CN221646856U - 新型复合钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于牙轮钻头技术领域，具体涉及一种新型复合钻头，包括安装在冠体基体上的球形牙轮和PDC刀翼，所述球形牙轮的顶部镶嵌金刚石复合齿，周围镶嵌硬质合金齿，球形牙轮钻头的圆周表面设有流道。牙轮的轴线向外，会腾出更多的活动空间，轴线向外球形轮会增加牙轮的面积，于此同时内部的滑动轴承结构会有空间做的更大，增加了牙轮部分强度，内部的密封稳定性更可靠，使用的时间更长。
Description
技术领域
本实用新型属于钻头技术领域，具体涉及一种新型复合钻头。
背景技术
牙轮钻头和PDC(金刚石钻头)钻头在石油钻采作业中起到非常重要的作用，通过与螺杆钻具或者顶驱驱动的转柱直接相连，螺杆或者顶驱旋转带动钻头旋转，牙轮或者PDC钻头进行岩石切削逐步进尺，经数百米或者数千米钻进至油气层作业完毕，随后进行采油。
针对不同种类岩层，牙轮钻头分为钢齿牙轮和硬质合金镶嵌齿钻头，针对不同硬度的地层又有布齿疏密的区别以及露齿高度的区别，简单讲地层硬度越低，露齿越高，布齿可以相对稀疏；地层硬度越大，相对而言，布齿较密且露齿高度较低。
PDC钻头也根据地层的不同采用的金刚石复合片大小不同以及刀翼数量不同，细微的设计如复合片的偏转角，甚至使用一些异型金刚石齿等。
复合钻头是近些年开始使用的一种钻头，通过将PDC刀翼与牙轮钻头的牙轮牙掌片结合，取二者优点，牙轮钻头能够更耐冲击，通过硬质合金齿冲击破岩，降低PDC部分金刚石复合片承受的冲击作用，而PDC部分的复合片比较耐磨，但相对而言抗冲击性能略差，由牙轮部分进行破岩和吸收冲击后，PDC部分能够进一步通过刮削降低牙轮部分的摩擦作用，二者相辅相成。
通常的复合钻头沿牙轮钻头的掌片，锥形牙轮中轴线向内，在牙轮掌片之间是PDC的刀翼部分，刀翼上通过焊接的方式将金刚石复合片固定。将锥形牙轮的顶部去掉，为了避免其与PDC刀翼的干涉，牙轮属于锥台型。牙轮轴线指向中心，固定牙轮的轴径向内，牙掌位于钻头的外侧。这种复合钻头的缺点是由于牙轮结构和PDC刀翼位置设计不合理，导致牙轮结构非常不稳固，容易断裂，导致整个牙轮寿命降低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种新型复合钻头，以解决现有技术中存在的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种新型复合钻头，包括安装在冠体基体上的球形牙轮和PDC刀翼，所述球形牙轮的顶部镶嵌金刚石复合齿，周围镶嵌硬质合金齿，球形牙轮钻头的圆周表面设有流道。
优选地，所述球形牙轮的顶部设有第一出水孔。
优选地，所述球形牙轮包括牙轮、牙掌、硬质合金喷嘴、防掉卡簧、第一供能圈和第二供能圈；所述牙轮安装在所述牙掌的轴径上，所述轴径的环周设有锁紧钢球，所述牙掌的中间设有牙掌水道，牙掌水道的上端安装所述硬质合金喷嘴并与所述第一出水孔对应，所述第一供能圈和第二供能圈安装在所述牙轮和牙掌之间，所述防掉卡簧安装在所述轴径的根部将牙轮限制在牙掌上。
优选地，在PDC刀翼与球形牙轮之间设有第二出水孔。
优选地，所述PDC刀翼的中间设有第三出水孔。
本实用新型的有益效果是：本实用新型采用球形牙轮，且球形牙轮的轴线方向向外，倾角较小，因此顶部一个区域在切削时会始终与井底及井壁接触，不同于锥形牙轮轴线向内的情况一直处于滚动，锥形牙轮且轴线向内，圆周上的齿处于交替破岩的状态。牙轮的轴线向外，会腾出更多的活动空间，轴线向外球形轮会增加牙轮的面积，于此同时内部的滑动轴承结构会有空间做的更大，增加了牙轮部分强度，内部的密封稳定性更可靠，使用的时间更长。
附图说明
图1为本实用新型的主视图；
图2为本实用新型中球形牙轮的主视图；
图3为本实用新型中球形牙轮的剖视图；
图4为本实用新型中的俯视图；
图5为本实用新型的立体图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。
