本發(fā)明涉及一種用于石油、天然氣和地質(zhì)鉆井用的混合鉆頭，尤其涉及一種混合式井下鉆井鉆頭。

技術(shù)背景

在當(dāng)前的石油鉆井中，遇到硬地層或硬夾層時，常用的PDC鉆頭，主要是通過PDC齒(聚晶金剛石復(fù)合片)的剪切運動方式來實現(xiàn)鉆進(jìn)，在鉆頭的鼻部和肩部，由于PDC齒在鉆頭輪廓上的載荷分布特點，容易過早損壞，造成PDC鉆頭的機械鉆速變得非常緩慢；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；但對于軟硬夾層較多的地層鉆井，不能使巖石產(chǎn)生體積破碎，故牙輪鉆頭切削齒的切削效率也較低。另外一方面，當(dāng)鉆頭遇到一些軟硬夾層較多的地層時，PDC金剛石鉆頭的固定切削齒極易受到?jīng)_擊破損，為了應(yīng)對這種情況，申請?zhí)枮椤?00880016630.0”的中國專利文獻(xiàn)公開了由牙輪鉆頭和PDC鉆頭組合而成的混合鉆頭，該混合鉆頭雖有較強的綜合性能，但存在以下的不足：由于牙輪鉆頭具有的沖擊、壓碎的破巖機理，牙輪旋轉(zhuǎn)帶動自身多個鑿形齒產(chǎn)生的沖擊載荷能夠有效破碎硬地層；而過高鉆壓易導(dǎo)致鉆頭固定刀翼上復(fù)合片(PDC齒)破碎，從而導(dǎo)致鉆頭機械鉆速的降低；該鉆頭靠近鉆頭中心軸線的是PDC切削齒，由于該鉆頭PDC切削齒靠近鉆頭軸線中心位置，回轉(zhuǎn)半徑小，切削線速度低，往往切削效率低；且該鉆頭由PDC切削齒單獨切削鉆頭中心巖石，承受的載荷較大，在夾層鉆進(jìn)中易出現(xiàn)PDC層破碎或脫落。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種混合式井下鉆井鉆頭。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的：

一種混合式井下鉆井鉆頭，包括鉆頭本體、刀翼、牙掌和牙輪，所述刀翼和所述牙掌均與所述鉆頭本體的上端固定連接，所述牙掌的下端與所述鉆頭本體的側(cè)壁固定連接，所述牙輪通過軸頸與所述牙掌的上端可轉(zhuǎn)動連接，所述牙輪的中軸線與所述鉆頭本體的中軸線之間設(shè)置有夾角，所述刀翼上設(shè)置有多個錐形齒或/和圓片剪切齒，所述牙輪上設(shè)置有多個鑿形齒和平頭齒。

優(yōu)選地，以所述刀翼切削時的旋轉(zhuǎn)方向為前方，所有的所述刀翼中至少包括一個僅有錐形齒的刀翼，所述僅有錐形齒的刀翼包括前排錐形齒，所述僅有錐形齒的刀翼的前排錐形齒分布于所述僅有錐形齒的刀翼的輪廓的內(nèi)錐、鼻部和臺肩部位，所述僅有錐形齒的刀翼的前排錐形齒出露高度大于其它所述刀翼的前排圓片剪切齒出露高度,且其高度差小于2毫米。

進(jìn)一步，所述僅有錐形齒的刀翼還包括后排錐形齒，所述僅有錐形齒的刀翼的后排錐形齒分布于所述僅有錐形齒的刀翼的輪廓的內(nèi)錐、鼻部和臺肩部位，所述僅有錐形齒的刀翼的前排錐形齒和后排錐形齒之間設(shè)置有小于2毫米的高度差且該前排錐形齒高于該后排錐形齒。

作為優(yōu)選，所述刀翼的前排錐形齒與切削面之間設(shè)置有角度為-17°～+17°的側(cè)傾角和角度為0～+17°的前傾角，所述后排錐形齒與切削面之間之間設(shè)置有角度為-8°～+8°的前傾角。

