一种内冲击破碎式PDC复合钻头制造技术

本发明专利技术提供一种内冲击破碎式PDC复合钻头，涉及石油钻探钻具技术领域，包括钻头体和固设在钻头体上的刀翼，所述刀翼上设有若干个钻头切削齿，所述钻头体心部套设有与钻头体可拆卸连接的破碎钻头、和驱动破碎钻头转动的动力机构，所述动力机构与所述破碎钻头固定连接；所述钻头体与所述破碎钻头间设有滚动复合轴承。通过实施本技术方案，能够有效地可有效提高钻头心部的破岩效率，攻破了PDC钻头在较硬地层难以钻进的技术难题；且不会对破碎钻头体外围的钻头体造成较快的磨损，有利于提高钻头的使用寿命，节约钻井成本。

Internal impact crushing type PDC composite drill bit

The present invention provides an inner impact crushing type PDC composite drill, which belongs to the technical field of petroleum drilling, which comprises a bit body and fixedly arranged on the blade bit body, wherein the blade is provided with a plurality of bit cutting teeth, the heart of a bit broken bits, connections and remove broken drive power mechanism the drill bit rotation with the drill body, the dynamic mechanism and the broken drill bit is fixedly connected; the drill body and the rolling bearing is arranged between the bit broken composite. Through the implementation of the technical scheme, can effectively can effectively improve the rock breaking efficiency of the drill core, break the technical problems of PDC in a bit difficult drilling hard formation; and not on the drill bit body outside the body broken caused by the rapid wear, can improve the service life of drill bit, drilling cost saving.

