[实用新型]一种牙轮PDC复合钻头

说明书

技术领域

本实用新型属于石油钻井机械技术领域，具体涉及一种攻击性强、岩石破碎效率高、使用寿命长的牙轮PDC(聚晶金刚石复合片)复合钻头。

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，钻头的好坏直接影响到钻井的质量和钻井的效率。现今钻井工程中所使用的钻头主要有PDC(聚晶金刚石复合片)钻头和牙轮钻头。

PDC钻头是人造聚晶金刚石复合片钻头，PDC钻头上的切削齿固接在钻头体上，切削齿与钻头体相对固定，PDC片是圆柱形硬质合金，齿顶部复合有2mm左右厚的金刚石层，用金刚石层切削破碎岩石，在低钻压高转速条件下PDC钻头的齿切削破碎岩石，PDC复合片是现有岩石钻头切削中效率最高寿命最长的，缺点是钻头承受较大扭矩易产生回旋现象而损坏PDC片，特别是钻到软硬交错或含有砾石岩层时更易损坏PDC片。

牙轮钻头上的牙轮通过轴承系统与钻头体形成转动连接，钻头工作时，钻头体旋转带动牙轮绕钻头轴线转动的同时，牙轮还会绕自身的轴线转动，牙轮上的切削齿在上述两种运动的合成下作复杂的复合运动，牙轮钻头属非固定切削结构钻头。牙轮钻头工作时切削齿交替接触井底，破岩扭矩小，切削齿与井底接触面积小，比压高，易于吃入地层；工作刃总长度大，因而相对减少磨损。牙轮钻头能够适应从软到坚硬的多种地层。

钻头体上同时具有固定切削结构和牙轮结构(非固定切削结构)的复合钻头是近年来逐渐兴起并推广应用的新型破岩工具。复合钻头钻进过程中，牙轮绕钻头轴线旋转的同时还绕自身的轴线自转，牙轮上的切削齿在复杂的复合运动下与井底岩石互作用。如申请号为CN201110390021.的中国专利公开了一种具有旋切破岩功能的复合钻头，其结构如附图1所示，其包括旋切钻头、PDC钻头、牙轮钻头的复合，包括主体01、旋切钻头牙轮02、旋切钻头切削齿03、PDC钻头刀翼04、PDC切削齿05、储油囊06、喷嘴07，旋切钻头的旋切牙轮02的安装面与钻头主体01上的牙轮轴颈连接，旋切牙轮的数目≥1；旋切牙轮的工作面朝向井壁与井底；复合钻头基于旋切钻头结构，旋切钻头覆盖复合钻头中心和井眼外围，PDC钻头是在井眼外围范围在旋切钻头的旋切牙轮间设置的PDC钻头副刀翼；井眼外围部分的钻进由旋切钻头和PDC钻头副刀翼的切削齿共同完成，旋切牙轮的大圈齿完成井眼中心位置的钻进。其存在一定的缺点：1、岩石破碎效率低，攻击力差，PDC切削齿易损坏，钻头使用寿命短；2、切削屑不易排出。

综上，目前需要一种新型的运用于石油、天然气勘探开发的钻头，以满足生产需求。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种牙轮PDC复合钻头，其采用牙轮钻头与PDC钻头相复合的形式，PDC钻头又包括有心部PDC刀翼钻头和冠部PDC刀翼钻头，从而使其岩石破碎效率高、岩石攻击力强、不易损坏PDC复合片，使用寿命长。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种牙轮PDC复合钻头，包括钻头本体，所述钻头本体由牙轮钻头和PDC钻头复合而成，所述钻头本体的下部设有用于连接钻柱的连接螺纹；其特征在于，所述PDC钻头包括至少一个冠部PDC刀翼和至少一个与冠部PDC刀翼对应设置的心部PDC刀翼，所述冠部PDC刀翼和心部PDC刀翼呈辐射状均匀交错地分布于所述钻头本体的头部，且冠部PDC刀翼向钻头本体连接螺纹的方向延伸；所述冠部PDC刀翼和心部PDC刀翼均具有凸面切削齿面,且凸面切削齿面的相同一侧都均匀分布有多个PDC复合片；所述牙轮钻头包括至少一个具有切削齿的牙轮，所述牙轮对应设置在所述心部PDC刀翼的外围；所述冠部PDC刀翼、心部PDC刀翼和牙轮钻头之间形成切屑流道。其通过设置心部PDC刀翼大大提高了钻头的破岩性能。

优选的方案，所述心部PDC刀翼具有大小不等的两个弧形端部，且心部PDC刀翼的大弧形端部向小弧形端部由外向内延伸，且心部PDC刀翼从大弧形端部到小弧形端部整体向下倾斜设置。设置弧形的心部PDC刀翼，能使刀翼受力均匀，避免出现应力集中现象，延长钻头的使用寿命。

进一步优选的方案，所述心部PDC刀翼的小弧形端部不接触所述钻头本体的中心线。这样使得各心部PDC刀翼之间形成切屑流道，便于冷却钻头和切削屑的排出。

更进一步优选的方案，所述牙轮由多个柱径不等的圆柱组成，其中圆柱的柱径由外向内依次减小。此种设置方式使牙轮钻头在钻井时的强度更强，使用寿命更长。