作為優(yōu)選，以所述刀翼切削時的旋轉(zhuǎn)方向為前方，所有的所述刀翼中至少包括兩個前排齒為圓片剪切齒、后排齒為錐形齒的刀翼，所述圓片剪切齒分布于所述刀翼輪廓的內(nèi)錐、鼻部、臺肩和保徑部位，該刀翼后排錐形齒分布于對應(yīng)所述刀翼的輪廓的內(nèi)錐、鼻部和臺肩部位；該刀翼的前排圓片剪切齒的出露高度比后排錐形齒的出露高度大,且其高度差小于2毫米，所述兩個刀翼的中心線在所述鉆頭本體的圓周方向上的夾角角度為160°～200°。

進(jìn)一步，所述圓片剪切齒與切削面之間設(shè)置有角度為-17°～+35°的后傾角和角度為-17°～+17°的側(cè)傾角，所述后排錐形齒與切削面之間設(shè)置有角度為-8°～+8°的前傾角。

優(yōu)選地，所述錐形齒和所述圓片剪切齒均為聚晶金剛石復(fù)合齒或由多晶超研磨材料制造的復(fù)合齒，所述鑿形齒和所述平頭齒為硬質(zhì)合金齒。

優(yōu)選地，所述牙輪的數(shù)量至少為一個，并且其切削齒的最外輪廓包絡(luò)線在所述鉆頭本體的固定切削齒的最外輪廓包絡(luò)線之外，且兩者之間的距離為0.8～2.5毫米。

具體地，所述牙輪的中軸線與所述鉆頭本體的中軸線之間的夾角角度為25°～68°。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、將牙輪鉆頭的沖擊破碎和混合布齒的刀翼結(jié)構(gòu)鉆頭的犁削、剪切運動相結(jié)合，實現(xiàn)井底預(yù)破碎，保證固定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，降低固定切削齒的沖擊載荷，減少了固定切削齒沖擊損壞的幾率，提高鉆頭切削效率和機械鉆速；

2、混合布齒的刀翼結(jié)構(gòu)鉆頭，增強了鉆頭本體在粘塑夾層和硬塑性夾層的鉆井效率和切削齒的承載能力；提高了鉆頭刀翼的壽命，有利于延長混合式鉆井鉆頭壽命；

3、鉆頭在工作過程中產(chǎn)生的沖擊載荷較多的由牙輪切削齒承受，進(jìn)一步降低了PDC復(fù)合片的沖擊載荷，減少了PDC復(fù)合片沖擊破損的幾率，從而提高鉆頭的整體切削效率和機械鉆速。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)的混合鉆頭的俯視圖；