【技术实现步骤摘要】
一种内冲击破碎式PDC复合钻头
本专利技术涉及石油钻探钻具
，特别涉及一种内冲击破碎式PDC复合钻头。
技术介绍
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。PDC钻头是一种利用聚晶金刚石复合片(即PDC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。现有的PDC钻头均属固定切削齿钻头，作为切削元件的聚晶金刚石复合片(即PDC齿)按照一定的规律布置并固结在钻头本体上，构成PDC钻头破碎岩石的切削结构。在理想工作条件(即钻头中心线与井眼中心线重合的条件)下，钻头钻进时各切削齿所负责破碎的区域为相对固定的同心圆环带。当PDC钻头在较硬地层钻进时，PDC钻头头部难于侵入(吃入)井底岩石表面，特别是当PDC齿发生一定程度磨损后，侵入难度更高，导致钻头在井底打滑，钻速极慢。因而，现有技术中存在以下技术问题：1、靠纯剪切状态破碎岩石，钻头心部切削齿相对外围切削齿切削线速度很低，导致PDC钻头钻进速度变慢，严重制约PDC钻头的破岩效率；2、PDC齿连续不断地切削岩石，由于剧烈摩擦产生的热量会使齿达到相当高的温度，当温度超过最大热负荷时，PDC齿的磨损速度明显上升，从而导致热磨损现象的发生。3、钻头不同径向区域上的PDC齿的磨损速度差异明显，一般钻头外部区域(特别是钻头半径的外1/3区域)的切削齿磨损速度明显快于心部区域的切削齿，磨损后的钻头需要整体更换，成本高。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种内冲击破碎式PDC复合钻头，可有效提高钻头心部的破岩效率，提高钻头的使用寿命，节约钻井成本。本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种内冲击破碎式PDC复合钻头，包括钻头体和固设在钻头体上的刀翼，所述刀翼上设有若干个钻头切削齿，所述钻头体心部套设有与钻头体可拆卸连接的破碎钻头、和驱动破碎钻头转动的动力机构，所述动力机构与所述破碎钻头固定连接；所述钻头体与所述破碎钻头间设有滚动复合轴承。本专利技术基础方案的工作原理：该复合钻头具有钻头体和与钻头体可拆卸连接的破碎钻头，破碎钻头连接有动力机构，且钻头体与破碎钻头间设有滚动复合轴承，因此钻头体与破碎钻头为独立钻进的钻头；在钻头体心部设置破碎钻头，利用破碎钻头的独立旋转钻进的方式破岩，再由破碎钻头与钻头体共同钻进破岩，抛却了现有技术中仅仅靠单独钻头的剪切破岩方式而是靠不同钻速的两个钻头在岩石心部破碎后共同钻进的方式，这种破岩方式避免了靠单个钻头纯剪切状态破碎岩石，导致PDC钻头钻进速度变慢，严重制约PDC钻头的破岩效率的问题；钻头体心部的破碎钻头破岩后再通过其外围的钻头体旋转钻进，便减小PDC钻头侵入岩石表面的机械负荷，可有效提高PDC钻头的钻进速度，提高钻头心部的破岩效率，攻破了PDC钻头在较硬地层难以钻进的技术难题；且不会对破碎钻头体外围的钻头体造成较快的磨损，提高钻头的使用寿命，节约钻井成本。进一步，所述动力机构包括驱动块和螺纹管，所述螺纹管穿设在所述钻头体内并与所述钻头体螺纹连接，所述驱动块设置在所述螺纹管的端部并与所述破碎钻头可拆卸连接。有益效果：螺纹管穿设在钻头体内并与钻头体螺纹连接，连接稳定，安全可靠；可通过螺纹管的旋转钻进驱动破碎钻头转动，且破碎钻头与螺纹管间设置的驱动块增大了破碎钻头与动力机构的连接面积，支撑稳定，而可拆卸的连接方式方便在破碎钻头磨损后只需更换破碎钻头而节约了破碎钻头外围钻头体的成本，节约成本。进一步，所述破碎钻头的钻面覆盖区域占所述钻头体的钻面覆盖区域的35％-55％。有益效果：保证破碎钻头机械刚度，避免破碎钻头外围区域的钻头体区域的切削齿被可快速磨损，提高破岩钻进效率。进一步，所述滚动复合轴承包括内回转体、外回转体以及由内回转体和外回转体形成的环形滚动槽，所述环形滚动槽内设有若干个滚动体，若干个所述滚动体沿环形滚动槽周向等角度均匀分布，相邻滚动体之间设有支撑滑块。有益效果：在滚动复合轴承的内外回转体之间的环形滚动槽中设置支撑滑块可使该滚动复合轴承承受较高的载荷和转速，适合破碎钻头和钻头体高速重载的需求。进一步，所述支撑滑块内设有空心腔，所述空心腔内充填有低熔点金属，所述滚动复合轴承的内回转体与所述支撑滑块的材质均采用铜或铝合金材料。有益效果：复合钻头钻进前，空心腔内的低熔点金属在常温下为固体状态，便于动力机构驱动破碎钻头旋转破岩钻进，而钻进过程中，由于复合钻头不断钻进切削岩石，剧烈摩擦产生的热量可被低熔点金属吸收，降低复合钻头的温度，减小钻头热负荷，避免热磨损现象的发生；且吸收大量热量的低熔点金属由固体变为液体过程中吸热膨胀，体积变大，而滚动复合轴承的内回转体与支撑滑块的侧壁均采用铜管或铝合金管制成，在高温下具有较好的延展性，从而支撑滑块受热膨胀后可将滚动复合轴承的内回转体向内与破碎钻头抵死，使得破碎钻头和钻头体作为一体式结构高转速、强冲击的配合钻进，可有效提高复合钻头的钻进效率。进一步，所述刀翼包括主刀翼和副刀翼，所述主刀翼和副刀翼均呈阿基米德螺线固设在钻头体上。有益效果：主刀翼和副刀翼上的切削齿对底层岩石切刮，在井底形成空间曲线刮切轨迹，而呈阿基米德螺线的主刀翼和副刀翼更有利于切削齿刮切破碎底层岩石，提高钻头的钻进效率。进一步，所述主刀翼和副刀翼的数量均为三个，所述主刀翼沿钻头体的周向均布，所述副刀翼沿钻头体的周向均布且与所述主刀翼间隔设置。有益效果：主刀翼和副刀翼形成复杂的交叉网状刮切，两套刮切痕迹更易于岩石的破碎，适合较硬底层或者不均质底层，提高钻头的钻进效率。进一步，所述破碎钻头的切削轮廓面呈球冠面，且球冠面的弧度为π/3。有益效果：保证破碎钻头刚度，达到快速破岩的效果。进一步，所述钻头体的切削轮廓面呈球冠面，且所述破碎钻头切削轮廓面的球心与所述钻头体切削轮廓面的球心重合。有益效果：钻头钻进的稳定性、钻进的导向性及可控性均更好。进一步，所述破碎钻头上设有破碎钻头切削齿和减震齿，所述破碎钻头切削齿沿破碎钻头的钻面中心径向呈直线等角度分布，所述减震齿与所述切削齿相互间隔设置。有益效果：破碎钻头切削齿和减震齿的材料均采用聚晶金刚石复合材料，采用破碎钻头切削齿沿破碎钻头的钻面中心径向呈直线等角度分布可呈直线切削岩石，提高钻头心部的切削破碎能力，且减震齿与破碎钻头切削齿相互间隔设置可提高钻头钻进的稳定性综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术钻头体心部设置有内置可拆卸破碎钻头，且破碎钻头与外部钻头体间设置有滚动复合轴承，从而破碎钻头与外部钻头为相互独立的旋转破岩钻进方式，提高钻头心部的破岩效率，减小了外部钻头体破岩受到的阻力，更易于侵入岩石表面，提高破岩效率的同时，能延长复合钻头的使用寿命，并能攻破较硬地层；因此，这种破岩方式避免了现有技术中靠单个钻头的纯剪切状态破碎岩石，导致PDC钻头心部钻进速度较慢，严重制约PDC钻头的破本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内冲击破碎式PDC复合钻头，包括钻头体和固设在钻头体上的刀翼，所述刀翼上设有若干个钻头切削齿，其特征在于：所述钻头体心部套设有与钻头体可拆卸连接的破碎钻头、和驱动破碎钻头转动的动力机构，所述动力机构与所述破碎钻头固定连接；所述钻头体与所述破碎钻头间设有滚动复合轴承。

