專利名稱：一種混合鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于石油、天然氣等方面鉆井用的鉆頭，該鉆頭由取芯式金剛石鉆頭和球形單牙輪鉆頭組合而成。
美國專利5,016,718和5,176,212中提到由取芯式金剛石鉆頭和三牙輪鉆頭組合而成的混合鉆頭。這種混合鉆頭具有如下缺點(diǎn)首先，三牙輪鉆頭靠沖擊和刮擠方式破碎巖石，產(chǎn)生的沖擊力會(huì)損壞金剛石齒，降低鉆頭使用壽命。其次，三牙輪鉆頭牙輪的轉(zhuǎn)速快于鉆頭轉(zhuǎn)速，其軸承一般不適于高轉(zhuǎn)速，限制了金剛石齒以最佳線速度切削地層。再者，三牙輪鉆頭的尺寸不能太小，否則牙掌軸頸因尺寸太小而承受不了應(yīng)承受的鉆壓。此外，取芯式金剛石鉆頭腔壁上排屑孔的入口和出口相等，三牙輪鉆頭破碎巖芯所產(chǎn)生的巖屑容易堵塞排屑孔。美國專利3,424,258提到取心式金剛石鉆頭和錐形單牙輪鉆頭組合而成的混合鉆頭，該混合鉆頭的錐形單牙輪鉆頭在井底的運(yùn)動(dòng)軌跡類似于三牙輪鉆頭的一個(gè)牙輪，破碎巖石的主要方式也類同于三牙輪鉆頭，是沖擊和刮擠。
本實(shí)用新型的目的在于提出一種由取芯式金剛石鉆頭和球形單牙輪鉆頭組合而成的混合鉆頭，具有延長鉆頭使用壽命，使鉆頭尺寸足夠小，適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，解決巖屑堵塞排屑孔的問題，獲得最佳鉆速的作用。
球形單牙輪鉆頭軸承尺寸大，能承受較大的鉆壓，牙輪轉(zhuǎn)速比鉆頭轉(zhuǎn)速低60％～80％，可承受較高的鉆頭轉(zhuǎn)速，鉆頭主要以切削方式破碎巖石，輔以壓碎，牙輪表面相對(duì)于井底有很大的滑移運(yùn)動(dòng)。取芯式金剛石鉆頭沒有轉(zhuǎn)動(dòng)件，適用于高轉(zhuǎn)速；由于其屬于切削型鉆頭，切削齒在井底是以單純的周向切削方式破碎巖石，在井底形合一圈圈的同心圓破碎帶；切削齒從鉆頭中心至外緣線速度從零增至最大；取芯式金剛石鉆頭切削齒的圓周半徑相近，切削運(yùn)動(dòng)的線速度相近，有利于鉆頭以最佳轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，充分發(fā)揮金剛石鉆頭的優(yōu)勢(shì)。因而，由破碎巖石方式相近的取芯式金剛石鉆頭和球形單牙輪鉆頭組合而成的混合鉆頭具有延長鉆頭使用壽命，適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，解決巖屑堵塞排屑孔的問題，獲得最佳鉆速的作用。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案混合鉆頭由取芯式金剛石鉆頭和球形單牙輪鉆頭組合而成。取芯式金剛石鉆頭為取芯式PDC鉆頭、取芯式TSP鉆頭或取芯式ND鉆頭。取芯式金剛石鉆頭上體內(nèi)腔壁上開有排屑孔。排屑孔為圓形，矩形，橢圓形或其它封閉曲線組合的圖形。排屑孔的入口小出口大。取芯式金剛石鉆頭下體內(nèi)腔壁上有耐磨材料，耐磨材料燒結(jié)、鑲裝或焊接在下體內(nèi)腔壁上。球形單牙輪鉆頭直徑小于取芯式金剛石鉆頭下體最小內(nèi)徑，其差值為5～10mm。球形單牙輪鉆頭通過焊接或絲扣連接在取芯式金剛石鉆頭內(nèi)腔里。球形單牙輪鉆頭與取芯式金剛石鉆頭同軸。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型結(jié)合了取芯式金剛石鉆頭和球形單牙輪鉆頭的優(yōu)點(diǎn)，具有如下有益效果球形單牙輪鉆頭的破巖方式與取芯式金剛石鉆頭相近，對(duì)金剛石齒的損害程度小，可延長鉆頭壽命；由于球形單牙輪鉆頭牙輪軸頸尺寸較大，可承受較高的鉆壓，可使混合鉆頭尺寸足夠小，獲得最佳鉆速，并適應(yīng)高轉(zhuǎn)速。排屑孔出口由小變大呈扇形，有利于排屑，可解決巖屑堵塞的問題。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例作進(jìn)一步說明


圖1是混合鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是取芯式金剛石鉆頭上體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是取芯式金剛石鉆頭下體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是
