專利名稱：一種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于石油天然氣、礦山工程、建筑基礎(chǔ)工程施工、地質(zhì)、水文等鉆探設(shè)備用破巖工具領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鉆頭是鉆井工程中用以破碎巖石、形成井筒的破巖工具。三牙輪鉆頭和沖旋鉆頭(也稱旋沖鉆頭或釬頭)是常用的破巖工具。三牙輪鉆頭主要以壓碎(牙齒壓入巖石造成巖石破碎)的形式破巖，適用的地層范圍較寬，但能量利用率不高，破巖效率相對(duì)較低。特別是在深部地層鉆進(jìn)時(shí)，在高密度鉆井液作用條件下井底的巖屑?jí)撼中?yīng)十分明顯，牙齒難以壓入地層并形成有效的破碎，鉆頭 機(jī)械鉆速受到很大限制。軸承壽命低是制約三牙輪鉆頭使用壽命的主要因素之一。三牙輪鉆頭需要大鉆壓才能保證較高的破巖效率，所以軸承的載荷幅值高，同時(shí)牙輪上牙齒交替破碎巖石的工作原理必然導(dǎo)致鉆頭的軸向或縱向振動(dòng)，以及較大幅度的軸承載荷波動(dòng)。加之牙輪鉆頭軸承在井下的工作環(huán)境惡劣，軸承密封的壽命難以保障，因此三牙輪鉆頭的軸承壽命相對(duì)較短。沖旋鉆頭是沖旋鉆井中配合潛孔沖擊器(即潛孔錘)使用的固定齒破巖工具。沖旋鉆頭上沒有可運(yùn)動(dòng)部件，鉆頭體上固結(jié)了一定數(shù)量的能夠覆蓋井底待破碎區(qū)域的切削齒。切削齒主要為與牙輪鉆頭牙齒形狀相似的硬質(zhì)合金或金剛石復(fù)合牙齒。沖旋鉆頭的破巖機(jī)理與牙輪鉆頭的壓碎機(jī)理有顯著的區(qū)別。沖旋鉆頭依靠其牙齒的瞬間沖擊力實(shí)現(xiàn)對(duì)井底巖石的破碎。沖旋鉆頭的上端連接著潛孔沖擊器，潛孔沖擊器在工作時(shí)，其沖錘在循環(huán)流體(鉆井液或氣體循環(huán)介質(zhì))的作用下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，反復(fù)撞擊鉆頭或釬頭，從而為與井底巖石相接觸的鉆頭牙齒提供了脈動(dòng)沖擊載荷，巖石在牙齒的瞬間沖擊力作用下發(fā)生破碎。由于鉆頭的沖擊載荷依賴于潛孔沖擊器，所以，沖旋鉆頭工作過程中不需要施加很大的鉆壓(這一特點(diǎn)與牙輪鉆頭有著顯著區(qū)別，牙輪鉆頭必須在大鉆壓下才能獲得較高的破巖效率)，只需用很小的鉆壓將鉆頭壓在井底即可。通常情況下，沖旋鉆頭在脆性地層特別是較硬的脆性地層鉆進(jìn)時(shí)能取得較高的破巖效率。此外，在地層傾角較大的易斜地層，采用沖旋鉆頭鉆進(jìn)有利于減小井斜趨勢(shì)。但由于沖旋鉆頭為固定齒鉆頭，當(dāng)有少量切削齒損壞失效時(shí)，其負(fù)責(zé)破碎的井底區(qū)域?qū)o法破碎，這將影響整個(gè)鉆頭的破巖效率和鉆進(jìn)能力，少量切削齒的失效會(huì)很快引起鉆頭體的損害，進(jìn)而影響鉆頭的使用壽命。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭，在牙輪切削結(jié)構(gòu)鉆頭上增加沖擊切削結(jié)構(gòu)，復(fù)合式鉆頭在沖擊和壓碎的聯(lián)合作用下能提高破巖效率，增加鉆頭使用壽命，特別是在強(qiáng)度較高、研磨性較強(qiáng)的難鉆地層中具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。本實(shí)用新型目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)[0007]—種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭(簡(jiǎn)稱復(fù)合鉆頭)，包括鉆頭體和設(shè)置在鉆頭體上的牙輪切削結(jié)構(gòu)，所述鉆頭體上還設(shè)置有沖擊切削結(jié)構(gòu)，沖擊切削結(jié)構(gòu)包括傳遞沖擊力的傳力機(jī)構(gòu)以及沖擊切削齒，沖擊切削齒固結(jié)在傳力機(jī)構(gòu)末端的沖頭上，所述沖頭能在沖擊力傳遞方向上相對(duì)于鉆頭體做滑動(dòng)或滑動(dòng)沖擊。具體地，牙輪-沖擊復(fù)合式鉆頭包括鉆頭體、牙輪切削結(jié)構(gòu)、沖擊切削結(jié)構(gòu)和水力結(jié)構(gòu)，也可以包括產(chǎn)生沖擊力的沖擊機(jī)構(gòu)，沖擊切削結(jié)構(gòu)包括傳遞沖擊力的傳力機(jī)構(gòu)以及沖擊切削齒，傳力機(jī)構(gòu)包括依次連接的砧體、傳力桿和沖頭，砧體與鉆頭體之間形成相對(duì)滑動(dòng)，傳力桿與鉆頭體之間形成相對(duì)滑動(dòng)，或通過擺動(dòng)滑塊形成既允許相對(duì)滑動(dòng)，又允許相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，沖頭連接在傳力桿的末端，沖擊切削齒固結(jié)在沖頭上，沖頭能在沖擊力傳遞方向上相對(duì)于鉆頭體做滑動(dòng)或滑動(dòng)沖擊。所述鉆頭體既是用以附著、支承或容納鉆頭牙輪切削結(jié)構(gòu)、沖擊切削結(jié)構(gòu)以及沖擊機(jī)構(gòu)的基體，也是安裝噴嘴、形成鉆頭流道的基體。鉆頭體的上端(也即循環(huán)流體入口端，簡(jiǎn)稱入口端)設(shè)置有用以連接鉆柱的螺紋。鉆頭體的上部為 管狀結(jié)構(gòu)，其管壁既具有傳遞鉆壓的功能，也起到將管內(nèi)、管外空間相隔絕的作用，其內(nèi)孔空間用于設(shè)置傳力機(jī)構(gòu)中的砧體等元件，沖擊機(jī)構(gòu)也可設(shè)于其中。鉆頭體的下部主要為牙輪切削結(jié)構(gòu)的基體，其上開設(shè)了用以容納傳力桿的孔或槽，也開設(shè)了循環(huán)流體噴射孔。除了沖頭、沖擊切削齒以及傳力桿的露出部位以外，沖擊切削結(jié)構(gòu)的其它部分均位于鉆頭體的內(nèi)部空間，并按照砧體一傳力桿一沖頭的順序自上而下安裝。