[实用新型]一种具有冲击切削结构的牙轮复合钻头

说明书

技术领域

本实用新型属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备用破岩工具领域。

背景技术

钻头是钻井工程中用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具。三牙轮钻头和冲旋钻头（也称旋冲钻头或钎头）是常用的破岩工具。

三牙轮钻头主要以压碎（牙齿压入岩石造成岩石破碎）的形式破岩，适用的地层范围较宽，但能量利用率不高，破岩效率相对较低。特别是在深部地层钻进时，在高密度钻井液作用条件下井底的岩屑压持效应十分明显，牙齿难以压入地层并形成有效的破碎，钻头机械钻速受到很大限制。轴承寿命低是制约三牙轮钻头使用寿命的主要因素之一。三牙轮钻头需要大钻压才能保证较高的破岩效率，所以轴承的载荷幅值高，同时牙轮上牙齿交替破碎岩石的工作原理必然导致钻头的轴向或纵向振动，以及较大幅度的轴承载荷波动。加之牙轮钻头轴承在井下的工作环境恶劣，轴承密封的寿命难以保障，因此三牙轮钻头的轴承寿命相对较短。

冲旋钻头是冲旋钻井中配合潜孔冲击器（即潜孔锤）使用的固定齿破岩工具。冲旋钻头上没有可运动部件，钻头体上固结了一定数量的能够覆盖井底待破碎区域的切削齿。切削齿主要为与牙轮钻头牙齿形状相似的硬质合金或金刚石复合牙齿。冲旋钻头的破岩机理与牙轮钻头的压碎机理有显著的区别。冲旋钻头依靠其牙齿的瞬间冲击力实现对井底岩石的破碎。冲旋钻头的上端连接着潜孔冲击器，潜孔冲击器在工作时，其冲锤在循环流体（钻井液或气体循环介质）的作用下往复运动，反复撞击钻头或钎头，从而为与井底岩石相接触的钻头牙齿提供了脉动冲击载荷，岩石在牙齿的瞬间冲击力作用下发生破碎。由于钻头的冲击载荷依赖于潜孔冲击器，所以，冲旋钻头工作过程中不需要施加很大的钻压（这一特点与牙轮钻头有着显著区别，牙轮钻头必须在大钻压下才能获得较高的破岩效率），只需用很小的钻压将钻头压在井底即可。通常情况下，冲旋钻头在脆性地层特别是较硬的脆性地层钻进时能取得较高的破岩效率。此外，在地层倾角较大的易斜地层，采用冲旋钻头钻进有利于减小井斜趋势。但由于冲旋钻头为固定齿钻头，当有少量切削齿损坏失效时，其负责破碎的井底区域将无法破碎，这将影响整个钻头的破岩效率和钻进能力，少量切削齿的失效会很快引起钻头体的损害，进而影响钻头的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种具有冲击切削结构的牙轮复合钻头，在牙轮切削结构钻头上增加冲击切削结构，复合式钻头在冲击和压碎的联合作用下能提高破岩效率，增加钻头使用寿命，特别是在强度较高、研磨性较强的难钻地层中具有明显的技术优势。

本实用新型目的通过下述技术方案来实现：

一种具有冲击切削结构的牙轮复合钻头（简称复合钻头），包括钻头体和设置在钻头体上的牙轮切削结构，所述钻头体上还设置有冲击切削结构，冲击切削结构包括传递冲击力的传力机构以及冲击切削齿，冲击切削齿固结在传力机构末端的冲头上，所述冲头能在冲击力传递方向上相对于钻头体做滑动或滑动冲击。