[發(fā)明專利]一種PDC-牙輪復(fù)合鉆頭

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011267945.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112302538A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉偉;其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開(kāi)姓名
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 劉偉
• 主分類號(hào): E21B10/08
• 分類號(hào): E21B10/08;E21B10/36;E21B10/38
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種PDC?牙輪復(fù)合鉆頭，屬于石油天然氣鉆探技術(shù)領(lǐng)域，包括鉆頭體、牙掌、牙輪、固定刀翼，所述固定刀翼上設(shè)置有切削齒，牙輪安裝在牙掌上，并設(shè)置有牙齒，鉆頭體上至少有一個(gè)固定刀翼上設(shè)置有沖擊組件；固定刀翼上設(shè)置有滾動(dòng)槽，沖擊裝置隨傳動(dòng)裝置一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并在匹配滾體作用下進(jìn)入到滾動(dòng)槽中,傳動(dòng)方式為帶傳動(dòng)。該結(jié)構(gòu)可對(duì)巖石進(jìn)行沖擊預(yù)破碎或預(yù)損傷，降低巖石強(qiáng)度。匹配滾體進(jìn)入到滾動(dòng)槽，進(jìn)而回縮到刀翼體內(nèi)不暴露在井底，能避免沖擊裝置受到?jīng)_蝕，帶傳動(dòng)能夠?qū)_擊裝置進(jìn)行完全保護(hù)，避免沖擊裝置因受載過(guò)大而失效，增加沖擊裝置使用壽命，提高復(fù)合鉆頭鉆進(jìn)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石油天然氣、礦山工程、建筑基礎(chǔ)工程施工、地質(zhì)、水文等鉆探技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種PDC-牙輪復(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。而PDC鉆頭是鉆井工程中常用的鉆頭工具之一，尤其在現(xiàn)代快速鉆井過(guò)程中，PDC鉆頭所取得的進(jìn)尺數(shù)已達(dá)到油氣鉆井總進(jìn)尺的90%以上， PDC鉆頭憑借在鉆進(jìn)過(guò)程中機(jī)械鉆速高、鉆進(jìn)成本低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在油氣鉆井中得到了廣泛使用。

在現(xiàn)代快速鉆井技術(shù)中，在鉆頭具有良好的攜巖能力的同時(shí)，更重要的是要有優(yōu)良的破巖切削結(jié)構(gòu)，尤其在鉆進(jìn)強(qiáng)研磨性、高硬度等難鉆地層，由于地層研磨性強(qiáng)、硬度高，常規(guī)PDC 鉆頭的切削齒在鉆進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生齒的磨損、崩齒等現(xiàn)象，尤其是鉆頭肩部的切削齒，其磨損速度更快，當(dāng)鉆頭上一顆齒的磨損發(fā)生時(shí)，將會(huì)增加該齒臨近區(qū)域齒的所承受的鉆壓，使臨近區(qū)域切削齒的工作載荷大大提高，進(jìn)而加速臨近區(qū)域切削齒齒的快速磨損，當(dāng)切削齒磨損到一定程度后將會(huì)造成刀翼上切削齒的失效，導(dǎo)致其使用壽命快速降低，大大降低鉆頭鉆進(jìn)效率。

為提高鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中切削齒的使用壽命，增加鉆頭對(duì)巖石的侵入能力，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的鉆頭廠家及科研院所設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)形式的PDC-牙輪復(fù)合鉆頭，通過(guò)牙輪牙齒侵入地層，通過(guò)對(duì)地層進(jìn)行碾壓作用降低井底巖石的應(yīng)力，固定刀翼切削齒在較低的載荷作用下刮切巖石進(jìn)行破巖，大大提高PDC-牙輪復(fù)合鉆頭在鉆進(jìn)過(guò)程中的破巖效率更高。為進(jìn)一步提高PDC-牙輪復(fù)合鉆頭的破巖效率、使用壽命，相關(guān)科研人員將沖擊器與復(fù)合鉆頭配合使用，從而通過(guò)沖擊器對(duì)復(fù)合鉆頭施加一定的壓力，從而使巖石受力增加，在較大壓力下巖石降低附近區(qū)域的應(yīng)力，從而增加切削齒的刮切能力，而現(xiàn)有設(shè)計(jì)的沖擊復(fù)合鉆頭上所安裝的沖擊器中，沖擊裝置均是暴露在井底中，這樣一方面將會(huì)造成鉆井液對(duì)沖擊裝置的沖蝕現(xiàn)象，減弱沖擊裝置的使用壽命，另一方面，沖擊裝置一直暴露在井底，阻礙了巖屑在井底的運(yùn)移，影響巖屑的排出，使巖屑在井底發(fā)生堆積，進(jìn)而產(chǎn)生泥包，大大降低PDC-牙輪復(fù)合鉆頭鉆進(jìn)效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于：提出一種PDC-牙輪復(fù)合鉆頭，從而增加復(fù)合鉆頭在強(qiáng)研磨性、高硬度等難鉆地層中的使用壽命，進(jìn)而提高PDC-牙輪復(fù)合鉆頭的鉆進(jìn)效率。

本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種PDC-牙輪復(fù)合鉆頭，包括鉆頭體、牙掌、牙輪、延伸自鉆頭體上的固定刀翼，所述固定刀翼上設(shè)置有切削齒，牙輪安裝在牙掌上，牙輪上設(shè)置有牙齒，其特征在于：鉆頭體上至少有一個(gè)固定刀翼上設(shè)置有沖擊組件，所述沖擊組件由沖擊裝置、滾動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置構(gòu)成；所述固定刀翼上設(shè)置有滾動(dòng)槽，沖擊裝置隨傳動(dòng)裝置一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并在匹配滾體作用下進(jìn)入到滾動(dòng)槽中；所述沖擊裝置在沖擊作用下沖擊齒的出露高度高于固定刀翼上切削齒的出露高度，高度差為Δh；所述沖擊裝置的沖擊作用依靠彈簧、滾動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置、匹配滾體共同作用來(lái)完成；所述沖擊裝置的沖擊作用傳動(dòng)方式為帶傳動(dòng)。