如图1所示，一种新型复合钻头，包括安装在冠体基体1上的球形牙轮2和PDC刀翼3，冠体基体的下部带有连接接头16，连接接头上带有连接螺纹17，通过连接螺纹能够将钻头安装在设备上。如图2所示，所述球形牙轮的顶部镶嵌金刚石复合齿4，周围镶嵌硬质合金齿5，球形牙轮钻头的圆周表面设有流道6。本发明采用球形牙轮，且球形牙轮的轴线方向向外，倾角较小，因此顶部一个区域在切削时会始终与井底及井壁接触，不同于锥形牙轮轴线向内的情况一直处于滚动，锥形牙轮且轴线向内，圆周上的齿处于交替破岩的状态。
如图2所示，球形牙轮，轴线向外，顶部区域会一直接触井底，外圆周上的齿处于交替破岩，但球顶部分处于长时间连续接触井底的情况，因此顶部区域的齿除了贯入和冲击破岩，由于一直接触井底，受到的磨损会高于普通的牙轮钻头，当然设计成复合钻头后PDC部分会承担一部分这种摩擦，但顶部部分全部采用金刚石复合齿会更有保障。
牙轮的轴线向外，会腾出更多的活动空间，轴线向外球形轮会增加牙轮的面积，于此同时内部的滑动轴承结构会有空间做的更大，增加了牙轮部分强度，内部的密封稳定性更可靠，使用的时间更长。
如图3所示，所述球形牙轮包括牙轮8、牙掌9、硬质合金喷嘴10、防掉卡簧11、第一供能圈12和第二供能圈13；所述牙轮安装在所述牙掌的轴径18上，所述轴径的环周设有锁紧钢球19，所述牙掌的中间设有牙掌水道20，牙掌水道的上端安装所述硬质合金喷嘴并与所述第一出水孔对应，所述第一供能圈和第二供能圈安装在所述牙轮和牙掌之间，所述防掉卡簧安装在所述轴径的根部将牙轮限制在牙掌上。牙轮部分最关键的是滑动轴承结构的强度和密封系统，如果轴承的强度不足，出现的摆动大也会影响密封系统的稳定性，导致密封系统失效。
牙轮轴线设计成向外，球形牙轮能够增加轴径的直径，轴径的长度能增加，轴径粗且长，同样可以采用普通牙轮由于空间限制无法使用的防掉卡簧。牙轮部分在钻井过程中最忌密封失效掉轮，如果出现此问题，需要提井，将掉落的牙轮打捞出才能继续钻进，否则会填井侧钻，带来诸多损失。
球形牙轮和牙掌组合见下图，由于球顶长时间接触井底，与锥形牙轮不同，顶部能设计第一水孔7，通过内部流道与进水孔相贯通，由于中间是通透设计，故在水嘴位置有一个密封圈作第二道密封。
轴径更粗，滑动轴承的强度大，增加了密封稳定性，球形的面积大，破岩的效率高，顶部齿靠单独的水嘴冷却，同时，PDC的切削作用会降低顶齿的负担。
防掉卡簧在正常使用时无作用，但如果密封失效，由于安装在轴径和牙轮的两个半槽之间，起到防掉作用，即使密封失效，也不会出现掉轮。
PDC部分的冠体加接头以及两片牙轮掌片，通过机械连接或者焊接等方式组合而成。
如图5所示，在PDC刀翼与球形牙轮之间设有第二出水孔14。所述PDC刀翼的中间设有第三出水孔15。以上图中标注的位置为整体水孔布局，轮顶有一个贯通的水孔，在轮顶部与井底持续作用时提供有效的冷却和返屑，冠体上的水孔一方面清理PDC部分，第二出水孔清理牙轮的外轮廓和临近PDC刀翼的切削面，第三出水孔清理第二刀翼切削面。第二出水孔和第三出水孔是对称设计的，在另一牙轮附近也有分布。
钻头的芯部牙轮部分参与破岩的面积较小，主要有PDC刀翼的芯部复合片完成，但由于芯部的线速度较小，因此对于金刚石复合片削负担较小，球形轮本体的流道在工作旋转时，会带动水流去冷却PDC的中心部分。
同样一些微小的设计变动也能够进一步适应不同地层的需要，如PDC刀翼的偏转角度，复合片的上扬或者向下倾的角度等，又或者增加辅助的异型复合片等等。牙轮部分也可以根据需要进行外轮廓等设计，比如球形拔长或者外轮廓整体的缩放等等。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (1)
1.一种新型复合钻头，其特征在于：包括安装在冠体基体上的球形牙轮和PDC刀翼，所述球形牙轮的顶部镶嵌金刚石复合齿，周围镶嵌硬质合金齿，球形牙轮的圆周表面设有流道；所述球形牙轮的顶部设有第一出水孔；所述球形牙轮包括牙轮、牙掌、硬质合金喷嘴、防掉卡簧、第一供能圈和第二供能圈；所述牙轮安装在所述牙掌的轴径上，所述轴径的环周设有锁紧钢球，所述牙掌的中间设有牙掌水道，牙掌水道的上端安装所述硬质合金喷嘴并与所述第一出水孔对应，所述第一供能圈和第二供能圈安装在所述牙轮和牙掌之间，所述防掉卡簧安装在所述轴径的根部将牙轮限制在牙掌上；在PDC刀翼与球形牙轮之间设有第二出水孔；所述PDC刀翼的中间设有第三出水孔。
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