[发明专利]活动刀翼和活动切削齿组合联动的旋转钻头

说明书

本发明的活动刀翼和活动切削齿组合联动的旋转钻头属于带有切削部件的钻进设备，是在钻头主体外表面上间隔设有喷嘴和旋转刀翼，所述的旋转刀翼是由固定刀翼和活动刀翼组合构成；在钻头主体上设有固定刀翼且保径面设有保径齿，在固定刀翼的中心设有轴孔Ⅰ、在轴孔Ⅰ的两同轴心形成螺帽槽和插座槽，动刀翼设有轴孔Ⅱ，活动刀翼后面的插头插于插座槽内，连接轴穿过轴孔Ⅱ、轴孔Ⅰ将活动刀翼与固定刀翼同轴安装，在活动刀翼的环周间隔安装有切削齿。该旋转钻头既相对常规钻头增加切削齿的数量，又有效的使用了切削齿全部的圆弧刀刃，降低切削齿的磨损速度、提高切削齿的利用率和使用寿命、增加钻头进尺、提高钻头使用寿命、减少钻头更换次数。

技术领域

本发明的带有切削部件的钻进设备，特别是涉及到一种活动刀翼和活动切削齿组合联动的旋转钻头。

背景技术

石油、天然气及地质钻井作业中,钻头破碎地层岩石形成井眼。通过井眼实现地面与地下连通。钻头的性能会直接影响钻井速度。随着油气田勘探开发工作的不断深入，所钻遇的地层构造越来越复杂，钻井难度越来越大，为了节约钻井综合成本，石油、天然气及地质钻井中常用的钻头为聚晶金刚石复合片钻头。聚晶金刚石复合片（简称PDC齿）是一种用于镶固在钻头体上的切削齿。切削齿主要由金刚石层和硬质合金基体组成，金刚石层具有高硬度、高耐磨性和具有自锐性等特点，因此，将安装有PDC齿的钻头称之为PDC钻头，它广泛应用于钻探技术领域，具有平均机械钻速高、进尺多、寿命长和钻探安全性高等诸多优点,已成为钻井工程中最广泛应用的高效破岩工具。

但随着油气资源的减少，钻井的环境不断恶化和钻井深度不断加深，随着钻井深度的加深，地下的岩石强度和研磨性也随之增加，钻井过程中，钻头的切削齿磨损程度更加严重，破碎岩石的效率下降明显，钻头使用时间减少，从而降低了钻进速度，增加钻井成本。现有的PDC钻头的切削齿有一个很大的缺点切削齿被焊接在钻头上，如公开号为CN106320991A的公开文献，这种传统固定的PDC切削齿钻头钻进时，虽然钻头上的每个切削齿都参与破碎岩石，但是，靠近钻头圆心的切削齿线速度最低、所在圆周周长最小、切削岩石做功最少、磨损量最少，而越远离钻头圆周中心，切削齿线速度越高、所在圆周周长越大、切削岩石做功越多、磨损量越大，整个切削齿呈现不均等失效现象，最外围切削齿失效最快，最外围切削齿的失效决定了钻头使用寿命；同时，切削齿上的边刃能进行切削的仅为10%～40%，其余60%～90%的切削刃被包含到钻头本体内不被使用，不与地层岩石接触。钻井时切削齿的大部分面积无法与地层进行接触,只有切削齿的部分外边缘可接触地层,固定切削齿在钻井时产生的磨损往往集中切削齿外边缘的部分区域,这会导致复合片的局部偏磨和局部高温,从而加速了切削齿的磨损和破裂同时,切削齿发生偏磨后,其剪切速率大大降低,导致机械钻速降低,钻头寿命下降,钻头进尺也相应降低。而公开号为CN112761532A、名称为一种具有循环切削功能的履带式等磨损PDC钻头，将切削齿(11)焊接在履带(12)上，履带传动虽然整体上增加了钻头切削齿的数量，但是，每个切削齿接触岩石、破碎岩石的切削刃长度仅限于外侧一小部分。与常规钻头是一样的，每个切削齿的大部分切削刃被焊接在了刀翼以内，不能参与切削岩石。

发明内容

本发明旨在于克服现有技术的不足，提供了一种活动刀翼和活动切削齿组合联动的旋转钻头。

本发明的活动刀翼和活动切削齿组合联动的旋转钻头，是由连接部、钻头主体、喷嘴和刀翼构成，在钻头主体外表面上间隔设有喷嘴，在钻头主体的前端至少设有一个旋转刀翼，所述的旋转刀翼是由固定刀翼和活动刀翼组合构成；在钻头主体上固定了与其成一体的固定刀翼，在固定刀翼的保径面间隔设有保径齿，在固定刀翼的中心设有轴孔Ⅰ、在轴孔Ⅰ的内环周设有环形凸棱Ⅰ使固定刀翼的后面和前面分别同轴心形成螺帽槽和插座槽，轮盘式活动刀翼的中心设有轴孔Ⅱ，轮盘式活动刀翼后面的插头插于插座槽内，连接轴穿过轴孔Ⅱ、轴孔Ⅰ将活动刀翼与固定刀翼同轴安装，螺帽套在连接轴的尾端与其固定连接、并置于螺帽槽内，在活动刀翼的环周间隔安装有切削齿。

作为本发明的进一步改进，在活动刀翼的环周间隔设有环形安装孔Ⅱ，切削齿置于环形安装孔Ⅱ内与其配合安装。