圖2是傳統(tǒng)的混合鉆頭的側(cè)視圖；

圖3是傳統(tǒng)的混合鉆頭的切削結(jié)構(gòu)分布側(cè)視圖；

圖4是本發(fā)明所述刀翼與牙輪布置位置的示意圖；

圖5是本發(fā)明所述錐形齒和圓片剪切齒在刀翼輪廓的分布方法和特征的示意圖；

圖6是本發(fā)明所述實施例一中混合式鉆井鉆頭的俯視圖；

圖7是本發(fā)明所述實施例一中混合式鉆井鉆頭的側(cè)視圖；

圖8是本發(fā)明所述實施例二中混合式鉆井鉆頭的俯視圖；

圖9是本發(fā)明所述實施例三中混合式鉆井鉆頭的俯視圖；

圖10是本發(fā)明所述實施例三中混合式鉆井鉆頭的側(cè)視圖；

圖11是本發(fā)明所述實施例四中混合式鉆井鉆頭的俯視圖；

圖12是本發(fā)明所述各實施例中圓片剪切齒在刀翼上的后傾角變化示意圖；

圖13是本發(fā)明所述各實施例中錐形齒在刀翼上的前傾角變化示意圖；

圖14是圖6中刀翼13的錐形齒和刀翼32的圓片剪切齒的出露高差在同一半徑位置的前后關(guān)系圖。

圖15是描述圖14中錐形齒和圓片剪切齒的出露高差示意圖，反映了圖6中刀翼13的錐形齒和刀翼32的圓片剪切齒鉆井時的軌跡關(guān)系。

圖16是圖8所述實施例中刀翼60上圓片剪切齒和錐形齒的出露高差在同一半徑位置的前后關(guān)系圖。

圖17是描述圖16中圓片剪切齒和錐形齒的出露高差示意圖,反映了圖8所述實施例中刀翼60上圓片剪切齒和錐形齒的出露高差在鉆井時的井底軌跡示意圖。

圖18是圖11所述實施例中在僅有錐形齒的刀翼上有后排錐形齒，描述在 同一刀翼上前、后排錐形齒的出露高差在同一半徑位置的前后關(guān)系圖。

圖19是描述圖18中前排錐形齒和后排錐形齒的出露高差示意圖,反映了圖11中在同一刀翼113上前、后排錐形齒鉆井時形成的井底軌跡示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

圖1、圖2、圖3所示的是申請?zhí)枮?00880016630.0的中國專利文獻(xiàn)中的混合鉆頭，包括鉆頭本體5、刀翼200、牙掌300和牙輪100，刀翼200和牙掌300均與鉆頭本體5的上端固定連接。圖1和圖2以不同的方式描述了兩刀翼和雙牙輪組合的混合鉆頭；圖3簡化描述了牙輪上的切削齒和刀翼上剪切齒的分布方式，反映了國內(nèi)外傳統(tǒng)混合鉆頭特點。

為了便于各實施例的描述，各實施例中各部件的標(biāo)號均按照附圖所示的標(biāo)注進(jìn)行描述，下述各實施例中的牙輪、牙掌、刀翼均與圖1、圖2、圖3中的牙輪100、牙掌300和刀翼200對應(yīng)。

如圖6和圖7所示，本發(fā)明所述混合式井下鉆井鉆頭包括鉆頭本體5、前排有圓片剪切齒的刀翼32和僅有錐形齒的刀翼13、牙掌10和牙輪11；其均與鉆頭本體5固定連接，牙掌10的下端與鉆頭本體5的側(cè)壁固定連接，牙輪11的軸頸與牙掌10的上端通過軸承轉(zhuǎn)動連接(參看圖4)；在圖7中牙輪11通過軸頸與牙掌10的上端可轉(zhuǎn)動連接，牙掌10的下端與鉆頭本體5的側(cè)壁固定連接；圖4中牙輪11的中軸線4與鉆頭本體5的中軸線6之間設(shè)置有夾角B，圖4中切削齒分布描述了圖7牙輪切削齒和前排有圓片剪切齒的刀翼32在刀翼上的分布方法。在圖5中反映了圖6前排有圓片剪切齒的刀翼32和僅有錐形齒的刀翼13在刀翼輪廓的分布方式。在圖6和圖7中前排有剪切齒的刀翼32和僅有錐形齒的刀翼13設(shè)置有多個圓片剪切齒7和多個錐形齒8，牙輪11上設(shè)置有多個鑿 形齒3和平頭齒2。

