[实用新型]一种混合钻头

说明书

本实用新型涉及一种用于石油、天然气等方面钻井用的钻头，该钻头由取芯式金刚石钻头和球形单牙轮钻头组合而成。

美国专利5,016,718和5,176,212中提到由取芯式金刚石钻头和三牙轮钻头组合而成的混合钻头。这种混合钻头具有如下缺点：首先，三牙轮钻头靠冲击和刮挤方式破碎岩石，产生的冲击力会损坏金刚石齿，降低钻头使用寿命。其次，三牙轮钻头牙轮的转速快于钻头转速，其轴承一般不适于高转速，限制了金刚石齿以最佳线速度切削地层。再者，三牙轮钻头的尺寸不能太小，否则牙掌轴颈因尺寸太小而承受不了应承受的钻压。此外，取芯式金刚石钻头腔壁上排屑孔的入口和出口相等，三牙轮钻头破碎岩芯所产生的岩屑容易堵塞排屑孔。美国专利3,424,258提到取心式金刚石钻头和锥形单牙轮钻头组合而成的混合钻头，该混合钻头的锥形单牙轮钻头在井底的运动轨迹类似于三牙轮钻头的一个牙轮，破碎岩石的主要方式也类同于三牙轮钻头，是冲击和刮挤。

本实用新型的目的在于提出一种由取芯式金刚石钻头和球形单牙轮钻头组合而成的混合钻头，具有延长钻头使用寿命，使钻头尺寸足够小，适应高转速，解决岩屑堵塞排屑孔的问题，获得最佳钻速的作用。

球形单牙轮钻头轴承尺寸大，能承受较大的钻压，牙轮转速比钻头转速低60％～80％，可承受较高的钻头转速，钻头主要以切削方式破碎岩石，辅以压碎，牙轮表面相对于井底有很大的滑移运动。取芯式金刚石钻头没有转动件，适用于高转速；由于其属于切削型钻头，切削齿在井底是以单纯的周向切削方式破碎岩石，在井底形合一圈圈的同心圆破碎带；切削齿从钻头中心至外缘线速度从零增至最大；取芯式金刚石钻头切削齿的圆周半径相近，切削运动的线速度相近，有利于钻头以最佳转速钻进，充分发挥金刚石钻头的优势。因而，由破碎岩石方式相近的取芯式金刚石钻头和球形单牙轮钻头组合而成的混合钻头具有延长钻头使用寿命，适应高转速，解决岩屑堵塞排屑孔的问题，获得最佳钻速的作用。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：混合钻头由取芯式金刚石钻头和球形单牙轮钻头组合而成。取芯式金刚石钻头为取芯式PDC钻头、取芯式TSP钻头或取芯式ND钻头。取芯式金刚石钻头上体内腔壁上开有排屑孔。排屑孔为圆形，矩形，椭圆形或其它封闭曲线组合的图形。排屑孔的入口小出口大。取芯式金刚石钻头下体内腔壁上有耐磨材料，耐磨材料烧结、镶装或焊接在下体内腔壁上。球形单牙轮钻头直径小于取芯式金刚石钻头下体最小内径，其差值为5～10mm。球形单牙轮钻头通过焊接或丝扣连接在取芯式金刚石钻头内腔里。球形单牙轮钻头与取芯式金刚石钻头同轴。

与现有技术相比，本实用新型结合了取芯式金刚石钻头和球形单牙轮钻头的优点，具有如下有益效果：球形单牙轮钻头的破岩方式与取芯式金刚石钻头相近，对金刚石齿的损害程度小，可延长钻头寿命；由于球形单牙轮钻头牙轮轴颈尺寸较大，可承受较高的钻压，可使混合钻头尺寸足够小，获得最佳钻速，并适应高转速。排屑孔出口由小变大呈扇形，有利于排屑，可解决岩屑堵塞的问题。

下面结合附图及实施例作进一步说明：

图1是混合钻头结构示意图；

图2是取芯式金刚石钻头上体结构示意图；

图3是取芯式金刚石钻头下体结构示意图；

图4是图1的A-A剖面图；

图5是混合钻头的仰视图；

图6是球形单牙轮钻头结构示意图；

图7是球形单牙轮钻头内腔入口示意图；

图中：1.混合钻头；2.上体；3.下体；4.排屑孔；5.上体上端丝扣；6.内端丝扣；7.丝扣；8.内孔；9.流道；10.金刚石切削齿；11.喷嘴；12.硬质合金齿；13.耐磨合金层；14.排屑槽；15.牙轮；16.牙齿；17.内腔；18.六棱内孔；19.喷嘴；20.喷嘴

混合钻头(1)由取芯式金刚石钻头和球形单牙轮钻头组成。取芯式金刚石钻头分为上体(2)和下体(3)。上体腔壁上开有入口小出口大的扇形排屑孔(4)，上端丝扣(5)用于与钻柱相联，内端丝扣(6)用于与球形单牙轮钻头相联，内孔(8)与钻柱内孔相联，引导钻井液进入流道(9)和球形单牙轮钻头内腔(17)；下体(3)的下端面布置金刚石切削齿(10)(本实施例中采用的是PDC切削齿)和喷嘴(11)，内外保径面上布置硬质合金齿(12)，内壁面上堆焊耐磨合金层(13)，上体(2)与下体(3)相焊，构成取芯式金刚石钻头，其外表面有排屑槽(14)。球形单牙轮钻头有牙轮(15)，其上有牙齿(16)，丝扣(7)用于与丝扣(6)相联，内腔(17)入口段为六棱内孔(18)，六棱形扳手可插入该孔用于上紧球形单牙轮钻头，内腔(17)与喷嘴(19)和(20)相通，喷嘴(19)用于清洁牙轮，防止泥包，喷嘴(20)用于辅助破岩。球形单牙轮钻头直径小于下体(3)最小内径5～10mm，从而使球形单牙轮钻头可从取芯式金刚石钻头的下端放入或取出。取芯式金刚石钻头在井底钻进时开掘出一环形沟槽，从而产生出一岩芯，球形单牙轮钻头搅碾破碎该岩芯，岩芯碎屑从排屑孔(4)进入环形空间，与金刚石齿(10)切削出的岩屑一道返至地面。排屑孔(4)入口小而出口大呈扇形，可防止形状不规则的岩屑在孔内翻滚而堵塞排屑孔，大于入口尺寸的岩屑可在牙轮齿(16)与耐磨合金层(13)的搅碾下变小而排出。