CN209212160U - 新型复锥pdc牙轮复合钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型复锥PDC牙轮复合钻头，其包括钻头体以及周向均匀间隔设置在所述钻头体上的巴掌和PDC刀翼，所述巴掌沿钻头轴向突出的自由端轴承密封连接有牙轮，所述PDC刀翼的冠部设有PDC切削齿；其中，所述巴掌沿钻头轴向突出延伸的长度大于PDC刀翼沿钻头轴向突出延伸的长度，且牙轮沿钻头径向突出的工作面直径小于PDC切削齿沿钻头径向突出的工作面直径，因此，所述新型复锥PDC牙轮复合钻头的扭矩处于牙轮钻头和PDC钻头之间，且其与常规的PDC钻头相比较，更加有利于稳定钻进，适用于定向井在稳斜和造斜时使用，特别是在软硬交替的夹层、砾石类夹层地层中，其具有较好的地层适应性和钻进可控性。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油钻井技术领域，具体涉及一种新型复锥PDC牙轮复合钻头。
背景技术
随着油气开采的深入，使得剩余油的油藏环境更加复杂，原先的均质类地层日渐减少，软硬夹层、砾石类夹层等非均质地层日渐增多，而在钻井过程中，降低钻头单位进尺成本的最主要影响因素就是钻头机械钻速以及钻头的使用寿命。
目前现场使用范围广泛的PDC钻头以及牙轮钻头普遍不能满足以上非均质地层的钻进，并且压持效应、泥包现象、牙轮钻头容易失效、PDC钻头的切削齿容易发生脆性断裂以及扭矩大等现象制约着常规钻头在非均质地层的应用，因此，亟需研发一种能够适用于非均质地层并且寿命长机械钻速高的新型钻头来适应现场施工的要求。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种新型复锥PDC牙轮复合钻头，解决现有PDC钻头以及牙轮钻头不能满足以上非均质地层钻进的技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种新型复锥PDC牙轮复合钻头，其包括钻头体以及周向均匀间隔设置在所述钻头体上的巴掌和PDC刀翼，所述巴掌沿钻头轴向突出的自由端轴承密封连接有牙轮，所述PDC刀翼的冠部设有PDC切削齿；其中，所述巴掌沿钻头轴向突出延伸的长度大于PDC刀翼沿钻头轴向突出延伸的长度，即所述牙轮沿钻头轴向突出的切削平面突出于所述PDC切削齿沿钻头轴向突出的切削平面，且牙轮沿钻头径向突出的工作面直径小于PDC切削齿沿钻头径向突出的工作面直径。
优选的，所述PDC刀翼表面包镶有金刚石微粉。
优选的，所述PDC刀翼的保径体的环侧工作面上镶有均匀分布有金刚石加强齿，所述金刚石加强齿突出于环侧工作面的高度为1.5-3毫米。
优选的，所述金刚石加强齿高低错落分布在所述保径体的环侧工作面上。
优选的，所述牙轮包含有多级沿自由端方向直径逐渐缩小的外锥面，每一级外锥面上均匀分布有合金齿，且随外锥面直径的缩小，所述合金齿的直径依次减小。
优选的，所述牙轮上端设有牙轮安装部，所述牙轮安装部通过密封轴承安装在牙轮连接部自由端上凹陷设置的轴承安装槽中。
优选的，所述巴掌内中空设置有储油腔，所述储油腔通过油路与牙轮连接部的轴承安装槽连通设置。
优选的，所述PDC刀翼径向向内延伸并于钻头体的圆心处交融，所述交融中心设有中心水眼。
优选的，每一个PDC刀翼的根部分别设有圆周水眼，所述圆周水眼以中心水眼为圆心周向分布在同一直径圆环上。
本实用新型所述新型复锥PDC牙轮复合钻头，其通过两套切削结构组合优化形成了两级切削模式，两级切削后的阶梯状井眼为同轴阶梯圆柱形，且所述PDC切削齿在钻头工作时能够在第二工作面产生一个横向的抵消力，减少钻头的横向振动，并减少打滑，可以有效提高机械钻速和钻头的使用寿命，且本实用新型所述新型复锥PDC牙轮复合钻头的扭矩处于牙轮钻头和PDC钻头之间，且其与常规的PDC钻头相比较，更加有利于稳定钻进，适用于定向井在稳斜和造斜时使用，特别是在软硬交替的夹层、砾石类夹层地层中，其具有较好的地层适应性和钻进可控性。
附图说明
图1是本实用新型所述新型复锥PDC牙轮复合钻头的主示意图；