通過圖6、圖8、圖9、圖11描述反映鉆頭本體上5至少包括僅有錐形齒的刀翼13、刀翼53、刀翼83、刀翼113、錐形齒分布于刀翼輪廓的內(nèi)錐、鼻部和臺肩部位；僅有錐形齒的刀翼13、刀翼53、刀翼83、刀翼113上有后排齒為錐形齒，每個刀翼至少有一個后排錐形齒(參考圖11、圖18和圖19)；前排錐形齒和后排錐形齒之間設(shè)置有小于2毫米的高度差，以刀翼13、刀翼53、刀翼83、刀翼113的切削方向為前，刀翼13、刀翼53、刀翼83、刀翼113的前排錐形齒與切削面之間設(shè)置有側(cè)傾角和前傾角，側(cè)傾角的角度為-17°～+17°，前傾角的角度為0～+17°；通過圖18和圖19的描述了同一刀翼上設(shè)置有前排錐形齒和后排錐形齒排列方法，僅有錐形齒的刀翼13、刀翼53、刀翼83刀翼113上有后排齒為錐形齒，每個刀翼至少有一個后排錐形齒；后排錐形齒設(shè)置有前傾角，前傾角的角度為-8°～+8°。

通過圖5、圖6、圖8、圖9、圖11描述鉆頭本體5上至少包括兩個前排齒為圓片剪切齒的刀翼32、刀翼52、刀翼60和刀翼132，圓片剪切齒分布于刀翼輪廓的內(nèi)錐、鼻部、臺肩和保徑部位；兩個前排齒為圓片剪切齒的刀翼32、刀翼53、刀翼60和刀翼132在鉆頭本體5的圓周方向上的夾角角度為160°～200°。在圖8和圖11的兩個前排齒為圓片剪切齒刀翼60和刀翼132的上有后排齒為錐形齒，后排錐形齒分布于刀翼輪廓的鼻部到臺肩部位，該刀翼的前排圓片剪切齒的出露高度比后排錐形齒的出露高度大,且其高度差小于2毫米，以刀翼60和刀翼132切削方向為前，圓片剪切齒與切削面設(shè)置有后傾角和側(cè)傾角，圓片剪切齒的后傾角的角度為-17°～+35°，圓片剪切齒側(cè)傾角的角度為-17°～+17°；通過圖16和圖17的描述同一刀翼上設(shè)置有前排圓片剪切齒和后排錐形齒的排列方法，在刀翼60和刀翼132上有后排錐形齒，后排錐形齒設(shè) 置有前傾角，前傾角的角度為-8°～+8°。

圖4為有圓片剪切齒的刀翼與一個牙輪切削元件布置方法的示意圖，其中包括鉆頭本體5的中軸線6和牙輪中軸線4有一個夾角B，角度B在25度到68度之間，牙輪上的牙輪鑿形齒3和平頭齒2與圓片剪切齒7形成的刮刀的切削結(jié)構(gòu)在同一平面的分布，牙輪鑿形齒3的出露高度大于刀翼上圓片剪切齒7的高度，高度差在0.8毫米到2.5毫米之間，牙輪上的鑿形齒3和平頭齒2位于刀翼輪廓的鼻部和肩部，鉆井時既圍繞牙輪軸線4自轉(zhuǎn)，又圍繞井下鉆頭的中心軸線6公轉(zhuǎn)。

圖5為圓片剪切齒與錐形齒在刀翼上的分布特征，圖中描述了刀翼上圓片剪切齒和錐形齒投影到一個平面上的分布方法的一個實例：刀翼上錐形齒81分布于刀翼輪廓的內(nèi)錐、鼻部和臺肩部位；圓片剪切齒85分布于刀翼輪廓的內(nèi)錐、鼻部、臺肩和保徑部位(含有主動保徑和被動保徑)，圓片剪切齒85位于刀翼輪廓的主動保徑，圓片剪切齒185位于刀翼輪廓的被動保徑，刀翼上錐形齒81和圓片剪切齒85有不同的出露高度，且其高度差小于2毫米，在刀翼輪廓的內(nèi)錐、鼻部、臺肩部位切削元件的出露高度是變化的，錐形齒81在刀翼輪廓的不同部位有變化的側(cè)傾角；錐形齒81有側(cè)傾角，側(cè)傾角的變化范圍在-17～+17度之間變化，混合式鉆井鉆頭所有刀翼上圓片剪切齒和錐形齒形成了刀翼輪廓的全覆蓋。