【技术特征摘要】
1.一种内冲击破碎式PDC复合钻头，包括钻头体和固设在钻头体上的刀翼，所述刀翼上设有若干个钻头切削齿，其特征在于：所述钻头体心部套设有与钻头体可拆卸连接的破碎钻头、和驱动破碎钻头转动的动力机构，所述动力机构与所述破碎钻头固定连接；所述钻头体与所述破碎钻头间设有滚动复合轴承。2.根据权利要求1所述的一种内冲击破碎式PDC复合钻头，其特征在于：所述动力机构包括驱动块和螺纹管，所述螺纹管穿设在所述钻头体内并与所述钻头体螺纹连接，所述驱动块设置在所述螺纹管的端部并与所述破碎钻头可拆卸连接。3.根据权利要求1所述的一种内冲击破碎式PDC复合钻头，其特征在于：所述破碎钻头的钻面覆盖区域占所述钻头体的钻面覆盖区域的35％-55％。4.根据权利要求1所述的一种内冲击破碎式PDC复合钻头，其特征在于：所述滚动复合轴承包括内回转体、外回转体以及由内回转体和外回转体形成的环形滚动槽，所述环形滚动槽内设有若干个滚动体，若干个所述滚动体沿环形滚动槽周向等角度均匀分布，相邻滚动体之间设有支撑滑块。5.根据权利要求4所述的一种内冲击破碎式PDC复合钻头，其特征在于：所述支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵红昌，陈伊苒，
申请(专利权)人：四川弘毅智慧知识产权运营有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51