[实用新型]一种镶齿牙轮混合钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及到一种用于石油、天然气和地质钻井用的镶齿牙轮混合钻头，该钻头适用于在硬地层和夹层地层的钻井。

背景技术

在现有技术中，当钻井遇到硬地层时，常用的PDC金刚石钻头主要是通过刮削运动方式来实现井下钻进，金刚石钻头的鼻部和肩部上主要的切削元件很难有效吃入井底岩石，金刚石钻头的机械钻速将变得非常缓慢；而牙轮钻头以冲击压碎方式破碎岩石，容易使岩石产生较深的破碎齿坑，但由于地层硬，不能使岩石产生体积破碎，牙轮钻头的机械钻速也很慢。另一方面，当钻头遇到一些软硬夹层较多的地层时，PDC金刚石钻头的切削元件极易受到冲击破损，为了应对这种情况，中国专利文献CN200880016630.0公开了由牙轮钻头和PDC金刚石钻头组合而成的混合钻头，该混合钻头虽有较强的综合性能，但牙轮和金刚石钻头的结构配置还不尽合理，一方面，由于牙轮钻头特有冲击压碎的破岩机理，牙轮旋转产生的冲击载荷易导致金刚石钻头部分的切削元件固定切削齿破碎，从而导致钻头机械钻速的降低；另一个方面由该钻头布齿结构决定，牙轮整体尺寸较小，牙轮轴承尺寸也相应变小，且牙轮在井底旋转速度快，轴承承受交变应力的频率相对于大尺寸牙轮轴承更多，从而加快该混合钻头轴承失效，影响钻头的有效使用寿命，导致钻头提前起钻。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种镶齿牙轮混合钻头，它不仅综合性能强，能对井底岩石进行有效地预破碎，使得固定切削齿能有效吃入岩石，而且牙轮和刀翼的布齿结构合理，能减少对钻头固定切削齿的冲击，增强钻头的切削效率和机械钻速，提高钻头使用寿命。

本实用新型为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

包括有钻头体，钻头体上设置周向间隔的刀翼和喷嘴，刀翼从内至外划分为鼻部、肩部和保径段，刀翼上安设有固定切削齿，在至少一对相邻的刀翼之间安设有牙掌，牙掌上端与钻头体相联成一体，牙掌的下端安设有牙轮，其特征在于所述的牙轮为镶齿牙轮，所述的牙轮切削齿构成的最外轮廓包罗线覆盖整个井底，牙轮上最靠外的切削齿与刀翼保径段上的固定切削齿共同参与切削井壁岩层。

按上述方案，安设在牙轮上的最内牙轮切削齿位于或靠近所述的钻头体旋转中心轴线，所述的固定切削齿的最外轮廓包罗线与所述的牙轮切削齿的最外轮廓包罗线大致重合或部分重合。

按上述方案，所述刀翼鼻部和肩部的固定切削齿最外轮廓包罗线与牙轮切削齿对应部位的最外轮廓包罗线之间的单边距离为0.3~1毫米；通常牙轮切削齿对应刀翼鼻部和肩部部位的最外轮廓包罗线高出或大于刀翼鼻部和肩部的固定切削齿最外轮廓包罗线的单边距离为0.3~1毫米。

按上述方案，所述的牙轮切削齿的最外轮廓包罗线与刀翼固定切削齿的最外轮廓包罗线之间的单边距离为0.3~1毫米。

按上述方案，所述的牙轮切削齿与固定切削齿在井底形成的切削轨迹相交错。

按上述方案，所述的刀翼为2~4个，所述的牙轮的为1~2个。

按上述方案，在刀翼的外周面上间隔或交错间隔安设平顶保径齿。

按上述方案，在牙掌的外周面上间隔或交错间隔安设平顶保径齿。

按上述方案，所述的牙轮切削齿为硬质合金齿，或硬质合金和聚晶金刚石复合齿,齿形为勺形齿、楔形齿、偏楔齿或圆锥齿。

按上述方案，所述的牙轮的旋转轴线与钻头体的旋转中心轴线成30°~70°的夹角。

按上述方案，所述的固定切削齿为金刚石复合片。

本实用新型的有益效果在于：1、在钻头鼻部和肩部区域，将牙轮钻头的冲击压入和金刚石钻头的刮削运动相有机结合，实现井底预破碎，保证金刚石切削齿有效吃入岩石，消除钻头在一些特殊地层发生粘滑现象；2、通过对牙轮和刀翼固定切削齿的合理布齿，能降低固定切削齿的冲击载荷，减少固定切削齿冲击破损的几率，从而提高钻头切削效率和机械钻速，3、由于牙轮切削齿的井底覆盖区域大，牙轮外形尺寸较大，因而牙轮轴承轴尺寸增大，牙轮轴承的承载能力高，钻头使用寿命长。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例倒置时的立体图。

图2为本实用新型一个实施例倒置时的俯视图。

图3为牙轮切削齿与固定切削齿的最外轮廓包罗线的投影图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

包括有钻头体1，钻头体上安设2个刀翼2，并配置喷嘴3，刀翼2从内至外从鼻部始向外延伸至肩部和保径段；刀翼各部位上安设有固定切削齿4，固定切削齿为圆块状金刚石复合片，在刀翼的外周面上间隔安设平顶保径齿；在各相邻刀翼之间安设有牙掌7，牙掌上端与钻头体焊接成一体，牙掌的下端设置轴颈，牙轮6套装在轴颈上并通过钢珠轴向锁定，牙轮和刀翼沿周向相互交错安设；所述的牙轮为镶齿牙轮，牙轮6上安设有牙轮切削齿5，牙轮切削齿5组成的最外轮廓包罗线11覆盖整个井底，安设在牙轮上的最内牙轮切削齿靠近所述的钻头体旋转中心轴线；所述的牙轮切削齿为硬质合金和聚晶金刚石复合齿，齿形为勺形齿；所述的牙轮切削齿的最外轮廓包罗线11在所述的刀翼固定切削齿的最外轮廓包罗线10之外，牙轮切削齿的最外轮廓包罗线10与固定切削齿的最外轮廓包罗线9之间的距离H为0.3~1.0毫米；所述的牙轮上最靠外的切削齿与刀翼保径段上的固定切削齿共同参与切削井壁岩层，且所述的牙轮切削齿与固定切削齿在井底形成的切削轨迹相交错。所述的牙轮的旋转轴线9与钻头体的旋转中心轴线8的夹角                                                为45°~60°。