CN213980648U - 一种锥形齿前置的混合钻头 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种锥形齿前置的混合钻头，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。在刀翼上布设有前齿排和后齿排，前齿排包括间隔排列的锥形齿，后齿排为间隔排列的金刚石复合片。本申请的混合钻头通过在刀翼上布置有锥形齿的前齿排，将布设有锥形齿的前齿排设置在布设金刚石复合片的后齿排的前侧。通过在金刚石复合片的前方布置锥形齿，限制了金刚石复合片吃入地层的深度，降低了金刚石复合片的受力，增强了金刚石复合片抗冲击能力，提高了混合钻头的整体抗冲击能力，提高混合钻头的使用寿命。

Description

一种锥形齿前置的混合钻头

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前置的混合钻头。

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。

镶齿牙轮PDC混合钻头在含砾石地层、燧石结核地层钻进时，由于砾石或燧石结核地层硬度的不均匀性，牙轮对地层预破碎时，经常会将单独的砾石或燧石结核挤压到牙轮与刀翼之间，常规的镶齿牙轮PDC混合钻头由于PDC复合片前置，导致PDC复合片易被这些被挤压到环空的砾石或燧石结核冲击崩齿，造成钻头失效。

同时，在有些夹层地层，由于空间限制，内锥部分的PDC复合片很难被牙轮切削环带覆盖，导致其在钻进过程中，内锥的PDC复合片易崩齿进而导致常规镶齿牙轮PDC混合钻头出现出芯失效。

发明内容

本申请实施例提供一种锥形齿前置的混合钻头，以解决相关技术中常规的镶齿牙轮PDC混合钻头由于PDC复合片前置，导致PDC复合片易被这些被挤压到环空的砾石或燧石结核冲击崩齿，造成钻头失效的问题。

本申请实施例提供了一种锥形齿前置的混合钻头，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；

所述刀翼上布设有前齿排和后齿排，所述前齿排包括间隔排列的锥形齿，所述后齿排为间隔排列的金刚石复合片。

在一些实施例中：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；

所述刀翼的前齿排在内锥、鼻部和肩部均布设所述锥形齿，所述前齿排在保径段布设所述金刚石复合片。

在一些实施例中：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；

所述前齿排还包括金刚石复合片，所述刀翼的前齿排在内锥布设所述锥形齿，所述刀翼的前齿排在鼻部、肩部和保径段布设所述金刚石复合片。

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：所述前齿排的锥形齿与所述后齿排的金刚石复合片破岩深度高差为-2mm～2mm。

在一些实施例中：所述前齿排的锥形齿绕钻头体中心线旋转的轨迹与后齿排的金刚石复合片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：所述刀翼设有三片，所述牙掌均设有三个，三个所述牙掌分别位于三片所述刀翼之间。

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前置的混合钻头，由于本申请的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。在刀翼上布设有前齿排和后齿排，前齿排包括间隔排列的锥形齿，后齿排为间隔排列的金刚石复合片。

因此，本申请的混合钻头通过在刀翼上布置有锥形齿的前齿排，将布设有锥形齿的前齿排设置在布设金刚石复合片的后齿排的前侧。通过在金刚石复合片的前方布置锥形齿，限制了金刚石复合片吃入地层的深度，降低了金刚石复合片的受力，增强了金刚石复合片抗冲击能力，提高了混合钻头的整体抗冲击能力。

此外，通过在金刚石复合片的前方布置锥形齿，帮助位于刀翼后齿排的金刚石复合片抵挡住地层中的砾石或燧石结核的冲击，提高了金刚石复合片的抗冲击能力，提高混合钻头的使用寿命。

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为本申请实施例的混合转头倒立的结构立体图；

图2为本申请实施例的混合转头倒立的结构俯视图；

图3为本申请另一实施例的混合转头倒立的结构立体图；

图4为本申请另一实施例的混合转头倒立的结构俯视图。

附图标记：

101、钻头体；102、刀翼；103、喷嘴；104、金刚石复合片；105、牙轮；106、牙掌；107、锥形齿；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前置的混合钻头，其能解决相关技术中常规的镶齿牙轮PDC混合钻头由于PDC复合片前置，导致PDC复合片易被这些被挤压到环空的砾石或燧石结核冲击崩齿，造成钻头失效的问题。

参见图1至图4所示，本申请实施例提供了一种锥形齿前置的混合钻头，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和转动连接在所述牙掌106上的牙轮105，牙轮105为镶齿牙轮或钢齿牙轮，牙轮105上设有多排牙轮切削齿108。

沿钻头体101的转动方向，在刀翼102上布设有前齿排和后齿排，该前齿排先于后齿排刮削和破碎岩层。其中，前齿排包括间隔排列的锥形齿107，后齿排为间隔排列的金刚石复合片104。

本申请实施例的混合钻头通过在刀翼102上布置有锥形齿107的前齿排，将布设有锥形齿107的前齿排设置在布设金刚石复合片104的后齿排的前侧。通过在金刚石复合片104的前方布置锥形齿107，限制了金刚石复合片104吃入地层的深度，降低了金刚石复合片104的受力，增强了金刚石复合片104抗冲击能力，提高了混合钻头的整体抗冲击能力。

此外，通过在金刚石复合片104的前方布置锥形齿107，锥形齿107帮助位于刀翼后齿排的金刚石复合片104抵挡住地层中的砾石或燧石结核的冲击，提高了金刚石复合片104的抗冲击能力，预防金刚石复合片104出现崩齿失效，提高混合钻头的使用寿命。