當(dāng)復(fù)合鉆頭包含沖擊機(jī)構(gòu)時(shí)，自上而下的安裝順序?yàn)闆_擊機(jī)構(gòu)一站體一傳力桿一沖頭，沖擊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的沖擊力作用在砧體上，再由砧體傳向傳力桿、沖頭。砧體的上端面為承受沖擊載荷的工作面，下端與傳力桿相連接，可為滑動(dòng)連接，也可為鉸接(即鉸鏈連接)，或者直接連接等。當(dāng)采用滑動(dòng)連接時(shí)，砧體與傳力桿之間可沿接觸面相對(duì)滑動(dòng)；當(dāng)采用鉸接方式連接時(shí)，砧體與傳力桿之間可繞鉸接中心相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。沖頭用螺紋、過盈配合、銷、焊接等方式連接在傳力桿的另一端，或與傳力桿構(gòu)成一個(gè)整體式元件。一個(gè)沖頭、固結(jié)于其上的沖擊切削齒以及相配套的傳力桿構(gòu)成一個(gè)沖擊切削單元，沖擊切削單元的數(shù)量可以只有一個(gè)，也可以有若干個(gè)。在同一個(gè)沖擊切削單元中，傳力桿的數(shù)量為一個(gè)或多于一個(gè)，當(dāng)傳力桿的數(shù)量多于一個(gè)時(shí)，各傳力桿相互串行連接，其中彼此具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相鄰傳力桿之間通過鉸鏈連接。傳力機(jī)構(gòu)與鉆頭體之間以及傳力機(jī)構(gòu)各元件之間的連接或安裝方式，使沖頭能夠在沖擊載荷傳遞方向上相對(duì)于鉆頭體做滑動(dòng)。牙輪切削結(jié)構(gòu)設(shè)置在鉆頭體下部，包含有輪掌和牙輪，輪掌與鉆頭體固結(jié)為一體，牙輪安裝在輪掌的軸頸上，與輪掌形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，牙輪上設(shè)置有牙輪切削齒。水力結(jié)構(gòu)主要包括鉆井循環(huán)介質(zhì)的內(nèi)、外部流道，以及安裝在內(nèi)部流道出口處的噴嘴。在鉆頭上還設(shè)置有一些輔助元件，包括為保證站體正確工作位置而設(shè)置的定位扶正套，以及為實(shí)現(xiàn)石占體與傳力桿之間的連接而設(shè)置的滑塊、銷軸等元件，以及密封元件等。本實(shí)用新型的關(guān)鍵之一在于牙輪切削結(jié)構(gòu)和沖擊切削結(jié)構(gòu)相結(jié)合構(gòu)成復(fù)合切削結(jié)構(gòu)，沖頭上的沖擊切削齒在沖擊力作用下以一定頻率不斷沖擊井底，配合鉆頭上的牙輪切削結(jié)構(gòu)對(duì)巖石的壓碎作用共同完成對(duì)井底巖石的破碎。關(guān)于牙輪切削結(jié)構(gòu)和沖擊切削結(jié)構(gòu)在鉆頭體上的布置方式和數(shù)量，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本說明書教導(dǎo)下結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)可以有眾多選擇，這些技術(shù)方案均在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。本實(shí)用新型的關(guān)鍵之二在于沖頭能在沖擊力傳遞方向上相對(duì)于鉆頭體做滑動(dòng)或滑動(dòng)沖擊。由此而來的效果是第一，由鉆柱傳遞到鉆頭體上的鉆壓不會(huì)施加在沖擊切削齒上，從而避免了沖擊切削齒在持續(xù)大鉆壓作用下可能發(fā)生的快速磨損；第二，沖擊切削結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)沖擊載荷不會(huì)傳遞到鉆頭體乃至鉆柱上，避免了脈動(dòng)沖擊載荷對(duì)鉆頭體乃至鉆柱的安全性可能造成的不利影響；第三，有助于沖擊機(jī)構(gòu)防空打功能的實(shí)現(xiàn)。關(guān)于沖擊切削結(jié)構(gòu)中用以實(shí)現(xiàn)沖頭在沖擊方向上相對(duì)于鉆頭體滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本說明書教導(dǎo)下結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)可以有眾多選擇，這些技術(shù)方案均在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。[0011]所述沖擊切削結(jié)構(gòu)上的沖擊切削齒和牙輪切削結(jié)構(gòu)上的牙輪切削齒分別可以為硬質(zhì)合金齒，或用金剛石做表面加強(qiáng)的硬質(zhì)合金齒。用作沖擊切削齒的硬質(zhì)合金齒的齒形可以是球形齒、錐球齒、楔形齒、邊楔齒以及勺形齒，也可以是具有良好沖擊破巖效果的其它形狀的牙齒。在傳力機(jī)構(gòu)(主要是傳力桿)與鉆頭體相配合的滑動(dòng)面上設(shè)置密封裝置，避免循環(huán)流體的泄漏以及流體在泄露過程中對(duì)傳力桿、鉆頭體的沖蝕，同時(shí)，由于循環(huán)流體在鉆頭體內(nèi)腔的壓力高于鉆頭體外，內(nèi)外壓力差作用于傳力機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生將沖頭向外推的推力，該推力能使沖頭上的切削齒緊壓巖石表面，有利于提高切削齒的沖擊破巖效率。所述沖擊切削結(jié)構(gòu)的沖擊切削齒可以布置在所述牙輪切削結(jié)構(gòu)牙輪切削齒的徑向覆蓋范圍之內(nèi)，也可獨(dú)立布置(不與牙輪切削結(jié)構(gòu)牙輪切削齒的徑向覆蓋范圍相重疊)，或部分獨(dú)立布置。作為優(yōu)選方式，所述沖擊切削結(jié)構(gòu)的沖擊切削齒與所述牙輪切削結(jié)構(gòu)牙輪切削齒在徑向重疊覆蓋布置，沖擊切削結(jié)構(gòu)的沖擊切削齒布置在鉆頭半徑三分之一以外的徑向區(qū)域之內(nèi)。