一種鑲齒牙輪混合鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種鑲齒牙輪混合鉆頭，包括鉆頭體，鉆頭體上設(shè)置周向間隔的刀翼和噴嘴，刀翼從內(nèi)至外劃分為鼻部、肩部和保徑段，刀翼上安設(shè)有固定切削齒，在至少一對(duì)相鄰的刀翼之間安設(shè)有牙掌，牙掌上端與鉆頭體相聯(lián)成一體，牙掌的下端安設(shè)有牙輪，其特征在于所述的牙輪為鑲齒牙輪，所述的牙輪切削齒構(gòu)成的最外輪廓包羅線覆蓋整個(gè)井底，牙輪上最靠外的切削齒與刀翼保徑段上的固定切削齒共同參與切削井壁巖層。本實(shí)用新型不僅綜合性能強(qiáng)，能對(duì)井底巖石進(jìn)行有效地預(yù)破碎，使得固定切削齒能有效吃入巖石，而且牙輪和刀翼的布齒結(jié)構(gòu)合理，能減少對(duì)鉆頭固定切削齒的沖擊，增強(qiáng)鉆頭的切削效率和機(jī)械鉆速，提高鉆頭使用壽命。
【專利說(shuō)明】一種鑲齒牙輪混合鉆頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及到一種用于石油、天然氣和地質(zhì)鉆井用的鑲齒牙輪混合鉆頭，該鉆頭適用于在硬地層和夾層地層的鉆井。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)鉆井遇到硬地層時(shí)，常用的PDC金剛石鉆頭主要是通過(guò)刮削運(yùn)動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)井下鉆進(jìn)，金剛石鉆頭的鼻部和肩部上主要的切削元件很難有效吃入井底巖石，金剛石鉆頭的機(jī)械鉆速將變得非常緩慢；而牙輪鉆頭以沖擊壓碎方式破碎巖石，容易使巖石產(chǎn)生較深的破碎齒坑，但由于地層硬，不能使巖石產(chǎn)生體積破碎，牙輪鉆頭的機(jī)械鉆速也很慢。另一方面，當(dāng)鉆頭遇到一些軟硬夾層較多的地層時(shí)，PDC金剛石鉆頭的切削元件極易受到?jīng)_擊破損，為了應(yīng)對(duì)這種情況，中國(guó)專利文獻(xiàn)CN200880016630.0公開(kāi)了由牙輪鉆頭和PDC金剛石鉆頭組合而成的混合鉆頭，該混合鉆頭雖有較強(qiáng)的綜合性能，但牙輪和金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)配置還不盡合理，一方面，由于牙輪鉆頭特有沖擊壓碎的破巖機(jī)理，牙輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的沖擊載荷易導(dǎo)致金剛石鉆頭部分的切削元件固定切削齒破碎，從而導(dǎo)致鉆頭機(jī)械鉆速的降低；另一個(gè)方面由該鉆頭布齒結(jié)構(gòu)決定，牙輪整體尺寸較小，牙輪軸承尺寸也相應(yīng)變小，且牙輪在井底旋轉(zhuǎn)速度快，軸承承受交變應(yīng)力的頻率相對(duì)于大尺寸牙輪軸承更多，從而加快該混合鉆頭軸承失效，影響鉆頭的有效使用壽命，導(dǎo)致鉆頭提前起鉆。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種鑲齒牙輪混合鉆頭，它不僅綜合性能強(qiáng)，能對(duì)井底巖石進(jìn)行有效地預(yù)破碎，使得固定切削齒能有效吃入巖石，而且牙輪和刀翼的布齒結(jié)構(gòu)合理，能減少對(duì)鉆頭固定切削齒的沖擊，增強(qiáng)鉆頭的切削效率和機(jī)械鉆速，提高鉆頭使用壽命。