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前置的混合钻头，该混合钻头的刀翼102设有四片，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。

刀翼102的前齿排在内锥、鼻部和肩部均布设锥形齿107，刀翼102的前齿排在保径段布设金刚石复合片。刀翼102的前齿排在内锥、鼻部和肩部均布设锥形齿107，该锥形齿107覆盖后排齿的金刚石复合片104的破岩轨迹，限制了金刚石复合片104吃入地层的深度，降低了金刚石复合片104的受力，增强了金刚石复合片104抗冲击能力，提高了混合钻头的整体抗冲击能力。

在一些可选实施例中：参见图3和图4所示，本申请实施例提供了一种锥形齿前置的混合钻头，该混合钻头的刀翼102设有三片，三片刀翼102在钻头体101的端面上呈放射状均布排列。三片刀翼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设有三个，三个牙掌106分别位于相邻的两片刀翼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设有三个，三个牙轮105分别位于三个牙掌106上。

前齿排还包括金刚石复合片104，刀翼102的前齿排在内锥布设锥形齿107，刀翼102的前齿排在鼻部、肩部和保径段布设金刚石复合片104。由于牙轮105的破碎带覆盖刀翼102的鼻部和肩部，牙轮105能够为鼻部和肩部的金刚石复合片104进行预破碎。因此，本实施例在不被牙轮105的破碎带覆盖的内锥布设锥形齿107，该锥形齿107能够保护后齿排位于内锥部位的金刚石复合片104。

在一些可选实施例中：参见图1至图4所示，本申请实施例提供了一种锥形齿前置的混合钻头，该混合钻头的钻头体101上多片刀翼102的内锥向钻头体101的中心延伸并连成一体。

本实施例的多片刀翼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107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107不断冲压地层，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2和图4所示，本申请实施例提供了一种锥形齿前置的混合钻头，该混合钻头的钻头体101上多片刀翼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1和图3所示，本申请实施例提供了一种锥形齿前置的混合钻头，该混合钻头的前齿排的锥形齿107与后齿排的金刚石复合片104破岩深度高差为-1mm，即后齿排的金刚石复合片104突出于前齿排的锥形齿107。

或，该混合钻头的前齿排的锥形齿107与后齿排的金刚石复合片104破岩深度高差为1mm，即前齿排的锥形齿107突出于后齿排的金刚石复合片104。

或，该混合钻头的前齿排的锥形齿107与后齿排的金刚石复合片104破岩深度高差为0mm，即前齿排的锥形齿107与后齿排的金刚石复合片104的破岩深度相同。

前齿排的锥形齿107绕钻头体101中心线旋转的轨迹与后齿排的金刚石复合片104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前置的混合钻头，由于本申请的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。在刀翼102上布设有前齿排和后齿排，前齿排包括间隔排列的锥形齿107，后齿排为间隔排列的金刚石复合片104。

因此，本申请的混合钻头通过在刀翼102上布置有锥形齿107的前齿排，将布设有锥形齿107的前齿排设置在布设金刚石复合片104的后齿排的前侧。通过在金刚石复合片104的前方布置锥形齿107，限制了金刚石复合片104吃入地层的深度，降低了金刚石复合片104的受力，增强了金刚石复合片104抗冲击能力，提高了混合钻头的整体抗冲击能力。

此外，通过在金刚石复合片104的前方布置锥形齿107，帮助位于刀翼后齿排的金刚石复合片104抵挡住地层中的砾石或燧石结核的冲击，提高了金刚石复合片104的抗冲击能力，提高混合钻头的使用寿命。

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)

1.一种锥形齿前置的混合钻头，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)上布设有前齿排和后齿排，所述前齿排包括间隔排列的锥形齿(107)，所述后齿排为间隔排列的金刚石复合片(104)。

2.如权利要求1所述的一种锥形齿前置的混合钻头，其特征在于：

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；

所述刀翼(102)的前齿排在内锥、鼻部和肩部均布设所述锥形齿(107)，所述前齿排在保径段布设所述金刚石复合片(104)。

3.如权利要求1所述的一种锥形齿前置的混合钻头，其特征在于：

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；

所述前齿排还包括金刚石复合片(104)，所述刀翼(102)的前齿排在内锥布设所述锥形齿(107)，所述刀翼(102)的前齿排在鼻部、肩部和保径段布设所述金刚石复合片(104)。

4.如权利要求2或3所述的一种锥形齿前置的混合钻头，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。

5.如权利要求1所述的一种锥形齿前置的混合钻头，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)。

6.如权利要求1所述的一种锥形齿前置的混合钻头，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。

7.如权利要求1所述的一种锥形齿前置的混合钻头，其特征在于：

所述前齿排的锥形齿(107)与所述后齿排的金刚石复合片(104)破岩深度高差为-2mm～2mm。

8.如权利要求1所述的一种锥形齿前置的混合钻头，其特征在于：

所述前齿排的锥形齿(107)绕钻头体(101)中心线旋转的轨迹与后齿排的金刚石复合片(104)在井底的破岩环带同轨或不同轨。

9.如权利要求1所述的一种锥形齿前置的混合钻头，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。

10.如权利要求1所述的一种锥形齿前置的混合钻头，其特征在于：

所述刀翼(102)设有三片，所述牙掌(106)均设有三个，三个所述牙掌(106)分别位于三片所述刀翼(102)之间。

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