作為優(yōu)選方式，所述沖擊切削結(jié)構(gòu)的沖擊切削齒與所述牙輪切削結(jié)構(gòu)牙輪切削齒在徑向重疊覆蓋布置，沖擊切削結(jié)構(gòu)的沖擊切削齒布置在鉆頭半徑二分之一以外的徑向區(qū)域之內(nèi)。作為優(yōu)選方式，所述沖擊切削結(jié)構(gòu)的沖擊切削齒與所述牙輪切削結(jié)構(gòu)牙輪切削齒在徑向重疊覆蓋布置，所述沖擊切削結(jié)構(gòu)的沖擊切削齒布置在鉆頭半徑三分之二以外的徑向區(qū)域之內(nèi)。作為優(yōu)選方式，所述沖擊切削結(jié)構(gòu)的沖擊切削齒布置在鉆頭半徑三分之一以內(nèi)的徑向區(qū)域之內(nèi)。所述傳力機(jī)構(gòu)上還可設(shè)有防轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，以避免沖頭在工作過程中繞傳力桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)。所述傳力機(jī)構(gòu)上還可設(shè)有防脫落結(jié)構(gòu)，以避免沖頭和傳力桿在鉆井液、重力等的外推力或拉拔力作用下從鉆頭上脫落。作為優(yōu)選方式，所述沖擊切削結(jié)構(gòu)的切削齒采用錐球形、球形或楔形的硬質(zhì)合金齒或金剛石復(fù)合硬質(zhì)合金齒。作為優(yōu)選方式，當(dāng)所述牙輪-沖擊復(fù)合式鉆頭包含沖擊機(jī)構(gòu)時(shí)，鉆頭體采用分體式結(jié)構(gòu)，即可將沖擊機(jī)構(gòu)及其所對(duì)應(yīng)的鉆頭體部分從復(fù)合鉆頭上分離出來，構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的部件。此時(shí)鉆頭體由設(shè)有沖擊機(jī)構(gòu)的沖擊器本體和設(shè)有牙輪切削結(jié)構(gòu)和沖擊切削結(jié)構(gòu)的切削結(jié)構(gòu)本體連接而成，沖擊機(jī)構(gòu)安裝在沖擊器本體的中空部位，沖擊器本體用于容納、安裝沖擊機(jī)構(gòu)。此時(shí)，復(fù)合鉆頭就被分為兩個(gè)在功能上和制造上相對(duì)獨(dú)立的部分，即上部的沖擊器和下部的破巖工具。沖擊器的功能就是提供脈動(dòng)沖擊力，破巖工具的功能就是傳遞沖擊力，并與牙輪切削結(jié)構(gòu)一起實(shí)施對(duì)巖石的直接破碎。采用分體式結(jié)構(gòu)更有利于復(fù)合鉆頭的制造和使用，沖擊器部件和破巖工具部件可以分別制造，入井使用前再組裝在一起。對(duì)于包含沖擊機(jī)構(gòu)的牙輪-沖擊復(fù)合式鉆頭，其工作過程為牙輪-沖擊復(fù)合式鉆頭連接在鉆柱的最末端，入井以后，鉆頭逐漸接近、到達(dá)井底。開動(dòng)循環(huán)流體驅(qū)動(dòng)設(shè)備(當(dāng)循環(huán)流體為鉆井液時(shí)，驅(qū)動(dòng)設(shè)備為鉆井泵；當(dāng)循環(huán)流體為氣體或主要為氣體時(shí)，驅(qū)動(dòng)設(shè)備為氣體壓縮機(jī))，使循環(huán)流體在鉆柱內(nèi)、外循環(huán)。在鉆頭上施加鉆壓，開始旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆頭牙輪切削結(jié)構(gòu)上的切削齒即開始破碎井底巖石。與此同時(shí)，由于鉆井液已開始循環(huán)，在鉆柱內(nèi)部循環(huán)流體的驅(qū)動(dòng)下，沖擊機(jī)構(gòu)開始工作，連續(xù)地向砧體施加一定頻率范圍的脈動(dòng)沖擊載荷，沖擊載荷通過砧體傳遞至傳力桿，再傳遞至沖頭，最終施加到?jīng)_擊切削齒上，從而實(shí)現(xiàn)沖擊切削結(jié)構(gòu)對(duì)井底巖石的破碎。循環(huán)流體流過沖擊機(jī)構(gòu)后，再通過內(nèi)部流道從鉆頭水眼或噴嘴流出，完成冷卻切削齒、清洗鉆頭、清洗井底和攜帶巖屑功能。牙輪切削結(jié)構(gòu)和沖擊切削結(jié)構(gòu)的破巖工作盡管是各自進(jìn)行的，破巖機(jī)理也各不相同，但彼此之間卻會(huì)發(fā)生有益的相互影響。復(fù)合式鉆頭通常以牙輪切削結(jié)構(gòu)為主切削結(jié)構(gòu)，沖擊切削結(jié)構(gòu)為輔助切削結(jié)構(gòu)。復(fù)合鉆頭上的牙輪切削結(jié)構(gòu)就相當(dāng)于一只普通的牙輪鉆頭，其 破巖效率的關(guān)鍵在于牙輪上切削齒對(duì)巖石的壓碎作用。如果要增大破碎效果，通常只能增加鉆壓，而鉆壓的增加是有限度的，而且增加鉆壓會(huì)加劇牙輪切削齒的磨損和疲勞失效，降低牙輪內(nèi)軸承的使用壽命，從而降低鉆頭的工作壽命。本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)就是在牙輪切削結(jié)構(gòu)鉆頭上引入沖擊切削結(jié)構(gòu)，該技術(shù)方案能夠顯著地提升牙輪切削結(jié)構(gòu)的破巖效率和切削齒工作壽命。牙輪切削結(jié)構(gòu)主要通過牙輪上的切削齒強(qiáng)行壓入地層迫使巖石破碎，即以擠壓的方式破巖，其需要極大的壓入力。沖擊切削結(jié)構(gòu)依賴沖擊切削齒對(duì)巖石一定頻率的脈動(dòng)沖擊載荷破碎巖石，在井底的相應(yīng)區(qū)域形成一個(gè)個(gè)破碎坑或壓入坑，在沖擊切削結(jié)構(gòu)的直接幫助下，能提高鉆頭的破巖效率。且沖擊切削結(jié)構(gòu)破碎巖石的過程基本不需要施加鉆壓。因此，可在相對(duì)小的鉆壓作用下達(dá)到無沖擊機(jī)構(gòu)時(shí)較大鉆壓時(shí)的破巖鉆進(jìn)效果，較小鉆壓能減緩牙輪切削齒的磨損和損壞，并提高軸承工作壽命，從而延長(zhǎng)鉆頭使用壽命O在復(fù)合鉆頭的沖擊切削結(jié)構(gòu)中，承受脈動(dòng)沖擊載荷的各元件(包括砧體、傳力桿、沖頭和切削齒等)能夠在沖擊載荷傳遞方向上相對(duì)于鉆頭體做滑動(dòng)或滑動(dòng)沖擊。