地层应力，提升锥形齿的寿命，进一步提升混合钻头的寿命，提升钻头进尺。

Description

一种锥形齿混合钻头

技术领域

本申请涉及石油、天然气地质钻探用混合钻头技术领域，特别涉及一种锥形齿混合钻头。

背景技术

目前石油、天然气和地质钻井中，主要采用PDC钻头与镶齿牙轮PDC混合钻头钻进。由于材料科学的进步，PDC钻头在均质地层与软硬交错地层应用越来越广。镶齿牙轮PDC混合钻头既具有PDC钻头的机械钻速快的优势，又具有牙轮钻头扭矩低、钻进平稳的优势，使其应用范围越来越广，目前主要应用于夹层钻进、含砾石地层及定向钻进应用中。牙轮钻头由于其寿命短、机械钻速低、安全性不高，限制其使用范围越来越窄。

但对于一些砾石含量较高的地层：使用镶齿牙轮PDC混合钻头钻进时，固定切削齿部分崩齿比较严重，影响了镶齿牙轮PDC混合钻头使用寿命。使用牙轮钻头钻进时，由于牙轮冲击破碎的方式使钻进过程中跳钻比较多，牙轮轴承寿命相对较短，导致钻时短、进尺少。使用PDC钻头则由于崩齿严重，使用效果还不如牙轮钻头；使用锥形齿钻头则由于抗冲击能力不足，虽然其相对于PDC切削元件有较强的抗冲击能力，但其在砾石含量较高的地层还是容易崩齿，进尺较短。

在一些探井应用中，PDC钻头与镶齿牙轮PDC混合钻头由于破岩产生的岩屑较小，不利于对地层岩性进行分析评价，故一般不采用。由于牙轮钻头冲击破碎产生的岩屑较大，探井一般采用牙轮钻头。但牙轮钻头由于轴承寿命短，破岩效率低，导致其钻进过程中进尺短、钻速低，限制了探井的提速提效。

发明内容

本申请实施例提供一种锥形齿混合钻头，以解决相关技术中PDC钻头与镶齿牙轮PDC混合钻头由于破岩产生的岩屑较小，不利于对地层岩性进行分析评价，及轮钻头由于轴承寿命短，破岩效率低，导致其钻进过程中进尺短、钻速低的问题。

本申请实施例提供了一种锥形齿混合钻头，包括：

钻头体，所述钻头体的端面上固定有多片刀翼、牙掌和转动连接在所述牙掌上的牙轮，所述刀翼沿钻头体的径向方向由内至外依次划分为内锥、鼻部、肩部和保径段；

切削齿，所述切削齿包括锥形齿和金刚石复合片，多片所述刀翼上均固定有所述锥形齿和金刚石复合片，所述锥形齿分布在所述刀翼的内锥、鼻部和肩部，所述金刚石复合片分布在所述刀翼的保径段。

在一些实施例中：所述钻头体上多片所述刀翼的内锥向所述钻头体的中心延伸并连成一体。

在一些实施例中：所述钻头体上多片所述刀翼之间设有排屑槽，所述排屑槽内设有喷嘴。

在一些实施例中：所述牙掌位于相邻的两片刀翼之间，所述牙掌上端与钻头体相联成一体，牙掌的下端设有轴径，所述牙轮通过轴承套设在所述轴径上。

在一些实施例中：所述牙轮上设有牙轮切削齿，所述锥形齿与所述牙轮切削齿破岩深度高差为-3mm～3mm。

在一些实施例中：所述锥形齿绕钻头体中心线旋转的轨迹与牙轮切削齿在井底的破岩环带同轨或不同轨。

在一些实施例中：所述刀翼设有四片，四片所述刀翼分成两组，每组设有两片刀翼，所述牙掌均设有两个，两个所述牙掌位于两组所述刀翼之间。

在一些实施例中：所述牙轮的破碎带覆盖所述刀翼的鼻部和肩部。

在一些实施例中：所述牙轮为镶齿牙轮或钢齿牙轮。

在一些实施例中：所述锥形齿在所述刀翼的内锥、鼻部和肩部形成切割轮廓包络线，多片所述刀翼的切割轮廓包络线相同或不同。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种锥形齿混合钻头，由于本申请的锥形齿混合钻头设置了钻头体，在钻头体的端面上固定有多片刀翼、牙掌和转动连接在牙掌上的牙轮，其中，刀翼沿钻头体的径向方向由内至外依次划分为内锥、鼻部、肩部和保径段。切削齿，该切削齿包括锥形齿和金刚石复合片，在多片刀翼上均固定有锥形齿和金刚石复合片，其中，锥形齿分布在刀翼的内锥、鼻部和肩部，金刚石复合片分布在刀翼的保径段。

