[发明专利]一种冲、切复合钻具

说明书

本发明公开了一种冲、切复合钻具，涉及钻井设备领域，主要用于解决单纯依靠钻头旋转破碎岩石，工作效率低，钻头磨损率大的问题。其主要结构包括PDC钻头和冲击钻头，其特征在于，还包括冲击结构，冲击结构与冲击钻头连接。本发明提供的一种冲、切复合钻具，适用于各种地质状况不同的地层，施工效率高，钻头磨损小。

技术领域

本发明涉及钻井设备领域，具体而言，涉及一种冲、切复合钻具。

背景技术

钻井是利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的圆柱形孔眼的工程。钻井广泛应用于石油天然气钻探工程、矿山开采、地质钻探、建筑工程、隧道工程等众多领域，或是为了获取地下埋藏的实物资料，或是为了开辟通道，或是为了观测地质动态，在现在社会发展中，起到不可或缺的重要作用。

钻头是钻井工程中用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具。现今钻井工程中所使用的常规钻头主要有三牙轮钻头、聚晶金刚石复合片钻头（即PDC钻头）和冲旋钻头（也称旋冲钻头或钎头）等。

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。

PDC钻头是一种利用聚晶金刚石复合片（即PDC齿，亦简称齿）对岩石的刮切或剪切作用破岩的钻头。由于在切削元件性能以及破岩方式方面具备了突出的优越性，所以PDC钻头在软至中硬地层的破岩效率明显高于三牙轮钻头。现今，PDC钻头在钻井工程中使用得越来越多，比例越来越大，但对于硬度、研磨性高的地层以及严重不均质的地层，PDC钻头仍难以适应。

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。冲旋钻头的结构与PDC钻头相似，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。不同之处主要在于：PDC钻头的切削元件主要为PDC齿，而冲旋钻头的切削元件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。

上述钻头都有着各自优点，但是都存在着破岩形式单一，破岩效率不高，钻头磨损率大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冲、切复合钻具，以解决单纯依靠PDC钻头旋转破碎岩石，工作效率低，钻头磨损率大的问题。

为实现本发明目的，采用的技术方案为：一种冲、切复合钻具，包括钻头，钻头包括冲击钻头和PDC钻头，其特征在于，冲击结构包括回转部件、顶伸部件和轴向传力部件，回转部件连接动力装置。动力装置带动回转部件旋转，回转部件带动顶伸部件在轴向做顶伸运动，通过轴向传力部件将轴向运动的冲击力传递给冲击钻头，冲击钻头轴向冲击运动。

进一步的，所述回转部件包括凸轮，顶伸部件包括滚轮和滚轮座，轴向传力部件为传动杆和弹簧，传动杆一端与冲击钻头连接，一端与滚轮座连接，弹簧设置在传动杆上，滚轮座上设置滚轮；凸轮一端面设置凹凸起伏，滚轮与凸轮上有起伏的端面接触。凸轮为空间凸轮中的端面凸轮，一端面平整，另一端面为起伏面；动力装置带动凸轮转动，在摩擦力的作用下，带动滚轮滚动，滚轮沿凸轮的起伏上下运动，带动滚轮座上下运动，当滚轮位于凸轮高点时，弹簧收缩蓄力，当滚轮位于凸轮低点时，弹簧舒张释力，联动传动杆轴向伸缩，带动传动杆一端的冲击钻头冲击运动。

进一步的，PDC钻头与冲击钻头间隔排布。间隔排布使得冲击破碎和固定切削配合均匀稳定的进行切削，受力均匀，不易损伤钻头，结构又十分稳定，破岩效果好；PDC钻头与冲击钻头的组合可以为“2+2”“3+3”“4+4”等，根据不同的地层，不同的工况选择适合的组合，提高破岩效率。

进一步的，凸轮上设置的凹凸起伏为连续平滑波浪状。起伏设置为连续平滑的波浪状，滚轮在其上的滚动也更加顺滑流畅，减小了滚轮的磨损，也使得联动的冲击钻头的冲击往复运动也更加流畅。