牙轮PDC复合式钻头制造技术

本发明专利技术涉及钻头技术领域，是一种牙轮PDC复合式钻头，包括钻头本体、主刀翼和牙轮分装件，钻头本体上端沿圆周间隔均布有至少两个主刀翼，主刀翼沿冠部轮廓由内向外依次划分为内锥段、鼻部、肩部、外锥段和保径部。本发明专利技术结构合理，其通过设置牙轮和圆锥尖顶齿能使其在钻进时对地层进行预破碎，释放地层应力，由此可提高切削齿的破岩效率，并对切削齿形成保护，减少磨损，通过倾斜设置切削齿，能够进一步提高破岩效率，同时能够减小切削齿的损耗，提高本发明专利技术的使用寿命和切削效率，在钻进过程中，牙轮和圆锥尖顶齿还能分担部分冲击载荷，减轻地层对切削齿的冲击载荷，能够使本发明专利技术在定向段保持高效稳定，井眼质量好且不易卡钻。

【技术实现步骤摘要】
牙轮PDC复合式钻头
本专利技术涉及钻头
，是一种牙轮PDC复合式钻头。
技术介绍
在大斜度的定向井中，为了控制井眼轨迹需要进行滑动钻进，但是因大斜度定向井段摩阻扭矩大，采用常规PDC钻头进行滑动钻进时，存在脱压严重，钻压传递不平稳，工具面难以控制等问题，如采用牙轮钻头钻进，因使用“螺杆+转盘”钻进转速高，实施井段短，且易发生掉牙轮事故，制约了大斜度井的钻井速度；采用旋转导向钻井技术可以解决上述问题，但成本高，同时现有的切削齿水平安装在主刀翼上，钻井时收到的轴向力大，磨损速度快。钻井速度的快慢对油田提质增效、高效勘探开发具有十分重大的影响，提高钻井速度，靠生产效率的提高来满足石油产量持续增长的需要，不仅是各油田公司提高效益的需要，所以PDC牙轮复合式钻头的研究和应用有迫切的必要性，更是石油勘探开发持续发展的需要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种牙轮PDC复合式钻头，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有PDC钻头在大斜度定向井段钻进时效率低、钻头磨损快的问题。本专利技术的技术方案是通过以下措施来实现的：一种牙轮PDC复合式钻头，包括钻头本体、主刀翼和牙轮分装件，钻头本体上端沿圆周间隔均布有至少两个主刀翼，主刀翼沿冠部轮廓由内向外依次划分为内锥段、鼻部、肩部、外锥段和保径部，每个主刀翼上均沿内锥段、鼻部、肩部和外锥段依次分布有倾斜设置的切削齿，每个切削齿于靠近对应主刀翼的切削侧边的一端均向远离主刀翼冠部轮廓的方向倾斜，每个主刀翼的保径部的底部均设有倒划眼齿，对应倒划眼齿上方位置的每个主刀翼的保径部上均排列有保径齿，切削齿、倒划眼齿和保径齿的齿顶均位于各个主刀翼的切削侧边，每个主刀翼的鼻部外侧面上均分布有圆锥尖顶齿，对应每相邻的两个主刀翼之间位置的钻头本体上均设有牙轮分装件，牙轮分装件包括牙掌和牙轮，牙掌的下端与钻头本体固定连接或一体成型结构，牙轮转动安装于牙掌上端的轴颈外侧，牙轮上的齿顶高于圆锥尖顶齿的齿顶，圆锥尖顶齿的齿顶高于切削齿的齿顶。下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进：上述钻头本体上可沿圆周间隔分布有三个主刀翼，对应每两个主刀翼之间位置的钻头本体上均分布有定向喷嘴，对应每两个主刀翼内锥段之间位置的钻头本体上均分布有垂直射流喷嘴，垂直射流喷嘴的喷流区域能覆盖所有设置于主刀翼的内锥段处的切削齿。上述对应两个主刀翼内锥段之间位置的钻头本体上均可分布有内外连通的垂直射流喷嘴孔，垂直射流喷嘴下部外侧密封螺接于垂直射流喷嘴孔内，垂直射流喷嘴的上端高于钻头本体顶部且高差介于1mm至10mm,垂直射流喷嘴中央有上小下大的锥形通道，通道上端的直径介于8mm至11mm之间。上述切削齿可包括第一圆柱段和齿刃段，第一圆柱段的一端形成球冠状的凸起，第一圆柱段的另一端与刀刃状的齿刃段固定连接在一起并向远离主刀翼冠部轮廓的方向倾斜，第一圆柱段的中心轴线与对应位置的主刀翼横向冠部轮廓面之间的夹角介于5°至15°之间，每个齿刃段的刀尖均垂直于对应位置的主刀翼冠部轮廓的切线，保径齿呈半圆柱体形状。上述圆锥尖顶齿可包括第二圆柱段和锥柱段，锥柱段的底端与第二圆柱段的顶端连接在一起且两者的连接处呈平滑过渡状，锥柱段为母线呈弧形的锥形回转体，锥柱段的尖部外侧设有复合层。上述圆锥尖顶齿锥柱段的顶部与切削齿齿刃段的顶部之间的间距可介于0.3mm到2mm之间。上述牙掌远离钻头本体的一侧可上下交错分布有若干个边齿，每个边齿的齿顶均低于主刀翼的圆周面且高差介于0.8mm至1.2mm之间。