因此，本申请锥形齿混合钻头的锥形齿相对于PDC切削元件具有更强的抗冲击能力，通过锥形齿分担牙轮的钻压，可以有效提升混合钻头部分牙轮的寿命，提升钻头进尺。对于砾石、燧石结核等难钻地层，牙轮对地层预破碎，可以有效的释放地层应力，提升锥形齿的寿命，进一步提升混合钻头的寿命，提升钻头进尺。锥形齿犁削地层产生的岩屑较大，利于在探井钻进过程中观察地层岩性。相对牙轮钻头与PDC钻头，本申请的混合钻头振动较低，对底部钻具组合的保护效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的锥形齿混合钻头倒立时的结构立体图；

图2为本申请实施例的锥形齿混合钻头倒立时的结构俯视图；

图3至图5为本申请实施例的锥形齿混合钻头切割轮廓包络线的示意图。

附图标记：

101、钻头体；102、刀翼；103、喷嘴；104、锥形齿；105、牙轮；106、牙掌；107、金刚石复合片；108、牙轮切削齿。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种锥形齿混合钻头，其能解决相关技术中PDC钻头与镶齿牙轮PDC混合钻头由于破岩产生的岩屑较小，不利于对地层岩性进行分析评价，及轮钻头由于轴承寿命短，破岩效率低，导致其钻进过程中进尺短、钻速低的问题。

参见图1至图3所示，本申请实施例提供了一种锥形齿混合钻头，包括：

钻头体101，该钻头体101的端面上固定有多片刀翼102、牙掌106和转动连接在牙掌106上的牙轮105，刀翼102的具体数量根据实际需要具体设定，本实施例以四片刀翼102为例进行说明，四片刀翼102分成两组，每组设有两片刀翼102。四片刀翼102沿钻头体101的径向方向由内至外依次划分为内锥、鼻部、肩部和保径段。

牙掌106设有两个，两个牙掌106分别位于相邻的两组刀翼102之间，牙掌106上端与钻头体101相联成一体，牙掌106的下端设有轴径，牙轮105通过轴承套设在轴径上，牙轮105设有两个，两个牙轮105分别位于两个牙掌106上。

切削齿，该切削齿包括锥形齿104和金刚石复合片107，四片刀翼102上均固定有锥形齿104和金刚石复合片107；其中，锥形齿104设有多个，多个锥形齿104固定分布在刀翼102的内锥、鼻部和肩部覆盖整个井底。金刚石复合片107设有多个，多个金刚石复合片107固定分布在刀翼102的保径段，保径段的金刚石复合片107用于修整井壁，保证井眼直径符合设计要求。

本申请实施例的锥形齿混合钻头的锥形齿104相对于PDC切削元件具有更强的抗冲击能力，通过锥形齿104分担牙轮105的钻压，可以有效提升混合钻头部分牙轮105的寿命，提升钻头进尺。对于砾石、燧石结核等难钻地层，牙轮105对地层预破碎，可以有效的释放地层应力，提升锥形齿104的寿命，进一步提升混合钻头的寿命，提升钻头进尺。锥形齿104犁削地层产生的岩屑较大，利于在探井钻进过程中观察地层岩性。相对牙轮钻头与PDC钻头，本申请实施例的混合钻头振动较低，对底部钻具组合的保护效果更好。

在一些可选实施例中：参见图1和图2所示，本申请实施例提供了一种锥形齿混合钻头，该锥形齿混合钻头的钻头体101上四片刀翼102的内锥向钻头体101的中心延伸并连成一体。

本实施例的四片刀翼102的内锥向钻头体101的中心延伸并连成一体，位于内锥部位的锥形齿104通过冲压来完成破碎岩石，有效分散内锥部位的受力。随着混合钻头的不断旋转，锥形齿104在冲压地层，使地层应力预先释放，起到防止内锥产生岩芯的作用。

在一些可选实施例中：参见图1和图2所示，本申请实施例提供了一种锥形齿混合钻头，该锥形齿混合钻头的钻头体101上四片刀翼102之间设有排屑槽，在排屑槽内设有喷嘴103，本实施例的喷嘴103设有六个。

喷嘴103用于喷射钻井液，以冷却和润滑钻具，降低钻具温度，减少钻具磨损，提高钻具的使用寿命。同时喷嘴103喷射出的钻井液通过喷嘴103所形成的高速射流能够直接破碎或辅助破碎岩石。

在一些可选实施例中：参见图3至图5所示，本申请实施例提供了一种锥形齿混合钻头，该锥形齿混合钻头的牙轮105的破碎带覆盖刀翼102的鼻部和肩部，牙轮105为镶齿牙轮或钢齿牙轮。覆盖鼻部和肩部位置的牙轮105通过冲压破岩岩石，使地层应力预先释放。提高混合钻头的破岩效率，降低对锥形齿104的破坏，提高混合钻头的机械钻速。锥形齿104在刀翼102的内锥、鼻部和肩部形成切割轮廓包络线，多片刀翼102的切割轮廓包络线相同。