這樣，在鉆頭的正常鉆進(jìn)過程中，沖擊切削結(jié)構(gòu)不承受來自鉆柱和鉆頭體的鉆壓，牙輪切削結(jié)構(gòu)也不承受沖擊切削結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)沖擊載荷。這一特點(diǎn)既可避免脈動(dòng)沖擊載荷對(duì)牙輪切削結(jié)構(gòu)切削齒、軸承、鉆頭體乃至上部鉆柱的損傷或不利影響，也能避免沖擊切削齒因持續(xù)承受大的工作鉆壓而導(dǎo)致的快速磨損。此外，該特點(diǎn)還為實(shí)現(xiàn)復(fù)合鉆頭的防空打功能提供了必要的條件。在鉆頭的下入過程中，由于重力及循環(huán)介質(zhì)內(nèi)外壓差的作用，沖擊切削結(jié)構(gòu)中的砧體、傳力桿、沖頭及沖擊切削齒會(huì)一起向下滑動(dòng)一段距離，使沖擊切削齒突出于牙輪切削結(jié)構(gòu)切削齒包絡(luò)輪廓面之外，此時(shí)沖擊切削結(jié)構(gòu)所處的位置是防空打位置，在該位置上，沖擊機(jī)構(gòu)的防空打設(shè)計(jì)能使沖擊機(jī)構(gòu)中的沖擊錘體停止對(duì)砧體的錘擊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊切削結(jié)構(gòu)的空載保護(hù)。在鉆頭逐漸接近、到達(dá)井底時(shí)，突出的沖擊切削齒首先接觸井底，然后隨著鉆頭的進(jìn)一步就位，沖擊切削結(jié)構(gòu)中的上述元件逐漸縮回至正常工作位置。當(dāng)鉆頭在井底完全就位后，鉆頭開始旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，沖擊切削結(jié)構(gòu)和牙輪切削結(jié)構(gòu)開始進(jìn)行正常的破巖工作。當(dāng)需要上提鉆頭(如起鉆或續(xù)接鉆柱)時(shí)，隨著鉆頭位置的逐漸上升，與下鉆過程相反，鉆頭上的牙輪切削結(jié)構(gòu)首先離開井底，而沖擊切削齒仍保持與井底巖石接觸，同時(shí)，沖擊切削結(jié)構(gòu)中的前述其它相關(guān)元件相對(duì)鉆頭體向下滑移直至到達(dá)防空打位置，此后沖擊切削齒不再承受沖擊載荷，繼而脫離井底，隨鉆頭其它部分一起上升。對(duì)于不包含沖擊機(jī)構(gòu)的牙輪-沖擊復(fù)合式鉆頭，產(chǎn)生脈動(dòng)沖擊載荷的工作過程不再由復(fù)合鉆頭完成，而改由沖擊器完成。除此以外，其余工作過程與包含沖擊機(jī)構(gòu)的牙輪-沖擊復(fù)合式鉆頭的工作過程相同。不包含沖擊機(jī)構(gòu)的牙輪-沖擊復(fù)合式鉆頭并非一個(gè)功能完整的鉆頭，必須與相應(yīng)的沖擊器配套安裝后才能下井使用。此時(shí)的復(fù)合鉆頭實(shí)際上就是分體式牙輪-沖擊復(fù)合式鉆頭的破巖工具部件。在具體使用時(shí)，一般應(yīng)先將配套的沖擊器與復(fù)合鉆頭連接在一起(沖擊器連接在復(fù)合鉆頭上端)，然后再將組合好的沖擊器、復(fù)合鉆頭連接在鉆柱末端。安裝完畢后，方可下井使用。本實(shí)用新型的有益效果(I)牙輪切削結(jié)構(gòu)上各齒圈的工作負(fù)荷(齒圈上每個(gè)牙齒平均承擔(dān)的破巖量)存在明顯的不均衡性，工作負(fù)荷較大的齒圈所對(duì)應(yīng)的井底環(huán)帶區(qū)域的破碎速度相對(duì)較慢，牙齒 載荷的平均幅值就較高，牙齒的磨損速度也較快。通常情況下，各牙輪次外排齒圈的工作負(fù)荷要明顯高于其它齒圈，牙齒的失效情況(主要是磨損、崩齒、折斷、掉齒等)通常也比其它齒圈嚴(yán)重。沖擊切削結(jié)構(gòu)上的沖擊切削齒可以起到直接幫助工作負(fù)荷大的齒圈破碎巖石的作用，即有利于提高鉆頭破巖效率，又可使牙輪上的牙齒趨向于同步磨損或同步失效。(2)沖擊切削結(jié)構(gòu)破碎巖石的過程基本不需要施加鉆壓，因此，可在相對(duì)小的鉆壓作用下達(dá)到無沖擊切削結(jié)構(gòu)時(shí)較大鉆壓時(shí)的破巖鉆進(jìn)效果。鉆壓的減小能減緩牙輪切削齒的磨損和損壞，同時(shí)提高軸承工作壽命，進(jìn)而延長(zhǎng)鉆頭使用壽命。(3)在通常情況下，牙輪鉆頭在工作時(shí)牙輪殼體是不與巖石直接接觸的。然而在有些特殊工況下(如復(fù)合鉆井工況以及井底處的井眼直徑明顯大于鉆頭直徑的情況下)，鉆頭常會(huì)在偏離井眼中心的條件下旋轉(zhuǎn)破巖。此時(shí)鉆頭各齒圈對(duì)井底的覆蓋情況發(fā)生變化，井底有可能出現(xiàn)鉆頭牙齒難以有效破碎的區(qū)域，難破碎區(qū)域的巖石會(huì)直接與牙輪殼體接觸、摩擦，不僅降低鉆頭破巖效率，更嚴(yán)重的是可能直接導(dǎo)致牙輪殼體磨穿、斷裂。通過合理布置復(fù)合鉆頭中的沖擊切削齒，可以有效減輕甚至杜絕這種現(xiàn)象的發(fā)生，改善鉆頭在這類復(fù)雜工作條件下的工作性能。(4)復(fù)合鉆頭中的傳力機(jī)構(gòu)能夠在沖擊載荷傳遞方向上相對(duì)于鉆頭體做滑動(dòng)，由此而來的有益效果是第一，由鉆柱傳遞到鉆頭體上的鉆壓不會(huì)施加在沖擊切削齒上，從而避免了沖擊切削齒在持續(xù)大鉆壓壓持下的快速磨損；第二，沖擊切削結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)沖擊載荷不會(huì)傳遞到鉆頭體乃至鉆柱上，牙輪切削結(jié)構(gòu)不承受沖擊切削結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)沖擊載荷，這可避免脈動(dòng)沖擊載荷對(duì)牙輪切削結(jié)構(gòu)切削齒、軸承、鉆頭體乃至上部鉆柱的損傷或不利影響；第三，有助于沖擊機(jī)構(gòu)防空打功能的實(shí)現(xiàn)。(5)普通牙輪鉆頭的中心部位通常有一個(gè)內(nèi)錐區(qū)域，復(fù)合鉆頭可在該區(qū)域設(shè)置沖擊切削結(jié)構(gòu)，隆起的錐形井底在沖擊切削齒的沖擊力作用下更容易發(fā)生體積破碎，井底中心部位的巖石破碎速度顯著加快，從而促進(jìn)鉆頭破巖效率的提高。(6)對(duì)于牙輪切削結(jié)構(gòu)能夠覆蓋井底全部(或接近全部)徑向區(qū)域的復(fù)合鉆頭，當(dāng)沖擊機(jī)構(gòu)或沖擊切削結(jié)構(gòu)由于各種原因?qū)е率Щ蛐实拖聲r(shí)，牙輪切削結(jié)構(gòu)仍能獨(dú)立工作。復(fù)合鉆頭的該特點(diǎn)優(yōu)于常規(guī)的沖旋鉆頭。
圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，復(fù)合鉆頭不包含沖擊機(jī)構(gòu)，具有2個(gè)牙輪，2套沖擊切削單元，牙輪和沖頭相間布置。圖2是圖I所示的復(fù)合鉆頭從切削結(jié)構(gòu)端向接頭端看時(shí)的視圖(即俯視圖)。圖3是對(duì)圖I所示的復(fù)合鉆頭做部分剖切后的沖擊切削結(jié)構(gòu)剖視示意圖。圖4是對(duì)圖I所示復(fù)合鉆頭的分解示意圖(為表明安裝關(guān)系，對(duì)鉆頭體I從中部進(jìn)行了橫向剖分)。圖5是本實(shí)用新型的砧體與鉆頭體之間設(shè)置了砧體扶正套的結(jié)構(gòu)原理示意圖，扶正套對(duì)砧體起扶正定位的作用。圖6是本實(shí)用新型砧體無扶正套時(shí)的扶正定位原理示意圖(砧體323與鉆頭體I的內(nèi)孔孔壁相接觸，形成間隙配合，實(shí)現(xiàn)砧體的扶正定位)。圖7是沖擊切削齒布置在鉆頭半徑三分之一以外區(qū)域時(shí)的復(fù)合鉆頭徑向覆蓋布齒圖。圖8是沖擊切削齒布置在鉆頭半徑二分之一以外區(qū)域時(shí)的復(fù)合鉆頭徑向覆蓋布齒圖。圖9是沖擊切削齒布置在鉆頭半徑三分之二以外區(qū)域時(shí)的復(fù)合鉆頭徑向覆蓋布齒圖。圖10是沖擊切削齒布置在鉆頭半徑三分之一以內(nèi)區(qū)域時(shí)的復(fù)合鉆頭徑向覆蓋布齒圖。圖11是沖擊切削齒布置在除鉆頭中心和規(guī)徑等小部分區(qū)域以外的整個(gè)徑向范圍時(shí)的復(fù)合鉆頭徑向覆蓋布齒圖。圖12是圖I所示結(jié)構(gòu)的傳力機(jī)構(gòu)原理示意圖，在該傳力機(jī)構(gòu)中，沖頭與傳力桿固定連接，傳力桿與砧體形成滑動(dòng)聯(lián)接(滑動(dòng)副)。圖13是本實(shí)用新型的一種傳力機(jī)構(gòu)的原理示意圖，在該傳力機(jī)構(gòu)中，沖擊切削單元中有2個(gè)傳力桿，其中一個(gè)傳力桿(一)與沖頭固定連接(或?yàn)橐惑w式結(jié)構(gòu))，另一個(gè)傳力桿(二)與砧體通過鉸鏈相連接(形成轉(zhuǎn)動(dòng)副)，2個(gè)傳力桿之間也通過鉸鏈相連接(形成轉(zhuǎn)動(dòng)副)。圖14是本實(shí)用新型的一種傳力機(jī)構(gòu)的原理示意圖，在該傳力機(jī)構(gòu)中，沖頭與傳力桿固定連接，傳力桿與砧體通過鉸鏈連接，傳力桿與鉆頭體之間設(shè)置有擺動(dòng)滑塊，擺動(dòng)滑塊與傳力桿鉸接，擺動(dòng)滑塊與鉆頭體滑動(dòng)連接，即傳力桿與鉆頭體之間通過擺動(dòng)滑塊形成了既允許相對(duì)滑動(dòng)，又允許相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，傳力桿和沖頭既可以相對(duì)鉆頭體滑動(dòng)，也可以繞擺動(dòng)滑塊的轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。圖15是圖14所示傳力機(jī)構(gòu)的傳力桿與鉆頭體之間設(shè)置有擺動(dòng)滑塊，擺動(dòng)滑塊與傳力桿鉸接，擺動(dòng)滑塊與鉆頭體滑動(dòng)連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖16是本實(shí)用新型的一種傳力機(jī)構(gòu)的原理示意圖，在該傳力機(jī)構(gòu)中，沖頭與傳力桿固定連接，傳力桿與砧體通過鉸鏈連接，傳力桿與鉆頭體之間設(shè)置有擺動(dòng)滑塊，擺動(dòng)滑塊與傳力桿滑動(dòng)連接，擺動(dòng)滑塊與鉆頭體鉸接，傳力桿和沖頭既可以相對(duì)鉆頭體滑動(dòng)，也可以繞擺動(dòng)滑塊的轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。[0049]圖17是本實(shí)用新型的一種傳力機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，在該傳力機(jī)構(gòu)中，傳動(dòng)桿與沖頭固結(jié)，沖擊切削結(jié)構(gòu)的沖擊方向平行于鉆頭軸線方向。圖18是本實(shí)用新型的沖擊切削齒采用金剛石做表面加強(qiáng)的硬質(zhì)合金齒時(shí)的示意圖。圖19是包含沖擊機(jī)構(gòu)，且采用一體式結(jié)構(gòu)時(shí)的復(fù)合鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖20是包含沖擊機(jī)構(gòu)，且采用分體式結(jié)構(gòu)的復(fù)合鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖21是為防止沖頭及傳力桿轉(zhuǎn)動(dòng)，在傳力桿與鉆頭體之間采用花鍵連接時(shí)的結(jié)構(gòu)方案示意圖。圖22是為防止沖頭及傳力桿等的脫落，在傳力桿及鉆頭體上設(shè)有防脫落臺(tái)階時(shí)的結(jié)構(gòu)方案示意圖。圖23是復(fù)合鉆頭處于防空打位置時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、鉆頭體，12、鉆頭體防脫落臺(tái)階，2、牙輪切削結(jié)構(gòu)，21、牙輪切削齒，22、牙輪，3、沖擊切削結(jié)構(gòu)，31、沖擊切削齒，311、硬質(zhì)合金，312、金剛石加強(qiáng)層，32、傳力機(jī)構(gòu)，321、沖頭，322、傳力桿，323、砧體，324、扶正套，325、密封圈，328、擺動(dòng)滑塊，3221、傳力桿(一)，3222、傳力桿(二)，3223、傳力桿防脫落臺(tái)階，33、沖擊機(jī)構(gòu)，331、沖錘，41、流道，42、噴嘴,5、沖擊器部件,51、沖擊器本體,52、沖擊器沖錘,6、切削結(jié)構(gòu)部件,61、切削結(jié)構(gòu)本體。