圖1的A-A剖面圖；圖5是混合鉆頭的仰視圖；圖6是球形單牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是球形單牙輪鉆頭內(nèi)腔入口示意圖；圖中1.混合鉆頭；2.上體；3.下體；4.排屑孔；5.上體上端絲扣；6.內(nèi)端絲扣；7.絲扣；8.內(nèi)孔；9.流道；10.金剛石切削齒；11.噴嘴；12.硬質(zhì)合金齒；13.耐磨合金層；14.排屑槽；15.牙輪；16.牙齒；17.內(nèi)腔；18.六棱內(nèi)孔；19.噴嘴；20.噴嘴混合鉆頭(1)由取芯式金剛石鉆頭和球形單牙輪鉆頭組成。取芯式金剛石鉆頭分為上體(2)和下體(3)。上體腔壁上開有入口小出口大的扇形排屑孔(4)，上端絲扣(5)用于與鉆柱相聯(lián)，內(nèi)端絲扣(6)用于與球形單牙輪鉆頭相聯(lián)，內(nèi)孔(8)與鉆柱內(nèi)孔相聯(lián)，引導(dǎo)鉆井液進(jìn)入流道(9)和球形單牙輪鉆頭內(nèi)腔(17)；下體(3)的下端面布置金剛石切削齒(10)(本實(shí)施例中采用的是PDC切削齒)和噴嘴(11)，內(nèi)外保徑面上布置硬質(zhì)合金齒(12)，內(nèi)壁面上堆焊耐磨合金層(13)，上體(2)與下體(3)相焊，構(gòu)成取芯式金剛石鉆頭，其外表面有排屑槽(14)。球形單牙輪鉆頭有牙輪(15)，其上有牙齒(16)，絲扣(7)用于與絲扣(6)相聯(lián)，內(nèi)腔(17)入口段為六棱內(nèi)孔(18)，六棱形扳手可插入該孔用于上緊球形單牙輪鉆頭，內(nèi)腔(17)與噴嘴(19)和(20)相通，噴嘴(19)用于清潔牙輪，防止泥包，噴嘴(20)用于輔助破巖。球形單牙輪鉆頭直徑小于下體(3)最小內(nèi)徑5～10mm，從而使球形單牙輪鉆頭可從取芯式金剛石鉆頭的下端放入或取出。取芯式金剛石鉆頭在井底鉆進(jìn)時(shí)開掘出一環(huán)形溝槽，從而產(chǎn)生出一巖芯，球形單牙輪鉆頭攪碾破碎該巖芯，巖芯碎屑從排屑孔(4)進(jìn)入環(huán)形空間，與金剛石齒(10)切削出的巖屑一道返至地面。排屑孔(4)入口小而出口大呈扇形，可防止形狀不規(guī)則的巖屑在孔內(nèi)翻滾而堵塞排屑孔，大于入口尺寸的巖屑可在牙輪齒(16)與耐磨合金層(13)的攪碾下變小而排出。
權(quán)利要求1.一種混合鉆頭，其特征在于該鉆頭由取芯式金剛石鉆頭和球形單牙輪鉆頭組合而成，球形單牙輪鉆頭通過焊接或絲扣連接到取芯式金剛石鉆頭內(nèi)腔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合鉆頭，其特征在于取芯式金剛石鉆頭為取芯式PDC鉆頭、取芯式TSP鉆頭或取芯式ND鉆頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的取芯式金剛石鉆頭，其特征在于鉆頭上體腔壁上開有排屑孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的取芯式金剛石鉆頭，其特征在于排屑孔為圓形，矩形，橢圓形或其它封閉曲線組合的圖形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的取芯式金剛石鉆頭，其特征在于排屑孔的入口小出口大。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的取芯式金剛石鉆頭，其特征在于鉆頭下體內(nèi)腔壁上有耐磨材料，耐磨材料燒結(jié)、鑲裝或焊接在鉆頭下體內(nèi)腔壁上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合鉆頭，其特征在于球形單牙輪鉆頭直徑小于取芯式金剛石鉆頭下體最小內(nèi)徑，其差值為5～10mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合鉆頭，其特征在于球形單牙輪鉆頭與取芯式金剛石鉆頭同軸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合鉆頭，其特征在于球形單牙輪鉆頭絲扣端內(nèi)孔為六棱孔。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于石油、天然氣或其它用途的鉆井用混合鉆頭,該鉆頭由取芯式金剛石鉆頭和球形單牙輪鉆頭組合而成。取芯式金剛石鉆頭切削地層開掘出一環(huán)狀溝槽,由此產(chǎn)生一個(gè)巖芯,其內(nèi)腔里的球形單牙輪鉆頭破碎該巖芯,并與取芯式金剛石鉆頭內(nèi)腔壁面上的耐磨合金一起研磨較大體積的巖屑,巖屑從排屑孔排出。取芯式金剛石鉆頭與球形單牙輪鉆頭破巖機(jī)理相似,可延長鉆頭使用壽命,提高機(jī)械鉆速。
文檔編號(hào)E21B10/00GK2386178SQ9923736
公開日2000年7月5日 申請(qǐng)日期1999年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月23日
發(fā)明者李林 申請(qǐng)人:江漢石油鉆頭股份有限公司