同時本發(fā)明的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于多種實例，下面結(jié)合附圖給出幾種實施例。

實施例1：

如圖6和圖7所示，公開了一種混合式井下鉆井鉆頭，包括鉆頭本體5,鉆頭本體5包括兩條僅有錐形齒8的刀翼13和兩條其它刀翼32及兩個牙掌10，牙掌10下端與鉆頭本體5焊接成一體，牙掌10的上端設(shè)置軸頸，牙輪11套裝 在軸頸上；牙輪11上有成排分布的鑿形齒3和平頭齒2，牙輪11上的鑿形齒3和平頭齒2位于刀翼輪廓的鼻部和肩部，鉆井時既圍繞牙輪11軸線自轉(zhuǎn)，又圍繞井下鉆頭的中心軸公轉(zhuǎn)，其中牙輪11軸線與鉆頭體5的中心線之間有一個角度在35度在65度之間的夾角，兩條僅有錐形齒8的刀翼13和兩條設(shè)置有前排圓片剪切齒7的刀翼32，僅有錐形齒8的刀翼13的前排錐形齒8出露高度大于其它刀翼32的前排圓片剪切齒7的出露高度,且其高度差小于2毫米。在兩個刀翼之間有噴嘴1，圖7中的刀翼32有被動保徑14，在刀翼32之間有排屑槽9；鉆頭本體5上有接頭15加工有螺紋，鉆井時與井下鉆具組合連接在一起。

實施例2：

如圖8所示，公開了另一種混合式井下鉆井鉆頭，包括鉆頭本體5,鉆頭本體5包括兩條設(shè)置有前排圓片剪切齒77的刀翼60和兩條僅有錐形齒88的刀翼83、兩個牙掌和兩個牙輪61；牙輪61上有成排分布的牙輪鑿形齒66和平頭齒63，牙輪上的鑿形齒66和平頭齒63位于刀翼60輪廓的鼻部和臺肩部，其中牙輪61軸線與井下鉆井鉆頭體5的中心線之間有一個角度在25度到68度之間的夾角；兩個前排布置有圓片剪切齒77的刀翼60上有后排齒，后排齒為錐形齒75，后排齒錐形齒75在刀翼輪廓的位置分布于刀翼輪廓的鼻部和臺肩，在同一刀翼上前排圓片剪切齒77出露高度大于后排錐形齒75的出露高度，其高度差為0到2毫米之間；在兩個刀翼之間有噴嘴80和排屑槽90。在鉆頭本體5上至少有一個刀翼全部布置為錐形齒88；僅有錐形齒88的刀翼83，錐形齒88在刀翼輪廓的位置分布于刀翼輪廓的內(nèi)錐、鼻部和臺肩，參考圖7鉆頭本體5上的固定刀翼13有被動保徑14；固定刀翼之間有排屑槽9；鉆頭本體5上有接頭15加工有螺紋，鉆井時與井下鉆具組合連接在一起。

實施例3：

如圖9和圖10所示，公開了另一種混合式井下鉆井鉆頭，包括鉆頭本體5,鉆頭本體5包括兩條前排有圓片剪切齒44的刀翼52和一條僅有錐形齒45的刀翼53、兩個牙掌33和兩個牙輪35，牙掌33一端與鉆頭本體5焊接成一體，牙掌33的另一端設(shè)置軸頸，牙輪35套裝在軸頸上(參考圖4)；牙輪35上有成排分布有鑿形齒20和平頭齒22，牙輪35上的鑿形齒20和平頭齒22位于刀翼輪廓的鼻部和肩部,鉆井時既圍繞牙輪35軸線自轉(zhuǎn)，又圍繞井下鉆頭的中心軸公轉(zhuǎn)；其中牙輪35軸線與井下鉆井鉆頭體5中心線之間有一個角度在35度到65度之間的夾角；鉆頭本體5上包括兩條前排有圓片剪切齒44的刀翼52和一條僅有錐形齒45的刀翼53，僅有錐形齒45的刀翼53的前排錐形齒出露高度大于其它刀翼52的前排圓片剪切齒44的出露高度,且其高度差小于2毫米。在兩個刀翼之間有噴嘴21。在圖10中固定刀翼53上設(shè)置有被動保徑39；固定刀翼之間有排屑槽30；鉆頭本體5上有接頭41加工有螺紋，鉆井時與井下鉆具組合連接在一起。