具體實(shí)施方式
下列非限制性實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型。實(shí)施例I :如圖I至圖4、圖7、圖12和圖18所示，一種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭，包括鉆頭體1，鉆頭體I上設(shè)有牙輪切削結(jié)構(gòu)2、沖擊切削結(jié)構(gòu)3和由流道41及噴嘴42組成的水力結(jié)構(gòu)，牙輪切削結(jié)構(gòu)2包含有牙輪切削齒21，沖擊切削結(jié)構(gòu)3包括傳遞沖擊力的傳力機(jī)構(gòu)32以及沖擊切削齒31，傳力機(jī)構(gòu)32包括沖頭321、傳力桿322和砧體323，沖擊切削齒31固結(jié)在傳力機(jī)構(gòu)32末端的沖頭321上，沖頭321能在沖擊力傳遞方向上相對(duì)于鉆頭體I做滑動(dòng)。復(fù)合鉆頭不包含沖擊機(jī)構(gòu)，具有2個(gè)牙輪，2套沖擊切削單元，牙輪22和沖頭321相間布置。鉆頭體I與傳力機(jī)構(gòu)32之間設(shè)置有密封裝置(如圖3中傳力桿322與鉆頭體I之間的密封圈325)。牙輪切削齒21和沖擊切削齒31分別可以為硬質(zhì)合金齒，或用金剛石做表面加強(qiáng)的硬質(zhì)合金齒，以及其他類似可適用于鉆頭上的各類材料的齒。硬質(zhì)合金齒具有良好的沖擊韌性，且價(jià)格較低，硬質(zhì)合金齒的應(yīng)用使鉆頭切削齒具有較好沖擊韌性的同時(shí)還能降低成本。金剛石做表面加強(qiáng)的硬質(zhì)合金齒耐磨性好，切削齒在保證較好沖擊韌性的同時(shí)增強(qiáng)了耐磨性。如圖18所示，沖頭321上的沖擊切削齒31采用金剛石做表面加強(qiáng)的硬質(zhì)合金齒。沖擊切削齒31的齒形可以是錐球齒、楔形齒、球形齒、邊楔齒以及勺形齒，也可以是具有良好沖擊破巖效果的其它形狀的牙齒。沖擊切削結(jié)構(gòu)3的沖擊切削齒31可以布置在牙輪切削結(jié)構(gòu)2的牙輪切削齒21的徑向覆蓋范圍之內(nèi)，也可獨(dú)立布置(不與牙輪切削結(jié)構(gòu)切削齒的徑向覆蓋范圍相重疊)，或部分獨(dú)立布置。作為優(yōu)選，沖擊切削齒31與牙輪切削齒21在徑向重疊覆蓋布置，沖擊切削結(jié)構(gòu)3的切削齒布置在鉆頭半徑三分之一以外的徑向區(qū)域之內(nèi)(如圖7所示)，一般，鉆頭心部區(qū)域破碎任務(wù)量較小且易于破碎，而心部以外區(qū)域的破碎任務(wù)量相對(duì)較大，切削齒磨損和損壞較心部要快，因此，在心部以外區(qū)域布置沖擊切削齒有利于對(duì)應(yīng)區(qū)域巖石的破碎，并減緩牙輪切削齒的磨損，使牙輪上的牙齒趨向于同步磨損或同步失效。沖擊切削結(jié)構(gòu)3上的沖頭321與傳力桿322相互固結(jié)為一固定整體，傳力桿322與砧體323滑動(dòng)聯(lián)接(機(jī)構(gòu)原理圖如圖12所示)。實(shí)施例2 本實(shí)施例與實(shí)施例I基本相同，其區(qū)別在于砧體323與鉆頭體I之間設(shè)置有砧體扶正套324 (圖5所示)，或砧體323上直接加工出與鉆頭體I內(nèi)孔形成間隙配合的表面，實(shí)現(xiàn)砧體與鉆頭體間的相對(duì)滑動(dòng)和扶正定位(如圖6所示)。實(shí)施例3 本實(shí)施例與上述實(shí)施例基本相同，其區(qū)別在于某個(gè)或每個(gè)沖擊切削單元中傳力桿有兩個(gè)，兩個(gè)傳力桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律各不相同，彼此之間具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其中一個(gè)傳力桿(一) 3221與沖頭321固定連接，另一個(gè)傳力桿(二)3222與砧體323鉸接，兩個(gè)傳力桿之間通過鉸鏈連接(如圖13所示)。當(dāng)沖頭321離鉆頭中心較遠(yuǎn)且其沖擊方向與鉆頭軸線夾角較大時(shí)，采用兩個(gè)相互鉸接的傳力桿更易于實(shí)現(xiàn)沖擊方向的轉(zhuǎn)變和沖擊力的傳遞。實(shí)施例4 本實(shí)施例與上述實(shí)施例基本相同，其區(qū)別在于沖擊切削結(jié)構(gòu)3的沖擊切削齒31布置在鉆頭半徑二分之一以外的徑向范圍之內(nèi)(如圖8所示)。實(shí)施例5 本實(shí)施例與實(shí)施例4基本相同，其區(qū)別在于沖擊切削結(jié)構(gòu)3的沖擊切削齒31布置在鉆頭半徑三分之二以外的徑向范圍之內(nèi)(如圖9所示)。一般，鉆頭半徑區(qū)域上越往外(特別是鉆頭半徑三分之二以外的區(qū)域)切削齒的工作負(fù)荷越大，切削齒磨損或損壞的速度越快于心部區(qū)域的齒，在此區(qū)域上布置沖擊切削齒，能使該區(qū)域牙輪切削齒破巖效率提高的同時(shí)還能降低其損壞速度，從而延長(zhǎng)鉆頭切削齒的使用壽命。實(shí)施例6 本實(shí)施例與上述實(shí)施例基本相同，其區(qū)別在于沖擊切削結(jié)構(gòu)3的沖擊切削齒31布置在鉆頭半徑三分之一以內(nèi)的徑向范圍之內(nèi)(如圖10所示)。鉆頭的中心部位通常有一個(gè)內(nèi)錐區(qū)域，在硬度高脆性大的地層中鉆進(jìn)時(shí)，接近鉆頭心部區(qū)域設(shè)置沖擊切削齒，在沖擊切削齒的沖擊作用下更易于心部巖石的脆性破碎(即體積破碎)，有利于提高鉆頭鉆進(jìn)效率。