一種混合鑽頭的製作方法
2023-07-05 05:34:26 1
專利名稱：一種混合鑽頭的製作方法
技術領域：
本發明專利涉及到一種用於石油、天然氣和地質鑽井用的混合鑽頭，該鑽頭適用於在硬地層和夾層地層的鑽井。
背景技術：
在現有技術中，當鑽井遇到硬地層時，常用的PDC金剛石鑽頭主要是通過刮削運動方式來實現井下鑽進，金剛石鑽頭的鼻部和肩部上主要的切削元件很難有效吃入井底巖石，金剛石鑽頭的機械鑽速將變得非常緩慢；而牙輪鑽頭以衝擊壓碎方式破碎巖石，容易使巖石產生較深的破碎齒坑，但由於地層硬，不能使巖石產生體積破碎，故牙輪鑽頭切削齒的切削效率也很低，牙輪鑽頭的機械鑽速也很慢。另外一方面，當鑽頭遇到一些軟硬夾層較多·的地層時，PDC金剛石鑽頭的切削元件極易受到衝擊破損，為了應對這種情況，中國專利文獻CN200880016630. 0公開了由牙輪鑽頭和PDC金剛石鑽頭組合而成的混合鑽頭，該混合鑽頭雖有較強的綜合性能，但存在以下的不足由於三牙輪鑽頭特有衝擊壓碎的破巖機理，牙輪旋轉產生的衝擊載荷易導致金剛石鑽頭部分的切削元件PDC複合片破碎，從而導致鑽頭機械鑽速的降低。
發明內容
本發明專利所要解決的技術問題在於針對上述現有技術存在的不足而提供一種改進的混合鑽頭，它不僅綜合性能強，能對井底巖石進行有效地預破碎，使得金剛石鑽頭部分的切削元件有效吃入巖石，而且能減少對鑽頭切削元件金剛石複合片的衝擊，從而提高鑽頭的切削效率和機械鑽速，增強鑽頭鑽進的穩定性。本發明專利為解決上述提出的問題所採用的技術方案為
包括有鑽頭體，鑽頭體上設置刀翼和牙輪，刀翼上安設有切削齒，牙輪通過牙掌與鑽頭體相連，其不同之處在於所述的牙輪為盤式牙輪。按上述方案，所述的盤式牙輪上的切削元件呈盤刀狀或間斷盤刀狀。按上述方案，所述的盤式牙輪輪面為圓球面或錐球面或圓錐面。按上述方案，所述的盤式牙輪切削元件沿牙輪的旋轉軸線間隔布設，所述的切削元件的橫向截面(齒形)的中線與盤式牙輪輪面的母線垂直或基本垂直。按上述方案，所述的牙掌上端與鑽頭體相聯成一體，牙掌的下端設置軸頸，軸頸上套裝盤式牙輪並通過鋼珠軸向鎖定。按上述方案，所述的刀翼和盤式牙輪的個數相同，均為2 4個，並沿牙輪軸向交錯安設。按上述方案，所述的盤式牙輪的旋轉軸線與鑽頭體旋轉軸線的夾角a成50。 70。。按上述方案，所述的刀翼上安設的切削齒為金剛石複合片，所述的盤式牙輪上的切削元件表面覆焊硬質合金層，或鑲嵌硬質合金齒，或釺焊金剛石孕鑲塊。
本發明專利的有益效果在於1、將金剛石鑽頭的刮削運動和盤式牙輪鑽頭的滾躓運動方式相結合，實現井底預破碎，保證金剛石切削齒有效吃入巖石，消除鑽頭在一些特殊地層發生粘滑現象和PDC複合片衝擊破損的機率，提高鑽頭切削效率和機械鑽速。2、盤式牙輪可以較為平穩的實現對井底巖層的預破碎，減少對金剛石複合片的衝擊，增強鑽頭鑽進的穩定性，使鑽頭達到更快、更穩地鑽進。
圖I為本發明專利第一個實施例的倒立式的立體視圖。
圖2為本發明專利第一個實施例的倒立式的俯視圖。圖3為本發明專利第一個實施例的帶有連續刀狀的盤式牙輪立體視圖。圖4為本發明專利第一個實施例的帶有連續刀狀的盤式牙輪半剖視圖。圖5為本發明專利第一個實施例的混合鑽頭的擊碎輪廓線投影視圖。圖6為本發明專利的第二個實施例的盤式牙輪的立體視圖。圖7為本發明專利的第三個實施例的盤式牙輪的立體視圖。
