[發明專利]一種復合式強切削單牙輪鉆頭

在審

• 申請號: 202010175527.3
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111411900A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 張德榮;胡林;孔春巖;黃澤貴;孫成龍;陳益麗;趙路
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B10/50
• 分類號: E21B10/50;E21B10/18
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張德才

本發明公開一種復合式強切削單牙輪鉆頭，涉及鉆探設備技術領域，主要結構包括牙爪、球形上牙輪和錐形下牙輪。齒帶上布置有切削齒，牙輪上有帶槽與切削齒齒帶配合。牙爪上設置有軸頸，牙輪與軸頸相連接。牙輪攜齒帶在鉆進過程中既隨鉆頭體共轉，又隨牙爪軸頸自轉，以實現刮切破碎巖石的任務。本發明的一種復合式強切削單牙輪鉆頭，采用模塊化布齒原則，將原本單一的牙輪分為球形上牙輪，錐形下牙輪。提高鉆頭的破巖效率增強鉆頭的切削能力，延長鉆頭的使用壽命。

技術領域

本發明涉及鉆探設備技術領域，特別是涉及一種復合式強切削單牙輪鉆頭。

背景技術

鉆頭是鉆井工程用以破碎巖石、形成井下通道。目前鉆井工程中使用的鉆頭主要有牙輪鉆頭和金剛石鉆頭。

牙輪鉆頭上的牙輪通過軸承系統與鉆頭體形成轉動連接，鉆頭工作時，鉆頭體旋轉帶動牙輪繞鉆頭軸線轉動的同時，牙輪還會繞自身的軸線轉動，牙輪上的切削齒在上述兩種運動的合成下作復雜的復合運動，牙輪鉆頭屬非固定切削齒鉆頭。

PDC鉆頭主要有四個組成部分，即聚晶金剛石復合片、噴嘴、胎體(鋼體)以及鉆頭體。在機械的帶動下旋轉鉆頭會產生旋轉，從而帶動整個鉆頭產生向心運動，并通過切削、研磨使巖石發生裂痕并破碎，起到向下鉆探的作用，在井底形成同心圓破碎帶，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。

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。PDC鉆頭能夠被廣泛的應用于硬質地層、軟質地層、軟硬適中的地層。

單牙輪鉆頭是牙輪鉆頭中的一種，是鉆井工程中使用的主要破巖工具之一，特別是在深井超深井的小井眼鉆井中發揮著重要的作用。單牙輪鉆頭只有一個牙輪，結構相對簡單，其軸承尺寸可以在很大的空間內調整，便于結構改進，這使得鉆頭尺寸容易小型化。

單牙輪鉆頭，主要依靠沖擊和刮切方式破巖，鉆頭滑移運動距離長。在硬地層和研磨性強的地層中使用時牙齒磨損嚴重，鉆頭的平均機械鉆速和壽命較低；單牙輪鉆頭對井壁規則主要靠牙輪頂部區域的切削齒，如果頂部區域的牙齒磨損嚴重，則無法維持井壁規則，但是目前單牙輪鉆頭基本不具備良好的保徑功能；刮切的破巖方式要求單牙輪鉆頭的牙齒具有較強的耐磨性，但單牙輪鉆頭失效的主要形式仍是牙齒的先期過度磨損和切削“死點”。

當鉆頭鉆進高溫地熱井時，牙齒掉落現象較為普遍，牙齒掉落不僅會加速鉆頭的磨損，更重要的是，當牙齒掉落過多，未破碎巖石增多導致進尺困難或不能進尺。

因此，保徑性能好、研究抗磨性強、巖性適應性更廣泛、布齒覆蓋率更好的單牙輪鉆頭，不僅是提高單牙輪鉆頭壽命和小井眼側鉆及深井提速的當務之急，而且也對今后相關學科研究有著重要的參考價值。

發明內容

為解決以上技術問題，本發明提供一種復合式強切削單牙輪鉆頭，提升牙輪的布齒效率、規徑功能，提高牙齒耐磨性能和鉆頭機械鉆速的復合式強切削單牙輪鉆頭及其制造工藝。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種復合式強切削單牙輪鉆頭，包括牙爪、球形上牙輪和錐形下牙輪；所述球形上牙輪設置于所述牙爪的中部，所述錐形下牙輪設置于所述牙爪的下部；

所述牙爪上設置有牙爪軸頸、第一鉆井液流道、第二鉆井液流道和導儲油通道；所述第一鉆井液流道設置于所述牙爪上部，所述第二鉆井液流道設置于所述牙爪底部，所述第一鉆井液流道和所述第二鉆井液流道均與所述牙爪內部通道相連通，所述導儲油通道設置于所述第二鉆井液流道斜下方；

所述第一鉆井液流道出口端設置有上噴嘴，所述第二鉆井液流道出口端設置有下噴嘴；