實(shí)施例7 本實(shí)施例與上述實(shí)施例基本相同，其區(qū)別在于沖擊切削結(jié)構(gòu)3的沖擊切削齒31布置在除鉆頭中心和規(guī)徑等小部分區(qū)域以外的整個(gè)徑向范圍內(nèi)(如圖11所示)。在強(qiáng)度高、塑性大的難鉆地層中，鉆頭整個(gè)徑向范圍內(nèi)均布置有沖擊切削齒，能在整個(gè)徑向區(qū)域內(nèi)加強(qiáng)鉆頭的破巖能力，提高整個(gè)徑向范圍內(nèi)牙輪切削齒的破巖效率，進(jìn)而提高復(fù)合鉆頭在此種難鉆地層中的破巖效率。實(shí)施例8 本實(shí)施例與上述實(shí)施例基本相同，其區(qū)別在于沖頭321與傳力桿322固定連接，傳力桿322與砧體323鉸鏈連接，傳力桿322與鉆頭體I之間設(shè)置有擺動(dòng)滑塊328，擺動(dòng)滑塊328與傳力桿322鉸接，擺動(dòng)滑塊328與鉆頭體I滑動(dòng)連接(如圖14和圖15所示)，即傳力桿322與鉆頭體I之間通過擺動(dòng)滑328塊形成了既允許相對(duì)滑動(dòng)，又允許相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，傳力桿322和沖頭321既可以相對(duì)鉆頭體I滑動(dòng)，也可以繞擺動(dòng)滑塊328的轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)沖頭321的沖擊方向與鉆頭軸向夾角較大時(shí)，擺動(dòng)滑塊328的引入能使沖擊力的傳遞更順暢。實(shí)施例9 本實(shí)施例與實(shí)施例8基本相同，其區(qū)別在于如圖16所示，擺動(dòng)滑塊328與傳力桿322滑動(dòng)連接，擺動(dòng)滑塊328與鉆頭體I鉸接，傳力桿322和沖頭321既可以相對(duì)鉆頭體I滑動(dòng)，也可以繞擺動(dòng)滑塊328的轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。本實(shí)施例的效果與實(shí)施例8基本相同。實(shí)施例10 在本實(shí)施例中，所述沖擊切削結(jié)構(gòu)的沖擊方向平行于鉆頭軸線方向。如圖17所示，在此條件下，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)32無需復(fù)雜結(jié)構(gòu)，只需傳動(dòng)桿322固結(jié)沖頭321即可。其他技術(shù)方案本領(lǐng)域技術(shù)人員可在可行前提下從說明書技術(shù)方案內(nèi)或其他實(shí)施例中自由組合。實(shí)施例11 本實(shí)施例與上述實(shí)施例基本相同，其區(qū)別在于復(fù)合鉆頭包含沖擊機(jī)構(gòu)33，沖擊機(jī)構(gòu)33與鉆頭體為一體式結(jié)構(gòu)(如圖19所示)。鉆頭工作時(shí)沖擊機(jī)構(gòu)33所產(chǎn)生的沖擊力通過沖擊機(jī)構(gòu)33上的沖錘331作用在傳力機(jī)構(gòu)32的砧體323上。一體式結(jié)構(gòu)使復(fù)合鉆頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)更緊湊、可靠性更高。實(shí)施例12 本實(shí)施例與實(shí)施例11基本相同，其區(qū)別在于鉆頭體I采用分體式結(jié)構(gòu)，由設(shè)有沖 擊機(jī)構(gòu)的沖擊器本體51和設(shè)有牙輪切削結(jié)構(gòu)2和沖擊切削結(jié)構(gòu)3的切削結(jié)構(gòu)本體61連接而成，沖擊機(jī)構(gòu)安裝在沖擊器本體51的中空部位形成沖擊器部件5，牙輪切削結(jié)構(gòu)2、沖擊切削結(jié)構(gòu)3和切削結(jié)構(gòu)本體61構(gòu)成切削結(jié)構(gòu)部件6 (如圖20所示)。鉆頭工作時(shí)沖擊器部件5所產(chǎn)生的沖擊力通過沖擊機(jī)構(gòu)的上的沖錘52作用在傳力機(jī)構(gòu)的砧體323上。采用分體式結(jié)構(gòu)有利于復(fù)合鉆頭的制造和使用，沖擊器部件和破巖工具部件可以分別制造，入井使用前再組裝在一起。實(shí)施例13 本實(shí)施例中，為防止鉆頭工作時(shí)傳力桿322和沖頭321等的轉(zhuǎn)動(dòng)，在沖頭321和鉆頭體I之間或(和)傳力桿322和鉆頭體I之間設(shè)有防轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。如圖21所示，傳力桿322和鉆頭體I之間設(shè)置花鍵連接，以避免傳力桿322和沖頭321等在工作過程中繞傳力桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)施例14 本實(shí)施例中，為防止傳力桿322和沖頭321等的脫落，在沖頭321和鉆頭體I之間或(和)傳力桿322和鉆頭體I之間設(shè)有防脫落結(jié)構(gòu)。如圖22所示，在傳力桿322和鉆頭體I上分別設(shè)置有防脫落臺(tái)階3223和12，用以避免傳力桿322和沖頭321等在拉拔力作用下從鉆頭上脫落。實(shí)施例15 本實(shí)施例中，為防止鉆頭下入過程中或上提鉆頭時(shí)沖錘對(duì)砧體323的錘擊，復(fù)合鉆頭上設(shè)有防空打結(jié)構(gòu)。如圖23所示，當(dāng)鉆頭未接觸井底時(shí)，由于重力及循環(huán)流體內(nèi)外壓差的作用，沖擊切削結(jié)構(gòu)3中的砧體323、傳力桿322、沖頭321及沖擊切削齒31會(huì)一起向下滑動(dòng)一段距離，使沖擊切削齒31突出于牙輪切削結(jié)構(gòu)切削齒21的包絡(luò)輪廓面之外，此時(shí)沖擊切削結(jié)構(gòu)3所處的位置為防空打位置。在該位置上，沖擊機(jī)構(gòu)的防空打設(shè)計(jì)能使沖擊機(jī)構(gòu)中的沖擊錘停止對(duì)砧體的錘擊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊切削結(jié)構(gòu)的空載保護(hù)。