本专利技术结构合理，其通过设置牙轮和圆锥尖顶齿能使其在钻进时对地层进行预破碎，释放地层应力，由此可提高切削齿的破岩效率，并对切削齿形成保护，减少磨损，通过倾斜设置切削齿，能够进一步提高破岩效率，同时能够减小切削齿的损耗，提高本专利技术的使用寿命和切削效率，在钻进过程中，牙轮和圆锥尖顶齿还能分担部分冲击载荷，减轻地层对切削齿的冲击载荷，能够使本专利技术在定向段保持高效稳定，井眼质量好且不易卡钻。附图说明附图1为本专利技术的立体结构示意图。附图2为本专利技术的俯视结构示意图。附图3为附图1中主刀翼沿冠部轮廓的分布示意图。附图4为附图1中圆锥尖顶齿的主视剖视放大结构示意图。附图5为附图1中切削齿的俯视放大结构示意图。附图6为附图1中垂直射流喷嘴的主视剖视放大结构示意图。附图中的编码分别为：1为钻头本体，2为主刀翼，3为牙掌，4为牙轮，5为第一圆柱段，6为齿刃段，7为垂直射流喷嘴，8为倒划眼齿，9为定向喷嘴，10为第二圆柱段，11为锥柱段，12为复合层，13为保径齿，14为边齿，15为流道。具体实施方式本专利技术不受下述实施例的限制，可根据本专利技术的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。在本专利技术中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1中A向的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步描述：如附图1、2、3、4、5所示，该牙轮PDC复合式钻头包括包括钻头本体1、主刀翼2和牙轮4分装件，钻头本体1上端沿圆周间隔均布有至少两个主刀翼2，主刀翼2沿冠部轮廓由内向外依次划分为内锥段、鼻部、肩部、外锥段和保径部，每个主刀翼2上均沿内锥段、鼻部、肩部和外锥段依次分布有倾斜设置的切削齿，每个切削齿于靠近对应主刀翼2的切削侧边的一端均向远离主刀翼2冠部轮廓的方向倾斜，每个主刀翼2的保径部的底部均设有倒划眼齿8，对应倒划眼齿8上方位置的每个主刀翼2的保径部上均排列有保径齿13，切削齿、倒划眼齿8和保径齿13的齿顶均位于各个主刀翼2的切削侧边，每个主刀翼2的鼻部外侧面上均分布有圆锥尖顶齿，对应每相邻的两个主刀翼2之间位置的钻头本体1上均设有牙轮4分装件，牙轮4分装件包括牙掌3和牙轮4，牙掌3的下端与钻头本体1固定连接或一体成型结构，牙轮4转动安装于牙掌3上端的轴颈外侧，牙轮4上的齿顶高于圆锥尖顶齿的齿顶，圆锥尖顶齿的齿顶高于切削齿的齿顶。根据需求，保径齿13可为加强齿（加长、加密）。在使用过程中，由于牙轮4上的齿顶高于圆锥尖顶齿的齿顶，因此在钻井作业过程中，牙轮4优先吃入地层，对底层进行预破碎，释放地层应力，提高三个刀翼的破岩效率，圆锥尖顶齿能稳定刀翼并且减震，提高了钻头在井底的稳定性，大大降低了钻头脱压严重，钻压传递不平稳的因素，由于圆锥尖顶齿的齿顶高于切削齿的齿顶，因此，圆锥尖顶齿将会优先吃入地层，对地层进行破碎，对切削齿形成保护，减少在钻井作业过程中的磨损，提高本专利技术的使用寿命和切削效率。本专利技术结构合理，其通过设置牙轮4和圆锥尖顶齿能使其在钻进时对地层进行预破碎，释放地层应力，由此可提高切削齿的破岩效率，并对切削齿形成保护，减少磨损，通过倾斜设置切削齿，能够进一步提高破岩效率，同时能够减小切削齿的损耗，在钻进过程中，牙轮4和圆锥尖顶齿还能分担部分冲击载荷，减轻地层对切削齿的冲击载荷，能够使本专利技术在定向段保持高效稳定，井眼质量好本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种牙轮PDC复合式钻头，其特征在于包括钻头本体、主刀翼和牙轮分装件，钻头本体上端沿圆周间隔均布有至少两个主刀翼，主刀翼沿冠部轮廓由内向外依次划分为内锥段、鼻部、肩部、外锥段和保径部，每个主刀翼上均沿内锥段、鼻部、肩部和外锥段依次分布有倾斜设置的切削齿，每个切削齿于靠近对应主刀翼的切削侧边的一端均向远离主刀翼冠部轮廓的方向倾斜，每个主刀翼的保径部的底部均设有倒划眼齿，对应倒划眼齿上方位置的每个主刀翼的保径部上均排列有保径齿，切削齿、倒划眼齿和保径齿的齿顶均位于各个主刀翼的切削侧边，每个主刀翼的鼻部外侧面上均分布有圆锥尖顶齿，对应每相邻的两个主刀翼之间位置的钻头本体上均设有牙轮分装件，牙轮分装件包括牙掌和牙轮，牙掌的下端与钻头本体固定连接或一体成型结构，牙轮转动安装于牙掌上端的轴颈外侧，牙轮上的齿顶高于圆锥尖顶齿的齿顶，圆锥尖顶齿的齿顶高于切削齿的齿顶。/n

