[實用新型]一種刀翼上有可旋轉盤刀的鉆頭

有效

• 申請號: 201320069590.4
• 申請日: 2013-02-07
• 公開（公告）號: CN203201475U
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 楊立源
• 申請（專利權）人: 楊立源
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 管高峰;錢成岑

技術領域

本發明屬于石油天然氣、礦山工程、建筑基礎工程施工、地質、水文等鉆探設備技術領域，具體的講涉及一種鉆頭。?

背景技術

鉆頭是鉆井工程中用以破碎巖石、形成井筒的破巖工具。三牙輪鉆頭和PDC（聚晶金剛石復合片）鉆頭是當今鉆井工程中使用得最多的鉆頭。?

三牙輪鉆頭主要以沖擊壓碎的形式破巖。現有三牙輪鉆頭的牙輪偏移角大多不超過5°，鉆頭在井底旋轉鉆進時，輪體速比（鉆頭旋轉鉆進時牙輪轉速與鉆頭轉速之比）均大于1，牙輪繞牙掌軸頸的轉動速度快，牙輪上的牙齒與井底巖石相接觸的時間很短，牙齒在井底滑移的距離也很短，鉆頭利用牙齒對巖石的沖壓作用來破巖。軸承壽命低是制約三牙輪鉆頭使用壽命的主要因素之一。?

現今，無運動部件、耐磨且壽命長的PDC（聚晶金剛石復合片）鉆頭在鉆井工程中使用得越來越多，比例越來越大。現有的PDC鉆頭均屬固定切削齒鉆頭，作為切削元件的聚晶金剛石復合片（即PDC齒，亦簡稱齒）按照一定的規律布置并固結在鉆頭體上，構成PDC鉆頭破碎巖石的切削結構。為了及時將井底被鉆頭破碎的巖屑攜帶至地面，同時也為了清洗鉆頭和冷卻切削齒，PDC鉆頭上還需具有水力結構。水力結構通常由鉆頭內流道、外流道和噴射孔組成。噴射孔又稱噴嘴，可以是直接設置在鉆頭體上的固定式噴嘴，也可以是安裝在鉆頭上的可替換式噴嘴。為了使鉆頭的切削結構和水力結構達到更好的工作效果，在設計、制造鉆頭時，通常按照一定的規律將PDC齒分成若干組，同組的PDC齒固結在同一個齒座上，每個齒座以及分布于其上的PDC齒構成一個切削結構單元，稱為刀翼（齒座為刀翼體或固定刀翼）。刀翼之間的溝槽就形成了鉆頭的外流道。這種鉆頭為刀翼式PDC鉆頭。刀翼式PDC鉆頭是PDC鉆頭的主要結構類型。?

在理想工作條件（即鉆頭中心線與井眼中心線重合的條件）下，鉆頭鉆進時各切削齒所負責破碎的區域為相對固定的同心圓環帶。這種固定齒PDC鉆頭主要有四方面的缺點：?

第一，PDC齒連續不斷地切削巖石，由于劇烈摩擦產生的熱量會使齒達到相當高的溫度，當溫度超過一定界限時，PDC齒的磨損速度明顯上升，從而導致熱磨損現象（當PDC齒工作溫度高于某一特定溫度時，其耐磨性明顯下降的現象稱為PDC齒的熱磨損現象）的發生。

第二，鉆頭上個別齒的失效（齒的脫落、斷裂或過度磨損等）會顯著增加失效齒井底環帶附近的PDC齒的工作負荷，加快其磨損速度，進而導致鉆頭提前失效。?

第三，鉆頭不同徑向區域上的PDC齒的磨損速度差異明顯，一般鉆頭外部區域（特別是鉆頭半徑的外1/3區域）的切削齒磨損速度明顯快于心部區域的齒。?

第四，增加鉆頭上的切削齒數量可以減小切削齒的工作負荷，因而能夠有效降低切削齒的磨損速度，提高鉆頭的工作壽命，但同時也會降低鉆頭的鉆巖效率。?

中國專利“一種以切削方式破巖的復合式鉆頭”（專利號：201010229371.9）中，鉆頭上既設置了裝有切削齒的轉輪（亦可稱為盤刀），也設置了裝有固定切削齒的固定切削結構（包括刀翼結構）。這種復合式鉆頭結合了可旋轉的轉輪切削結構和裝有固定切削齒的固定切削結構各自的優點，同時互補增益產生了新的效果，總體上具有極好的技術效果。但在進一步的研究中發現，這種鉆頭結構具有如下缺點：裝有切削齒的轉輪和裝有固定切削齒的固定切削結構，雖然能各自獨立地發揮效果，但其轉輪及其支承結構必須是鉆頭體上一個獨立的切削結構單元，因此在鉆頭上占據的空間相對較大，在布齒空間極為有限的條件下，空間的浪費在很大程度上就意味著鉆頭性能的犧牲，這對于鉆頭切削結構的設計是十分不利的。上述缺陷的存在阻礙了該本具有極好技術效果的方案的實際應用。?

發明內容

本發明的目的在于：提出一種刀翼上具有可旋轉盤刀結構的鉆頭，能充分利用刀翼式鉆頭的結構特點，節省鉆頭切削結構區域的幾何空間，提高鉆頭的綜合性能。?

本發明目的通過下述技術方案來實現：?

一種刀翼上有可旋轉盤刀的鉆頭，包括鉆頭體、固定刀翼、盤刀，所述鉆頭體上設置有固定刀翼，所述固定刀翼上布有固定切削齒，所述盤刀的偏移角α的范圍是20°≤|α|≤90°，所述鉆頭體上至少有一個由所述盤刀與其上的盤刀切削齒及盤刀軸所構成的盤刀切削單元，至少有一個所述盤刀切削單元設置在固定刀翼上，所述盤刀與所述固定刀翼形成轉動連接。