图2是本实用新型所述新型复锥PDC牙轮复合钻头的仰视图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型的实施例提供一种新型复锥PDC牙轮4复合钻头，其包括钻头体1以及周向均匀间隔设置在所述钻头体1上的牙轮4巴掌2和PDC 刀翼3，所述牙轮4巴掌2沿钻头轴向突出的自由端轴承密封连接有牙轮4，所述PDC刀翼3的冠部设有PDC切削齿5；其中，所述牙轮4巴掌2沿钻头轴向突出延伸的长度大于PDC刀翼3沿钻头轴向突出延伸的长度，即所述牙轮4沿钻头轴向突出的切削平面突出于所述PDC切削齿5沿钻头轴向突出的切削平面，且牙轮4沿钻头径向突出的工作面直径小于PDC切削齿5 沿钻头径向突出的工作面直径。
通过两套切削结构组合优化形成了两级切削模式，两级切削后的阶梯状井眼为同轴阶梯圆柱形，且所述PDC切削齿5在钻头工作时能够在第二工作面产生一个横向的抵消力，减少钻头的横向振动，并减少打滑，可以有效提高机械钻速和钻头的使用寿命，且本实用新型所述新型复锥PDC牙轮4复合钻头的扭矩处于牙轮4钻头和PDC钻头之间，且其与常规的PDC 钻头相比较，更加有利于稳定钻进，适用于定向井在稳斜和造斜时使用，特别是在软硬交替的夹层、砾石类夹层地层中，其具有较好的地层适应性和钻进可控性。
实施例1：
为了解决现有PDC钻头以及牙轮4钻头不能满足以上非均质地层钻进的技术问题。本实用新型的实施例1提供一种新型复锥PDC牙轮4复合钻头，如图1和图2所示，其包括钻头体1、牙轮4巴掌2、PDC刀翼3以及牙轮4和PDC切削齿5。
如图1和图2所示，所述牙轮4巴掌2和PDC刀翼3周向均匀间隔设置在所述钻头体1上，所述牙轮4巴掌2沿钻头轴向突出的自由端轴承密封连接有牙轮4，具体的，所述牙轮4连接部自由端上凹陷设有轴承安装槽，所述牙轮4上端设有牙轮4安装部，所述牙轮4安装部通过密封轴承安装在所述轴承安装槽中，从而能够在牙轮4巴掌2自由转动。
同时，所述牙轮4巴掌2内中空设置有储油腔，所述储油腔通过油路与牙轮4连接部的轴承安装槽连通设置。在工作过程中，钻头的振动会导致轴承内部的抽吸作用和液体排放，同时，泥浆压力压缩油囊，使油囊内的润滑油通过油路进入轴承内润滑轴承。
如图1和图2所示，所述牙轮4包含有多级沿自由端方向直径逐渐缩小的外锥面，每一级外锥面上均匀分布有合金齿41，且随外锥面直径的缩小，所述合金齿41的直径依次减小。为了提高合金齿41的工作性能，优选用蜂窝状结构聚晶金刚石，其耐磨性与聚晶金刚石复合片相当，韧性、抗冲击性能明显增强。
所述PDC刀翼3的冠部设有PDC切削齿5，所述PDC切削齿5不仅具有金刚石的硬度和耐磨性，而且具有硬质合金材料的抗冲击性能和良好的自锐性，由于聚晶金刚石的耐磨性远远大于硬质合金材料，在钻进中使得硬质合金的磨损量大于聚晶金刚石，使工作层始终保持一定的出露量，因此 PDC切削齿5具有良好的锋利程度。
为避免PDC刀翼3与钻孔之间发生摩擦而造成磨损的问题，所述PDC 刀翼3表面包镶有金刚石微粉，进一步的，如图1所示，所述PDC刀翼3 的保径体31的环侧工作面上镶有均匀分布有金刚石加强齿32，通过在其表面设置金刚石加强齿32，进一步保证保径体31不会磨损，所述金刚石加强齿32突出于环侧工作面的高度为1.5-3毫米，且优选的，所述金刚石加强齿32高低错落分布在所述保径体31的环侧工作面上，因此，当突出较高的金刚石加强齿32被磨损后，突出较低的金刚石加强齿32还可以对保径体31进行二次磨损保护。
如图2所示，所述PDC刀翼3径向向内延伸并于钻头体1的圆心处交融，所述交融中心设有中心水眼6，同时，每一个PDC刀翼3的根部分别设有圆周水眼7，所述圆周水眼7以中心水眼6为圆心周向分布在同一直径圆环上，所述圆周水眼7能够对牙轮4牙齿和PDC切削齿5进行强制冷却和清洗，使其保持较高的机械钻速，所述中心水眼6能够喷射出高压射流流体通挤入岩石微裂缝，形成“水楔”，使微裂缝扩大，从而使岩石强度大大降低，达到破碎岩石的目的。
如图2所示，所述牙轮4巴掌2沿钻头轴向突出延伸的长度大于PDC 刀翼3沿钻头轴向突出延伸的长度，即所述牙轮4沿钻头轴向突出的切削平面突出于所述PDC切削齿5沿钻头轴向突出的切削平面，同时，牙轮4 沿钻头径向突出的工作面直径小于PDC切削齿5沿钻头径向突出的工作面直径。