牙轮105上设有牙轮切削齿108，锥形齿104与牙轮切削齿108的破岩深度高差为-3mm～3mm。

具体地，参见图3所示，锥形齿104与牙轮切削齿108的破岩深度高差H为-1mm，即，牙轮切削齿108突出于锥形齿104。

参见图4所示，锥形齿104与牙轮切削齿108的破岩深度高差为0mm，即，牙轮切削齿108与锥形齿104的破岩深度相同。

参见图5所示，锥形齿104与牙轮切削齿108的破岩深度高差H为1mm，即，锥形齿104突出于牙轮切削齿108。

锥形齿104绕钻头体101中心线旋转的轨迹与牙轮切削齿108在井底的破岩环带同轨。

工作原理

本申请实施例提供了一种锥形齿混合钻头，由于本申请的锥形齿混合钻头设置了钻头体101，在钻头体101的端面上固定有多片刀翼102、牙掌106和转动连接在牙掌106上的牙轮105，其中，刀翼102沿钻头体101的径向方向由内至外依次划分为内锥、鼻部、肩部和保径段。切削齿，该切削齿包括锥形齿104和金刚石复合片107，在多片刀翼102上均固定有锥形齿104和金刚石复合片107，其中，锥形齿104分布在刀翼102的内锥、鼻部和肩部，金刚石复合片107分布在刀翼102的保径段。

因此，本申请锥形齿混合钻头的锥形齿104相对于PDC切削元件具有更强的抗冲击能力，通过锥形齿104分担牙轮105的钻压，可以有效提升混合钻头部分牙轮105的寿命，提升钻头进尺。对于砾石、燧石结核等难钻地层，牙轮105对地层预破碎，可以有效的释放地层应力，提升锥形齿104的寿命，进一步提升混合钻头的寿命，提升钻头进尺。锥形齿104犁削地层产生的岩屑较大，利于在探井钻进过程中观察地层岩性。相对牙轮钻头与PDC钻头，本申请的混合钻头振动较低，对底部钻具组合的保护效果更好。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种锥形齿混合钻头，其特征在于，包括：

钻头体(101)，所述钻头体(101)的端面上固定有多片刀翼(102)、牙掌(106)和转动连接在所述牙掌(106)上的牙轮(105)，所述刀翼(102)沿钻头体(101)的径向方向由内至外依次划分为内锥、鼻部、肩部和保径段；

切削齿，所述切削齿包括锥形齿(104)和金刚石复合片(107)，多片所述刀翼(102)上均固定有所述锥形齿(104)和金刚石复合片(107)，所述锥形齿(104)分布在所述刀翼(102)的内锥、鼻部和肩部，所述金刚石复合片(107)分布在所述刀翼(102)的保径段。

2.如权利要求1所述的一种锥形齿混合钻头，其特征在于：

所述钻头体(101)上多片所述刀翼(102)的内锥向所述钻头体(101)的中心延伸并连成一体。

3.如权利要求1所述的一种锥形齿混合钻头，其特征在于：

所述钻头体(101)上多片所述刀翼(102)之间设有排屑槽，所述排屑槽内设有喷嘴(103)。

4.如权利要求1所述的一种锥形齿混合钻头，其特征在于：

所述牙掌(106)位于相邻的两片刀翼(102)之间，所述牙掌(106)上端与钻头体(101)相联成一体，牙掌(106)的下端设有轴径，所述牙轮(105)通过轴承套设在所述轴径上。

5.如权利要求1所述的一种锥形齿混合钻头，其特征在于：

所述牙轮(105)上设有牙轮切削齿(108)，所述锥形齿(104)与所述牙轮切削齿(108)破岩深度高差为-3mm～3mm。

6.如权利要求5所述的一种锥形齿混合钻头，其特征在于：

所述锥形齿(104)绕钻头体(101)中心线旋转的轨迹与牙轮切削齿(108)在井底的破岩环带同轨或不同轨。

7.如权利要求1所述的一种锥形齿混合钻头，其特征在于：

所述刀翼(102)设有四片，四片所述刀翼(102)分成两组，每组设有两片刀翼(102)，所述牙掌(106)均设有两个，两个所述牙掌(106)位于两组所述刀翼(102)之间。

8.如权利要求1所述的一种锥形齿混合钻头，其特征在于：

所述牙轮(105)的破碎带覆盖所述刀翼(102)的鼻部和肩部。

9.如权利要求1所述的一种锥形齿混合钻头，其特征在于：

所述牙轮(105)为镶齿牙轮或钢齿牙轮。

10.如权利要求1所述的一种锥形齿混合钻头，其特征在于：

所述锥形齿(104)在所述刀翼(102)的内锥、鼻部和肩部形成切割轮廓包络线，多片所述刀翼(102)的切割轮廓包络线相同或不同。

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