[0004]本實(shí)用新型為解決上述提出的問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:
[0005]包括有鉆頭體，鉆頭體上設(shè)置周向間隔的刀翼和噴嘴，刀翼從內(nèi)至外劃分為鼻部、肩部和保徑段，刀翼上安設(shè)有固定切削齒，在至少一對(duì)相鄰的刀翼之間安設(shè)有牙掌，牙掌上端與鉆頭體相聯(lián)成一體，牙掌的下端安設(shè)有牙輪，其特征在于所述的牙輪為鑲齒牙輪，所述的牙輪切削齒構(gòu)成的最外輪廓包羅線覆蓋整個(gè)井底，牙輪上最靠外的切削齒與刀翼保徑段上的固定切削齒共同參與切削井壁巖層。
[0006]按上述方案，安設(shè)在牙輪上的最內(nèi)牙輪切削齒位于或靠近所述的鉆頭體旋轉(zhuǎn)中心軸線，所述的固定切削齒的最外輪廓包羅線與所述的牙輪切削齒的最外輪廓包羅線大致重合或部分重合。 [0007]按上述方案，所述刀翼鼻部和肩部的固定切削齒最外輪廓包羅線與牙輪切削齒對(duì)應(yīng)部位的最外輪廓包羅線之間的單邊距離為0.3^1毫米；通常牙輪切削齒對(duì)應(yīng)刀翼鼻部和肩部部位的最外輪廓包羅線高出或大于刀翼鼻部和肩部的固定切削齒最外輪廓包羅線的單邊距離為0.3^1毫米。[0008]按上述方案，所述的牙輪切削齒的最外輪廓包羅線與刀翼固定切削齒的最外輪廓包羅線之間的單邊距離為0.3^1毫米。
[0009]按上述方案，所述的牙輪切削齒與固定切削齒在井底形成的切削軌跡相交錯(cuò)。
[0010]按上述方案，所述的刀翼為2~4個(gè)，所述的牙輪的為廣2個(gè)。
[0011]按上述方案，在刀翼的外周面上間隔或交錯(cuò)間隔安設(shè)平頂保徑齒。
[0012]按上述方案，在牙掌的外周面上間隔或交錯(cuò)間隔安設(shè)平頂保徑齒。
[0013]按上述方案,所述的牙輪切削齒為硬質(zhì)合金齒,或硬質(zhì)合金和聚晶金剛石復(fù)合齒，齒形為勺形齒、楔形齒、偏楔齒或圓錐齒。
[0014]按上述方案，所述的牙輪的旋轉(zhuǎn)軸線與鉆頭體的旋轉(zhuǎn)中心軸線成30°~70°的夾角。
[0015]按上述方案，所述的固定切削齒為金剛石復(fù)合片。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果在于:1、在鉆頭鼻部和肩部區(qū)域，將牙輪鉆頭的沖擊壓入和金剛石鉆頭的刮削運(yùn)動(dòng)相有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)井底預(yù)破碎，保證金剛石切削齒有效吃入巖石，消除鉆頭在一些特殊地層發(fā)生粘滑現(xiàn)象；2、通過(guò)對(duì)牙輪和刀翼固定切削齒的合理布齒，能降低固定切削齒的沖擊載荷，減少固定切削齒沖擊破損的幾率，從而提高鉆頭切削效率和機(jī)械鉆速，3、由于牙輪切削齒的井底覆蓋區(qū)域大，牙輪外形尺寸較大，因而牙輪軸承軸尺寸增大，牙輪軸承的承載能力高，鉆頭使用壽命長(zhǎng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例倒置時(shí)的立體圖。
[0018]圖2為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例倒置時(shí)的俯視圖。
[0019]圖3為牙輪切削齒與固定切削齒的最外輪廓包羅線的投影圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施例。