在实际的钻进中，牙轮4首先冲击破碎井底岩层，此为一级切削，之后PDC切削齿5剪切破碎井壁岩石，这是二次切削。工作时牙轮4会破碎井眼中心区域，配合以中心水眼6的水力射流冲击，使得先行破碎出一个小直径井眼，并且牙轮4的切削齿会同时冲击小直径井眼的井壁，使得小直径井眼的井壁岩石产生裂纹，岩石强度大幅度降低，从而使得第二级切削结构的PDC切削齿5更容易切削地层，当PDC切削齿5以剪切方式破碎岩石之后(此时的岩石由于提前被牙轮4冲击过，会产生裂纹，故而产生的岩屑比只有PDC切削齿5滑动剪切产生的岩屑大)，圆周水眼7喷射出的钻井液可以将其带离第二切削面，防止压持效应和泥包现象的产生。
两级切削后的阶梯状井眼为同轴阶梯圆柱形，使得钻井液会产生一个等效的导向角，根据流体力学原理，可有效减小局部水头损失。阶梯连接处的圆角可以减少井内钻井液流通过程中的水力损耗，间接降低了地面动力设备的消耗费用，并且利于清洗井底岩屑，进而提高钻进效率。同时，所述PDC切削齿5在钻头工作时能够在第二工作面产生一个横向的抵消力，减少钻头的横向振动，并减少打滑。
通过两套切削结构组合优化形成了两级切削模式，可以有效提高机械钻速和钻头的使用寿命，且本实用新型所述新型复锥PDC牙轮4复合钻头的扭矩处于牙轮4钻头和PDC钻头之间，且其与常规的PDC钻头相比较，更加有利于稳定钻进，适用于定向井在稳斜和造斜时使用，特别是在软硬交替的夹层、砾石类夹层地层中，其具有较好的地层适应性和钻进可控性。
以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种新型复锥PDC牙轮复合钻头，其特征在于，包括钻头体以及周向均匀间隔设置在所述钻头体上的巴掌和PDC刀翼，所述巴掌沿钻头轴向突出的自由端轴承密封连接有牙轮，所述PDC刀翼的冠部设有PDC切削齿；其中，所述巴掌沿钻头轴向突出延伸的长度大于PDC刀翼沿钻头轴向突出延伸的长度，即所述牙轮沿钻头轴向突出的切削平面突出于所述PDC切削齿沿钻头轴向突出的切削平面，且牙轮沿钻头径向突出的工作面直径小于PDC切削齿沿钻头径向突出的工作面直径。
2.根据权利要求1所述新型复锥PDC牙轮复合钻头，其特征在于，所述PDC刀翼表面包镶有金刚石微粉。
3.根据权利要求1所述新型复锥PDC牙轮复合钻头，其特征在于，所述PDC刀翼的保径体的环侧工作面上镶有均匀分布有金刚石加强齿，所述金刚石加强齿突出于环侧工作面的高度为1.5-3毫米。
4.根据权利要求3所述新型复锥PDC牙轮复合钻头，其特征在于，所述金刚石加强齿高低错落分布在所述保径体的环侧工作面上。
5.根据权利要求1所述新型复锥PDC牙轮复合钻头，其特征在于，所述牙轮包含有多级沿自由端方向直径逐渐缩小的外锥面，每一级外锥面上均匀分布有合金齿，且随外锥面直径的缩小，所述合金齿的直径依次减小。
6.根据权利要求1所述新型复锥PDC牙轮复合钻头，其特征在于，所述牙轮上端设有牙轮安装部，所述牙轮安装部通过密封轴承安装在牙轮连接部自由端上凹陷设置的轴承安装槽中。
7.根据权利要求6所述新型复锥PDC牙轮复合钻头，其特征在于，所述巴掌内中空设置有储油腔，所述储油腔通过油路与牙轮连接部的轴承安装槽连通设置。
8.根据权利要求1所述新型复锥PDC牙轮复合钻头，其特征在于，所述PDC刀翼径向向内延伸并于钻头体的圆心处交融，所述交融中心设有中心水眼。
9.根据权利要求8所述新型复锥PDC牙轮复合钻头，其特征在于，每一个PDC刀翼的根部分别设有圆周水眼，所述圆周水眼以中心水眼为圆心周向分布在同一直径圆环上。
Priority Applications (1)
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| CN201822038546.2U CN209212160U (zh) | 2018-12-04 | 2018-12-04 | 新型复锥pdc牙轮复合钻头 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN109339709A (zh) * | 2018-12-04 | 2019-02-15 | 长江大学 | 新型复锥pdc牙轮复合钻头 |
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2018
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