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭，包括鉆頭體(I)和設(shè)置在鉆頭體(I)上的牙輪切削結(jié)構(gòu)(2)，其特征在于所述鉆頭體(I)還設(shè)置有沖擊切削結(jié)構(gòu)(3)，沖擊切削結(jié)構(gòu)(3)包括傳遞沖擊力的傳力機(jī)構(gòu)(32)以及沖擊切削齒(31),沖擊切削齒(31)固結(jié)在傳力機(jī)構(gòu)(32)末端的沖頭(321)上，所述沖頭(321)能在沖擊力傳遞方向上相對(duì)于鉆頭體(I)做滑動(dòng)或滑動(dòng)沖擊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭，其特征在于所述鉆頭體(I)還設(shè)置有產(chǎn)生沖擊力并由所述傳力機(jī)構(gòu)(32 )傳遞沖擊力的沖擊機(jī)構(gòu)(33 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭，其特征在于所述鉆頭體(I)采用分體式結(jié)構(gòu)，由設(shè)有所述沖擊機(jī)構(gòu)的沖擊器本體(51)和設(shè)有所述牙輪切削結(jié)構(gòu)(2)和沖擊切削結(jié)構(gòu)(3)的切削結(jié)構(gòu)本體(61)連接而成，沖擊機(jī)構(gòu)安裝在沖擊器本體(51)的中空部位。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的一種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭，其特征在于鉆頭半徑三分之一以外的徑向區(qū)域內(nèi)布置有所述沖擊切削齒(31)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的一種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭，其特征在于鉆頭半徑二分之一以外的徑向區(qū)域內(nèi)布置有所述沖擊切削齒(31)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的一種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭，其特征在于鉆頭半徑三分之二以外的徑向區(qū)域內(nèi)布置有所述沖擊切削齒(31)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的一種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭，其特征在于鉆頭半徑三分之一以內(nèi)的徑向區(qū)域內(nèi)布置有所述沖擊切削齒(31)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的一種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭，其特征在于所述傳力機(jī)構(gòu)(32)包括依次連接的砧體(323)、傳力桿(322)和沖頭(321)，砧體(323)與鉆頭體(I)之間形成相對(duì)滑動(dòng)，傳力桿(322)與鉆頭體(I)之間形成相對(duì)滑動(dòng)，或通過擺動(dòng)滑塊(328 )形成既允許相對(duì)滑動(dòng)，又允許相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，所述沖頭(321)連接在傳力桿(322)的末端，或與傳力桿(322)構(gòu)成一個(gè)整體式元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭，其特征在于在同一個(gè)沖擊切削單元中，傳力桿的數(shù)量為一個(gè)或多于一個(gè)，當(dāng)傳力桿的數(shù)量多于一個(gè)時(shí)，各傳力桿相互串行連接，其中彼此具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相鄰傳力桿之間通過鉸鏈連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的一種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭，其特征在于所述牙輪切削結(jié)構(gòu)(2)上的牙輪切削齒(21)和沖擊切削結(jié)構(gòu)(3)上的沖擊切削齒(31)分別可以為硬質(zhì)合金齒，或用金剛石做表面加強(qiáng)的硬質(zhì)合金齒。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有沖擊切削結(jié)構(gòu)的牙輪復(fù)合鉆頭，屬于石油天然氣、礦山工程、建筑基礎(chǔ)工程施工、地質(zhì)、水文等鉆探設(shè)備用破巖工具領(lǐng)域，包括鉆頭體和牙輪切削結(jié)構(gòu)，鉆頭體還設(shè)置有沖擊切削結(jié)構(gòu)，沖擊切削結(jié)構(gòu)包括傳遞沖擊力的傳力機(jī)構(gòu)以及沖擊切削齒，沖擊切削齒固結(jié)在傳力機(jī)構(gòu)末端的沖頭上，沖頭能在沖擊力傳遞方向上相對(duì)于鉆頭體做滑動(dòng)或滑動(dòng)沖擊。與傳統(tǒng)的牙輪鉆頭相比，本實(shí)用新型具有更高的破巖效率，及更長(zhǎng)的鉆頭使用壽命，能有效降低鉆井成本；尤其適用于較硬等難鉆地層。
文檔編號(hào)E21B10/46GK202659147SQ201220225070
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者楊迎新, 包澤軍, 齊海濤, 陳煉, 林敏 , 牛世偉, 董博 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)