[發明專利]牙輪PDC復合式鉆頭

有效

• 申請號: 202010930464.8
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112145087B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 王露;潘濤;甄世成;朱坤帥;何健
• 申請（專利權）人: 新疆貝肯能源工程股份有限公司
• 主分類號: E21B10/50
• 分類號: E21B10/50;E21B10/16;E21B10/18
• 代理公司: 烏魯木齊合縱專利商標事務所 65105
• 代理人: 周星瑩;湯潔

本發明涉及鉆頭技術領域，是一種牙輪PDC復合式鉆頭，包括鉆頭本體、主刀翼和牙輪分裝件，鉆頭本體上端沿圓周間隔均布有至少兩個主刀翼，主刀翼沿冠部輪廓由內向外依次劃分為內錐段、鼻部、肩部、外錐段和保徑部。本發明結構合理，其通過設置牙輪和圓錐尖頂齒能使其在鉆進時對地層進行預破碎，釋放地層應力，由此可提高切削齒的破巖效率，并對切削齒形成保護，減少磨損，通過傾斜設置切削齒，能夠進一步提高破巖效率，同時能夠減小切削齒的損耗，提高本發明的使用壽命和切削效率，在鉆進過程中，牙輪和圓錐尖頂齒還能分擔部分沖擊載荷，減輕地層對切削齒的沖擊載荷，能夠使本發明在定向段保持高效穩定，井眼質量好且不易卡鉆。

技術領域

本發明涉及鉆頭技術領域，是一種牙輪PDC復合式鉆頭。

背景技術

在大斜度的定向井中，為了控制井眼軌跡需要進行滑動鉆進，但是因大斜度定向井段摩阻扭矩大，采用常規PDC鉆頭進行滑動鉆進時，存在脫壓嚴重，鉆壓傳遞不平穩，工具面難以控制等問題，如采用牙輪鉆頭鉆進，因使用“螺桿+轉盤”鉆進轉速高，實施井段短，且易發生掉牙輪事故，制約了大斜度井的鉆井速度；采用旋轉導向鉆井技術可以解決上述問題，但成本高，同時現有的切削齒水平安裝在主刀翼上，鉆井時收到的軸向力大，磨損速度快。鉆井速度的快慢對油田提質增效、高效勘探開發具有十分重大的影響，提高鉆井速度，靠生產效率的提高來滿足石油產量持續增長的需要，不僅是各油田公司提高效益的需要，所以PDC牙輪復合式鉆頭的研究和應用有迫切的必要性，更是石油勘探開發持續發展的需要。

發明內容

本發明提供了一種牙輪PDC復合式鉆頭，克服了上述現有技術之不足，其能有效解決現有PDC鉆頭在大斜度定向井段鉆進時效率低、鉆頭磨損快的問題。

本發明的技術方案是通過以下措施來實現的：一種牙輪PDC復合式鉆頭，包括鉆頭本體、主刀翼和牙輪分裝件，鉆頭本體上端沿圓周間隔均布有至少兩個主刀翼，主刀翼沿冠部輪廓由內向外依次劃分為內錐段、鼻部、肩部、外錐段和保徑部，每個主刀翼上均沿內錐段、鼻部、肩部和外錐段依次分布有傾斜設置的切削齒，每個切削齒于靠近對應主刀翼的切削側邊的一端均向遠離主刀翼冠部輪廓的方向傾斜，每個主刀翼的保徑部的底部均設有倒劃眼齒，對應倒劃眼齒上方位置的每個主刀翼的保徑部上均排列有保徑齒，切削齒、倒劃眼齒和保徑齒的齒頂均位于各個主刀翼的切削側邊，每個主刀翼的鼻部外側面上均分布有圓錐尖頂齒，對應每相鄰的兩個主刀翼之間位置的鉆頭本體上均設有牙輪分裝件，牙輪分裝件包括牙掌和牙輪，牙掌的下端與鉆頭本體固定連接或一體成型結構，牙輪轉動安裝于牙掌上端的軸頸外側，牙輪上的齒頂高于圓錐尖頂齒的齒頂，圓錐尖頂齒的齒頂高于切削齒的齒頂。

下面是對上述發明技術方案的進一步優化或/和改進：

上述鉆頭本體上可沿圓周間隔分布有三個主刀翼，對應每兩個主刀翼之間位置的鉆頭本體上均分布有定向噴嘴，對應每兩個主刀翼內錐段之間位置的鉆頭本體上均分布有垂直射流噴嘴，垂直射流噴嘴的噴流區域能覆蓋所有設置于主刀翼的內錐段處的切削齒。

上述對應兩個主刀翼內錐段之間位置的鉆頭本體上均可分布有內外連通的垂直射流噴嘴孔，垂直射流噴嘴下部外側密封螺接于垂直射流噴嘴孔內，垂直射流噴嘴的上端高于鉆頭本體頂部且高差介于1 mm至10mm,垂直射流噴嘴中央有上小下大的錐形通道，通道上端的直徑介于8mm至11mm之間。

上述切削齒可包括第一圓柱段和齒刃段，第一圓柱段的一端形成球冠狀的凸起，第一圓柱段的另一端與刀刃狀的齒刃段固定連接在一起并向遠離主刀翼冠部輪廓的方向傾斜，第一圓柱段的中心軸線與對應位置的主刀翼橫向冠部輪廓面之間的夾角介于5°至15°之間，每個齒刃段的刀尖均垂直于對應位置的主刀翼冠部輪廓的切線，保徑齒呈半圓柱體形狀。

上述圓錐尖頂齒可包括第二圓柱段和錐柱段，錐柱段的底端與第二圓柱段的頂端連接在一起且兩者的連接處呈平滑過渡狀，錐柱段為母線呈弧形的錐形回轉體，錐柱段的尖部外側設有復合層。

上述圓錐尖頂齒錐柱段的頂部與切削齒齒刃段的頂部之間的間距可介于0.3mm到2mm之間。