[0021]包括有鉆頭體I,鉆頭體上安設(shè)2個(gè)刀翼2，并配置噴嘴3，刀翼2從內(nèi)至外從鼻部始向外延伸至肩部和保徑段；刀翼各部位上安設(shè)有固定切削齒4，固定切削齒為圓塊狀金剛石復(fù)合片，在刀翼的外周面上間隔安設(shè)平頂保徑齒；在各相鄰刀翼之間安設(shè)有牙掌7，牙掌上端與鉆頭體焊接成一體，牙掌的下端設(shè)置軸頸，牙輪6套裝在軸頸上并通過(guò)鋼珠軸向鎖定，牙輪和刀翼沿周向相互交錯(cuò)安設(shè)；所述的牙輪為鑲齒牙輪，牙輪6上安設(shè)有牙輪切削齒5，牙輪切削齒5組成的最外輪廓包羅線11覆蓋整個(gè)井底，安設(shè)在牙輪上的最內(nèi)牙輪切削齒靠近所述的鉆頭體旋轉(zhuǎn)中心軸線；所述的牙輪切削齒為硬質(zhì)合金和聚晶金剛石復(fù)合齒，齒形為勺形齒；所述的牙輪切削齒的最外輪廓包羅線11在所述的刀翼固定切削齒的最外輪廓包羅線10之外，牙輪切削齒的最外輪廓包羅線10與固定切削齒的最外輪廓包羅線9之間的距離H為0.3^1.0毫米；所述的牙輪上最靠外的切削齒與刀翼保徑段上的固定切削齒共同參與切削井壁巖層，且所述的牙輪切削齒與固定切削齒在井底形成的切削軌跡相交錯(cuò)。所述的牙輪的旋轉(zhuǎn)軸線9與鉆頭體的旋轉(zhuǎn)中心軸線8的夾角力45。飛0°。
【權(quán)利要求】
1.一種鑲齒牙輪混合鉆頭，包括有鉆頭體，鉆頭體上設(shè)置周向間隔的刀翼和噴嘴，刀翼從內(nèi)至外劃分為鼻部、肩部和保徑段，刀翼上安設(shè)有固定切削齒，在至少一對(duì)相鄰的刀翼之間安設(shè)有牙掌，牙掌上端與鉆頭體相聯(lián)成一體，牙掌的下端安設(shè)有牙輪，其特征在于所述的牙輪為鑲齒牙輪，所述的牙輪切削齒構(gòu)成的最外輪廓包羅線覆蓋整個(gè)井底，牙輪上最靠外的切削齒與刀翼保徑段上的固定切削齒共同參與切削井壁巖層；設(shè)在牙輪上的最內(nèi)牙輪切削齒位于或靠近所述的鉆頭體旋轉(zhuǎn)中心軸線，所述的固定切削齒的最外輪廓包羅線與所述的牙輪切削齒的最外輪廓包羅線大致重合或部分重合。
2.按權(quán)利要求1所述的鑲齒牙輪混合鉆頭，其特征在于所述刀翼鼻部和肩部的固定切削齒最外輪廓包羅線與牙輪切削齒對(duì)應(yīng)部位的最外輪廓包羅線之間的單邊距離為0.3^1毫米。
3.按權(quán)利要求2所述的鑲齒牙輪混合鉆頭，其特征在于牙輪切削齒對(duì)應(yīng)刀翼鼻部和肩部部位的最外輪廓包羅線高出或大于刀翼鼻部和肩部的固定切削齒最外輪廓包羅線的單邊距離為0.3^1毫米。
4.按權(quán)利要求1所述的鑲齒牙輪混合鉆頭，其特征在于所述的牙輪切削齒的最外輪廓包羅線與刀翼固定切削齒的最外輪廓包羅線之間的單邊距離為0.3^1毫米。
5.按權(quán)利要求2所述的鑲齒牙輪混合鉆頭，其特征在于所述的牙輪切削齒與固定切削齒在井底形成的切 削軌跡相交錯(cuò)。
6.按權(quán)利要求1所述的鑲齒牙輪混合鉆頭，其特征在于所述的刀翼為2~4個(gè)，所述的牙輪的為廣2個(gè)。
7.按權(quán)利要求1所述的鑲齒牙輪混合鉆頭，其特征在于在刀翼的外周面上間隔或交錯(cuò)間隔安設(shè)平頂保徑齒。
8.按權(quán)利要求7所述的鑲齒牙輪混合鉆頭，其特征在于在牙掌的外周面上間隔或交錯(cuò)間隔安設(shè)平頂保徑齒。
9.按權(quán)利要求1所述的鑲齒牙輪混合鉆頭，其特征在于所述的牙輪切削齒為硬質(zhì)合金齒，或硬質(zhì)合金和聚晶金剛石復(fù)合齒，齒形為勺形齒、楔形齒、偏楔齒或圓錐齒。
【文檔編號(hào)】E21B10/52GK203669747SQ201320683466
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】宋滿華, 郭忠志, 樊孝兵, 程永, 朱明
申請(qǐng)人:江漢石油鉆頭股份有限公司