【技术特征摘要】
1.一种牙轮PDC复合式钻头，其特征在于包括钻头本体、主刀翼和牙轮分装件，钻头本体上端沿圆周间隔均布有至少两个主刀翼，主刀翼沿冠部轮廓由内向外依次划分为内锥段、鼻部、肩部、外锥段和保径部，每个主刀翼上均沿内锥段、鼻部、肩部和外锥段依次分布有倾斜设置的切削齿，每个切削齿于靠近对应主刀翼的切削侧边的一端均向远离主刀翼冠部轮廓的方向倾斜，每个主刀翼的保径部的底部均设有倒划眼齿，对应倒划眼齿上方位置的每个主刀翼的保径部上均排列有保径齿，切削齿、倒划眼齿和保径齿的齿顶均位于各个主刀翼的切削侧边，每个主刀翼的鼻部外侧面上均分布有圆锥尖顶齿，对应每相邻的两个主刀翼之间位置的钻头本体上均设有牙轮分装件，牙轮分装件包括牙掌和牙轮，牙掌的下端与钻头本体固定连接或一体成型结构，牙轮转动安装于牙掌上端的轴颈外侧，牙轮上的齿顶高于圆锥尖顶齿的齿顶，圆锥尖顶齿的齿顶高于切削齿的齿顶。


2.根据权利要求1所述的牙轮PDC复合式钻头，其特征在于钻头本体上沿圆周间隔分布有三个主刀翼，对应每两个主刀翼之间位置的钻头本体上均分布有定向喷嘴，对应每两个主刀翼内锥段之间位置的钻头本体上均分布有垂直射流喷嘴，垂直射流喷嘴的喷流区域能覆盖所有设置于主刀翼的内锥段处的切削齿。


3.根据权利要求2所述的牙轮PDC复合式钻头，其特征在于对应两个主刀翼内锥段之间位置的钻头本体上均分布有内外连通的垂直射流喷嘴孔，垂直射流喷嘴下部外侧密封螺接于垂直射流喷嘴孔内，垂直射流喷嘴的上端高于钻头本体顶部且高差介于1mm至10mm,垂直射流喷嘴中央有上小下大的锥形通道，通道上端的直径介于8mm至11mm之间。


4.根据权利要求1或2或3所述的牙轮PDC复合式钻头，其特征在于切削齿包括第一圆柱段和齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：王露，潘涛，甄世成，朱坤帅，何健，
申请(专利权)人：新疆贝肯能源工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65