[發(fā)明專利]一種帶有刀翼加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的復(fù)合鉆頭

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010043926.4
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN112554801A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊迎新;何辛;周春曉;范曉勒;任海濤;黃奎林
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué);四川川石.克銳達(dá)金剛石鉆頭有限公司;成都為一石油科技有限公司
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/16;E21B10/52;E21B10/54
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種帶有刀翼加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的復(fù)合鉆頭，包括鉆頭體、水眼、轉(zhuǎn)動切削結(jié)構(gòu)和固定切削結(jié)構(gòu)。所述轉(zhuǎn)動切削結(jié)構(gòu)由固定在鉆頭體上的牙掌，安裝在牙掌上的牙輪和安裝在牙輪上的牙輪切削齒組成；所述固定切削結(jié)構(gòu)由延伸自鉆頭體的刀翼，以及安裝在刀翼上的刀翼切削齒組成，在刀翼底部的鉆頭體上設(shè)置有貫通的水眼。其特征在于：在所述刀翼上還安裝有沉鑲齒，其出露高度不高于所述布齒輪廓線，并且在沉鑲齒周圍還設(shè)置有取齒槽。通過設(shè)置沉鑲齒能夠提高鉆頭刀翼的耐磨性，使刀翼、牙輪避免遭受過度磨損，進(jìn)而防止牙輪井底脫落事故的發(fā)生，提高了復(fù)合鉆頭的鉆井安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本技術(shù)發(fā)明屬于石油天然氣、礦山工程、建筑基礎(chǔ)工程石工、地質(zhì)、水文等鉆探設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的講涉及一種帶有刀翼加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的復(fù)合鉆頭。

背景技術(shù)

鉆頭是鉆井工程中用以破碎巖石、形成井筒的破巖工具。復(fù)合鉆頭是將牙輪鉆頭切削破巖組件和PDC鉆頭切削破巖組件組合起來一種復(fù)合式破巖用鉆頭工具，它結(jié)合了牙輪鉆頭和PDC鉆頭各自的鉆進(jìn)破巖特點，在硬塑性地層、不均質(zhì)地層，或?qū)蜚@井工藝中具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢，可以獲得較為理想的鉆進(jìn)效果。

復(fù)合鉆頭的主要失效形式是“掏心失效”和“環(huán)槽失效”，所謂“掏心失效”是指復(fù)合鉆頭的心部發(fā)生劇烈磨損，形成較深的凹坑，是一種較為嚴(yán)重的失效形式。所謂“環(huán)槽失效”是指在復(fù)合鉆頭的外肩部，或外肩部和心部之間的區(qū)域發(fā)生較為劇烈的磨損，形成環(huán)狀凹槽。由于復(fù)合鉆頭固定切削結(jié)構(gòu)(PDC鉆頭切削破巖組件)沒有活動部件，形成嚴(yán)重磨損后對鉆井安全性不會造成太大影響。但是掏心失效和環(huán)槽失效發(fā)生后，就會對與之在同一井底覆蓋區(qū)域的轉(zhuǎn)動切削結(jié)構(gòu)(牙輪鉆頭切削破巖組件)發(fā)生侵蝕性磨損，特別是對牙輪殼體或密封結(jié)構(gòu)形成的磨損會直接導(dǎo)致牙輪的脫落，進(jìn)而造成較大的鉆井安全事故。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于：提供一種在復(fù)合鉆頭固定切削結(jié)構(gòu)發(fā)生磨損的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)刀翼本體不發(fā)生過度磨損，從而避免“掏心失效”或“環(huán)槽失效”的發(fā)生。這也進(jìn)一步避免了牙輪遭受過度磨損，降低了復(fù)合鉆頭掉牙輪鉆井事故的發(fā)生幾率，提高了鉆井安全性。

本技術(shù)發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種帶有刀翼加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的復(fù)合鉆頭，包括有鉆頭體、水眼，轉(zhuǎn)動切削結(jié)構(gòu)和固定切削結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動切削結(jié)構(gòu)由固定在鉆頭體上的牙掌，安裝在牙掌上的牙輪和安裝在牙輪上的牙輪切削齒組成；所述固定切削結(jié)構(gòu)由延伸自鉆頭體的刀翼，以及安裝在刀翼上的刀翼切削齒組成，其中刀翼切削齒在鉆頭體徑向平面的周向投影位置點彼此平滑過渡連接形成布齒輪廓線，在刀翼底部的鉆頭體上設(shè)置有貫通的水眼。其特征在于：在所述刀翼上還安裝有沉鑲齒，其出露高度不高于所述布齒輪廓線，并且在沉鑲齒周圍還設(shè)置有取齒槽。

由于復(fù)合鉆頭的刀翼材料一般為合金鋼，其耐磨性相較固定切削齒差，因此當(dāng)巖石或其他井底落物接觸到刀翼本體時，就會發(fā)生較為劇烈的磨損。當(dāng)?shù)兑聿牧夏p一定高度后，轉(zhuǎn)動切削結(jié)構(gòu)上的牙輪部件就會與巖石或井底落物直接接觸，隨之發(fā)生磨損。牙輪是通過軸承與軸頸相配合，形成轉(zhuǎn)動連接。造成牙輪脫落的主要原因是外部磨損，導(dǎo)致牙輪殼體發(fā)生斷裂，或?qū)んw磨穿，使鎖緊軸承滾動體脫落，鎖緊能力失效。

采用本發(fā)明的技術(shù)方案可以加強(qiáng)復(fù)合鉆頭刀翼的本體強(qiáng)度。當(dāng)固定切削齒發(fā)生持續(xù)性磨損后，沉鑲齒就會逐漸與井底巖石相接觸并發(fā)揮耐磨的作用，在較大程度上延緩了對刀翼本體的磨損，進(jìn)而發(fā)揮了保護(hù)牙輪殼體，避免牙輪掉落等鉆井安全事故發(fā)生的作用。沉鑲齒的下沉量h以刀翼切削齒布齒輪廓線為基準(zhǔn)，不高于該布齒輪廓線。其中，刀翼切削齒在鉆頭體徑向平面的周向投影位置點彼此平滑過渡連接，即形成了布齒輪廓線。

本發(fā)明技術(shù)方案中，所提出的創(chuàng)新點：沉鑲齒的下沉量h不高于刀翼切削齒布齒輪廓線位置，即沉鑲齒與刀翼切削齒有較大的出露高度差，使其完全作為一種耐磨用齒，而非切削破巖用齒，充分發(fā)揮了保護(hù)鉆頭本體刀翼的作用。

當(dāng)所述沉鑲齒的下沉量h＝0時，即與所述布齒輪廓線平齊，并在沉鑲齒周圍設(shè)置有取齒槽。