實施例4：

如圖11所示，公開了另一種混合式井下鉆井鉆頭，包括鉆頭本體5,鉆頭本體5包括兩條前排有圓片剪切齒124的刀翼132和一條僅有錐形齒的刀翼113、兩個牙掌33和兩個牙輪115，牙輪115上有牙輪鑿形齒128和平頭齒126，牙輪上的鑿形齒128和平頭齒126位于刀翼輪廓的鼻部和肩部，其中牙輪115軸線與鉆頭體5的中心線之間有一個夾角B，角度B在25度在68度之間；鉆頭本體5上包括兩條前排有圓片剪切齒124的刀翼132上設(shè)置有后排齒，后排齒為錐形齒121；后排錐形齒121在刀翼132輪廓的位置分布于刀翼132輪廓的鼻部到臺肩，在同一刀翼上前排為圓片剪切齒124的出露高度大于后排錐形齒121的出露高度，高度差的范圍在0到2毫米之間；僅有錐形齒的刀翼113包括前 排錐形齒118和后排錐形齒119,刀翼113的前排錐形齒118的出露高度大于該刀翼113的后排錐形齒119的出露高度,且其高度差小于2毫米。該刀翼113的前排錐形齒118和后排錐形齒119分布于刀翼輪廓的內(nèi)錐、鼻部和肩部。在兩個刀翼之間有噴嘴130和排屑槽110；在鉆頭本體5上至少有一個刀翼113上全部布置為錐形齒118，錐形齒118在刀翼132輪廓的位置分布于刀翼132輪廓的內(nèi)錐、鼻部和臺肩。鉆頭本體5包括兩條前排有圓片剪切齒124的刀翼132和一條僅有錐形齒的刀翼113設(shè)置都有被動保徑；參看圖10，鉆頭本體5包括縱向向下延伸的三條固定刀翼都有被動保徑39；固定刀翼之間有排屑槽30；鉆頭本體5上有接頭15加工有螺紋，鉆井時與井下鉆具組合連接在一起。

上述四個實例中，每一種實例包含有圓片剪切齒的刀翼，圓片剪切齒可以分布于刀翼輪廓的內(nèi)錐、鼻部、臺肩、主動保徑和被動保徑。

圖12描述了刀翼上圓片剪切齒有不同的后傾角，有正后傾角、0度后傾角和負(fù)后傾角。圓片剪切齒分布在刀翼輪廓的內(nèi)錐、鼻部、臺肩和保徑部位；圓片剪切齒的后傾角是變化的；后傾角的范圍在-17～+35度之間變化。

圖13描述了錐形齒在刀翼的不同部位有不同的前傾角；包括正前傾角，0度前傾角和負(fù)前傾角。錐形齒分布在刀翼輪廓的內(nèi)錐、鼻部、臺肩部位；前排錐形齒與切削面之間設(shè)置有前傾角，前傾角的角度為0～+17°；后排錐形齒與切削面之間設(shè)置有前傾角，前傾角的角度在-8～+8°之間變化。

圖14和圖15描述了圖6和圖9實施例中特點，僅有錐形齒的刀翼13(或53)和前排圓片剪切齒所在的刀翼32(或52)形成的鉆頭，在鉆井過程切削地層的工作方式和形成的井底軌跡示意圖。圓片剪切齒和錐形齒布置在不同的刀翼上，錐形齒有正前傾角，圓片剪切齒有正后傾角。錐形齒與圓片剪切齒有高度差L大于M，其差值在0到2毫米之間。圓片剪切齒與切削面設(shè)置有后傾角和 側(cè)傾角，圓片剪切齒的后傾角的角度變化在-17°～+35°之間，圓片剪切齒側(cè)傾角的角度在-17°～+17°之間變化；錐形齒設(shè)置有前傾角；前傾角的角度在0～+17°之間變化。