具體實施例方式以下結合附圖進一步說明本發明專利的實施例。包括有鑽頭體1，鑽頭體上設置三個刀翼2，在刀翼2的內錐、鼻部和肩部處安設有切削齒，切削齒為金剛石複合片3，在鑽頭體I上設有水力噴射孔，並每個噴射孔上固定有噴嘴12。在各刀翼2之間安設有盤式牙輪4，三個刀翼配置三個盤式牙輪4，相互交錯安設；盤式牙輪通過牙掌5與鑽頭體相連，所述的牙掌5上端與鑽頭體I焊接成一體，牙掌5的下端設置軸頸，軸頸上套裝盤式牙輪4並通過鋼珠軸向鎖定。所述的盤式牙輪輪面為圓球面，盤式牙輪的旋轉軸線7與鑽頭體I的旋轉軸線6的夾角a成57°，所述的盤式牙輪4上的切削元件8呈盤連續刀狀，並且盤式牙輪切削元件沿牙輪的旋轉軸線7間隔布設，所述的切削元件的橫向截面(齒形)的中線與盤式牙輪輪面的母線垂直或基本垂直，盤式牙輪上的切削元件8表面覆焊硬質合金層9。盤式牙輪的切削元件的最外滾碾廓線與刀翼鼻部和肩部處的切削齒形成的廓線相吻合。第二個實施例的盤式牙輪如圖6所示。與第一個實施例不同之處在於所述的盤式牙輪4上的切削元件8成間斷盤刀狀，其它方面與第一個實施例相同。第三個實施例的盤式牙輪如圖7所示。與第一個實施例不同之處在於所述的盤式牙輪4上的切削元件中間隔鑲有硬質合金齒或PDC孕鑲塊11，其它方面與第一個實施例相同。
權利要求
1.一種混合鑽頭，包括有鑽頭體，鑽頭體上設置刀翼和牙輪，刀翼上安設有切削齒，牙輪通過牙掌與鑽頭體相連，其特徵在於所述的牙輪為盤式牙輪。
2.按權利要求I所述的混合鑽頭，其特徵在於所述的盤式牙輪上的切削元件呈盤刀狀或間斷盤刀狀。
3.按權利要求I或2所述的混合鑽頭，其特徵在於所述的盤式牙輪輪面為圓球面或錐球面或圓錐面。
4.按權利要3所述的混合鑽頭，其特徵在於所述的盤式牙輪切削元件沿牙輪的旋轉軸線間隔布設，所述的切削元件的橫向截面的中線與盤式牙輪輪面的母線垂直或基本垂直。
5.按權利要求I或2所述的混合鑽頭，其特徵在於所述的牙掌上端與鑽頭體相聯成一體，牙掌的下端設置軸頸，軸頸上套裝盤式牙輪並通過鋼珠軸向鎖定。
6.按權利要求I或2所述的混合鑽頭，其特徵在於所述的刀翼和盤式牙輪的個數相同，均為2 4個，並沿牙輪軸向交錯安設。
7.按權利要求I或2所述的混合鑽頭，其特徵在於所述的盤式牙輪的旋轉軸線與鑽頭體的旋轉軸線成50° 70°的夾角。
8.按權利要求I或2所述的混合鑽頭，其特徵在於所述的刀翼上安設的切削齒為金剛石複合片，所述的盤式牙輪上的切削元件表面覆焊硬質合金層，或鑲嵌硬質合金齒，或釺焊金剛石孕鑲塊。
9.按權利要求I或2所述的混合鑽頭，其特徵在於所述的盤式牙輪的切削元件的最外滾碾廓線與刀翼鼻部和肩部處的切削齒形成的廓線相吻合。
全文摘要
本發明涉及到一種用於石油、天然氣和地質鑽井用的混合鑽頭，包括有鑽頭體，鑽頭體上設置刀翼和牙輪，刀翼上安設有切削齒，牙輪通過牙掌與鑽頭體相連，其特徵在於所述的牙輪為盤式牙輪。所述的盤式牙輪上的切削元件呈盤刀狀或間斷盤刀狀。本發明專利的有益效果在於1、將金剛石鑽頭的刮削運動和盤式牙輪鑽頭的滾蹍運動方式相結合，實現井底預破碎，保證金剛石切削齒有效吃入巖石，消除鑽頭在一些特殊地層發生粘滑現象和PDC複合片衝擊破損的機率，提高鑽頭切削效率和機械鑽速。2、盤式牙輪可以較為平穩的實現對井底巖層的預破碎，減少對金剛石複合片的衝擊，增強鑽頭鑽進的穩定性，使鑽頭達到更快、更穩地鑽進。
文檔編號E21B10/50GK102747960SQ20121023889
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月11日 優先權日2012年7月11日
發明者劉聰, 吳素婷, 周悅輝, 宋滿華, 樊孝兵, 石志明, 程永 申請人:江漢石油鑽頭股份有限公司