[发明专利]复合钻头

说明书

本发明涉及一种复合钻头，所述复合钻头包括：内层钻进机构，所述内层钻进机构沿着纵向方向延伸，并能围绕着纵向轴线旋转，以及外层钻进机构，所述外层钻进机构套设在所述内层钻进机构之外，所述外层钻进机构沿着纵向方向延伸，并能围绕着纵向轴线旋转，其中，所述外层钻进机构的工作端比所述内层钻进机构的工作端在纵向方向上更加凸出，以在钻进过程中率先接触到地层。这种钻头能够有效地提高钻井速度。

技术领域

本发明涉及石油钻探领域，特别是涉及一种复合钻头。

背景技术

钻头是钻井过程中用于破碎地层岩石的主要工具。通过钻头破碎地层岩石并由此而钻进来形成井眼。一个井眼形成得好坏、钻进所用时间的长短均与钻头的结构和性能有着密不可分的关系。

目前，常使用牙轮钻头来对深井、超深井进行钻进。然而，由于这些井中的地层结构较为复杂，因此这种传统的牙轮钻头的钻进速度非常慢，其机械钻速通常不超过1m/h。并且在钻井过程中，牙轮钻头的磨损非常严重。钻一个井，常常需要消耗数十个牙轮钻头。在此过程中，起下钻往往高达三、四十次之多。这严重影响了油气开发的效率，且耗费了巨大的钻井成本。

因此，需要一种能够提高钻进速度的钻头。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种能够提高钻进速度的钻头。

根据本发明提出了一种复合钻头，所述复合钻头包括：内层钻进机构，所述内层钻进机构沿着纵向方向延伸，并能围绕着纵向轴线旋转，以及外层钻进机构，所述外层钻进机构套设在所述内层钻进机构之外，所述外层钻进机构沿着纵向方向延伸，并能围绕着纵向轴线旋转，其中，所述外层钻进机构的工作端比所述内层钻进机构的工作端在纵向方向上更加凸出，以在钻进过程中率先接触到地层。

通过设置外层钻进机构和内层钻进机构、并使外层钻进机构的工作端更加凸出，可在钻进过程中，使外层钻进机构率先接触地层，并开展钻进工作，从而会在地层上产生环状的钻进轮廓，并在地层中部形成柱状的凸出部分。此后，再通过内层钻进机构来将该凸出部分钻除。通过这种方式有效地释放了该柱状的突出部分周围的地层应力，并由此大幅降低了这一部分的岩石的强度。通过这种方式使得对于该凸出部分的钻进更加容易。由此，有利于提高该复合钻头的钻进速度。同时，通过使该凸出部分更加容易钻进，还有效地降低了内层钻进机构的磨损速率，并由此有效地提高了复合钻头的使用寿命。

在一个实施例中，所述内层钻进机构构造为单牙轮钻头。

在一个实施例中，所述外层钻进机构包括沿纵向延伸的筒状的主体，以及设置在所述主体的工作端处的多个翼部，所述多个翼部在周向方向上彼此间隔开，在各个翼部上设置有相应的圆柱形的金刚石复合片，所述圆柱形的金刚石复合片的轴线相对于所述复合钻头的纵向轴线倾斜设置。

在一个实施例中，在各个翼部上还设置有金刚石孕镶块，针对单个翼部来说，所述金刚石孕镶块设置在所述圆柱形的金刚石复合片的后侧，并与所述金刚石复合片对齐。

在一个实施例中，在所述多个翼部中的一个或多个上还设置有锥形的聚晶金刚石复合片，所述锥形的聚晶金刚石复合片的轴线与所述复合钻头的纵向轴线平行，针对单个翼部来说，所述锥形的聚晶金刚石复合片设置在所述圆柱形的金刚石复合片的后侧，并与所述圆柱形的金刚石复合片对齐。

在一个实施例中，所述翼部构造有径向向内延伸的勾状部分，所述勾状部分与所述内层钻进机构的工作端在纵向方向上的投影部分重叠。在内层钻进机构为单牙轮钻头时，其工作端为单牙轮钻头的巴掌。

在一个实施例中，所述翼部的最小内径与所述内层钻进机构的工作端的外径之比在80％至100％之间。在内层钻进机构为单牙轮钻头时，其工作端为单牙轮钻头的巴掌。