圖16和圖17描述了圖8和圖11中實施例中刀翼60和刀翼132上前排為圓片剪切齒，后排為錐形齒，圓片剪切齒和錐形齒在同一刀翼形成的鉆頭，在鉆井過程切削地層的工作方式和形成的井底軌跡示意圖。圓片剪切齒在刀翼的前排有正后傾角，錐形齒為后排齒有前傾角；圓片剪切齒與切削面設(shè)置有后傾角和側(cè)傾角，圓片剪切齒的后傾角的角度變化在-17°～+35°之間，圓片剪切齒側(cè)傾角的角度在-17°～+17°變化；后排錐形齒的前傾角的范圍在±8度之間；圓片剪切齒和錐形齒有切深差N，N值在0～2毫米之間。

圖18和圖19描述了圖6、圖8、圖9和圖11中實施例中刀翼13、刀翼53刀翼83和刀翼132在鉆頭上為僅有錐形齒的刀翼；在僅有錐形齒刀翼上增加后排錐形齒，前排錐形齒有正前傾角，后排錐形齒有負(fù)前傾角；通過圖18和圖19描述了圖11中所述僅有錐形齒的刀翼113,包括前排錐形齒118、后排錐形齒119,在同一刀翼上排列形成的鉆頭；反映僅有錐形齒的刀翼在鉆井過程切削地層的工作方式和形成的井底軌跡示意圖。前排錐形齒切深L1與后排錐形齒切深L2的差值在0～2毫米之間。

本發(fā)明錐形齒和圓片剪切齒中，存在多晶超研磨材料，多晶超研磨材料包括人造金剛石和天然金剛石顆粒、人造金剛石和天然金剛石單晶和微粒的混合，含有立方氮化硼等多晶超研磨材料；在實例中，多晶超研磨材料和硬質(zhì)合金基體在高溫/高壓(“HTHP”)的工藝過程中使用的催化劑材料，能夠形成希望的多晶超研磨材料的錐形齒和多晶超研磨材料的圓片剪切齒。

在上述形成多晶超研磨材料的高溫/高壓(“HTHP”)的工藝過程，在可加 熱的高溫/高壓的壓力機中完成。一般高溫達(dá)1420℃的溫度條件下，高壓大約在5.5GPa～7.8GPa之間的高壓力條件下；盡管高溫/高壓(HTHP)工藝的準(zhǔn)確操作參數(shù)將根據(jù)正在使用的各種材料的具體成分和數(shù)量而發(fā)生變化。在高溫/高壓的壓力機中的壓力可以在設(shè)定的具體恒定的高溫/高壓(“HTHP”)條件下，維持大約在50秒～21分鐘的時間內(nèi)，能夠形成多晶超研磨材料的錐形齒和多晶超研磨材料的圓片剪切齒。

本發(fā)明的鉆頭工作時，將牙輪鉆頭的沖擊壓入和混合齒刀翼鉆頭的刮削運動相結(jié)合，牙輪切削齒實現(xiàn)井底預(yù)破碎，保證固定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，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，提高鉆頭切削效率和機械鉆速；同時，混合齒刀翼鉆頭的布齒結(jié)構(gòu)，補強了混合式鉆井鉆頭刀翼中心的切削能力和適應(yīng)能力，增強了混合式鉆井鉆頭在復(fù)雜地層和夾層地層中快速鉆進(jìn)的能力，有利于提高混合式鉆井鉆頭的機械鉆速。

本發(fā)明的技術(shù)方案不限于上述具體實施例的限制，凡是根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的技術(shù)變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。