[实用新型]一种牙轮-PDC切削结构复合钻头

说明书

本实用新型公开了一种牙轮‑PDC切削结构复合钻头，涉及石油、天然气和地质钻井用的混合钻头技术领域，主要解决现有混合钻头钻井效率低和不利于排碎岩的技术问题，包括互相连接的钻头冠部和钻头基部，钻头冠部顶面设置有三个牙轮爪，牙轮爪上焊接有牙轮轴，牙轮轴上通过轴承连接有牙轮体，牙轮体主锥、副锥和背锥上分别设置有牙轮切削齿，相邻牙轮爪之间焊接有保持座，保持座上焊接有金刚石齿组，金刚石齿组包括保径齿组和顶部齿组，顶部齿组正下方设置有排岩结构，排岩结构包括排岩通道，排岩通道底部接通有三个排岩口，钻头基部底部设置有连接固定结构；本实用新型具有钻井效率高、排碎岩充分、钻头拆装更换方便和可靠度高的优点。

技术领域

本实用新型涉及石油、天然气和地质钻井用的混合钻头技术领域，更具体的是涉及一种牙轮 -PDC切削结构复合钻头。

背景技术

钻头是钻井设备的主要组成部分，其主要作用是破碎岩石、形成井眼，在机械的带动下钻头会产生旋转，从而带动整个钻头产生向心运动，并通过侵削、研磨使岩石发生裂痕并破碎，起到向下钻探的作用。钻头是主要的钻井设备之一，根据工作环境、地域环境的不同，钻头的规格、形状也应当有所不同，在进行石油钻井工作时，应当以具体需要、具体设计方案为根据，合理地、科学地选择钻头。目前石油行业使用的钻头有很多种类，以不同的钻进方式为根据对钻头进行分类，可以将其分为金刚石钻头、牙轮钻头与刮刀钻头，这三种钻头是最基本的钻头形式，而在石油钻探工作中应用最为普遍、最为广泛的一种是牙轮钻头，其应用程度也比较深。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，提出了一种牙轮钻头和PDC金刚石钻头组合而成的混合钻头，该混合钻头具有较强的综合性能，通过牙轮对地层先进行预破碎，释放地层应力，然后在让固定翼切削齿对地层进行刮削，有效的提高了钻头机械钻速，同时固定翼切削齿也得到了有效的保护，延长了钻头使用寿命。但现有的牙轮和PDC金刚石钻头的混合结构并没有达到人们理想的状态。具体在于现有的混合钻头的头部被若干牙轮和PDC钻头布满，导致并没有空间设置专门的排屑结构，仅仅依靠齿与齿之间设置较大间隙来进行一定程度的排屑，但这样一来又会极大影响机械性能和使用寿命，进而影响切削能力，同时由于金刚石钻头的脆性较大，遇到冲击载荷会引起破裂，如果不能及时排屑，会导致钻头切削刃钝化过快和机械性能迅速降低；在钻井工作时，会产生剧烈振动，混合钻头很容易发生松动，现有的很多混合钻头都仅采用螺纹联接方式固定连接，如果在工作时发生松脱，会产生很严重的后果，为了让钻头更可靠地工作，一些混合钻头采用多点和多方式固定，但当需要更换和维护混合钻头时，又需要耗费较多的劳动力和时间。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：主要解决现有混合钻头钻井效率低和不利于排碎岩的技术问题，本实用新型提供一种牙轮-PDC切削结构复合钻头。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种牙轮-PDC切削结构复合钻头，包括互相连接的钻头冠部、钻头基部和喷液系统，钻头冠部顶面按圆周方向均匀设置有三个牙轮爪，牙轮爪上焊接有牙轮轴，牙轮轴上通过轴承连接有牙轮体，牙轮体主锥、副锥和背锥上分别设置有形状不同的牙轮切削齿，相邻牙轮爪之间的钻头冠部上焊接有一个保持座，三个保持座上焊接有同一个金刚石齿组，金刚石齿组包括互相连接的保径齿组和顶部齿组，顶部齿组正下方设置有接通钻头冠部和钻头基部的排岩结构，排岩结构包括开设在钻头冠部顶面中央的排岩通道，排岩通道底部接通有三个分别开设在钻头基部外壁中部上的排岩口，排岩通道截面呈三角形并且三角形的三条边分别正对一个排岩口，钻头基部呈柱形并且底部设置有连接固定结构。