一种具有冲击破岩功能的钻头.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115596362A(43)申请公布日2023.01.13(21)申请号202110783282.7E21B10/60(2006.01)(22)申请日2021.07.12(71)申请人中国石油化工股份有限公司地址100728北京市朝阳区朝阳门北大街22号申请人中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院(72)发明人孙明光玄令超孙连忠臧艳彬孙峰王甲昌(74)专利代理机构北京聿华联合知识产权代理有限公司11611专利代理师刘华联(51)Int.Cl.E21B10/46(2006.01)E21B10/38(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称一种具有冲击破岩功能的钻头(57)摘要本发明提供了一种具有冲击破岩功能的钻头，包括：钻头本体，在所述钻头本体内设有供钻井液流过的过流通道，所述过流通道沿轴向贯穿所述钻头本体；设置在所述过流通道中的叶轮机构；与所述叶轮机构固定连接的凸轮机构；以及若干设置于所述钻头本体的内部的顶针冲击机构，所述顶针冲击机构的第一端与所述凸轮机构的工作端面接触；其中，所述叶轮机构能够在钻井液的作用下带动所述凸轮机构转动，使所述凸轮机构驱动所述顶针冲击机构交替向外伸出和回缩复位，从而冲击破碎井底岩石。CN115596362ACN115596362A权利要求书1/1页1.一种具有冲击破岩功能的钻头，包括：钻头本体(1)，在所述钻头本体内设有供钻井液流过的过流通道(11)，所述过流通道沿轴向贯穿所述钻头本体；设置在所述过流通道中的叶轮机构(3)；与所述叶轮机构固定连接的凸轮机构(4)；以及若干设置于所述钻头本体的内部的顶针冲击机构(5)，所述顶针冲击机构的第一端与所述凸轮机构的工作端面接触；其中，所述叶轮机构能够在钻井液的作用下带动所述凸轮机构转动，使所述凸轮机构驱动所述顶针冲击机构交替向外伸出和回缩复位，从而冲击破碎井底岩石。2.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述顶针冲击机构包括顶针(51)，在所述钻头本体的内部设有安装部(12)，所述顶针安装在所述安装部内，且所述顶针能够伸出或缩回所述安装部。3.根据权利要求2所述的钻头，其特征在于，所述顶针包括构造为圆柱体形的第一本体(511)和与所述第一本体固定连接的第二本体(512)，所述第一本体的直径大于所述第二本体的直径，从而在所述第一本体和所述第二本体的连接处形成第一台阶。4.根据权利要求2或3所述的钻头，其特征在于，在所述第二本体的轴向外端设有冲击齿(52)。5.根据权利要求3所述的钻头，其特征在于，在所述第二本体上套设有弹性件(6)，在所述安装部的内壁上设有端面朝向内侧的第二台阶(121)，所述弹性件的两端分别抵靠所述第一台阶和所述第二台阶，所述顶针冲击机构通过所述弹性件回缩复位。6.根据权利要求1到3中任一项所述的钻头，其特征在于，所述顶针冲击机构的中心轴线与所述钻头本体轴线的夹角γ的取值范围为0°≤│γ│≤90°。7.根据权利要求1到3中任一项所述的钻头，其特征在于，所述顶针冲击机构设置成与所述凸轮机构之间存在偏心距e，且所述偏心距的取值范围为0≤e≤10mm。8.根据权利要求1到3中任一项所述的钻头，其特征在于，所述顶针冲击机构的往复运动的行程h的取值范围为2≤h≤10mm。9.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，在所述钻头本体的外周表面上设有多个刀翼(2)，所述刀翼上设有PDC切削齿(21)，所述钻头本体能够随上部钻具旋转，并带动所述刀翼和所述PDC切削齿旋转以切削破岩，从而使所述钻头能够进行冲击与切削复合破岩。10.根据权利要求9所述的钻头，其特征在于，在所述刀翼中设有喷嘴(7)，所述喷嘴的喷射方向设置成朝向所述PDC切削齿和所述顶针冲击机构，用于对所述PDC切削齿和所述顶针冲击机构进行清洗。2CN115596362A说明书1/5页一种具有冲击破岩功能的钻头技术领域[0001]本发明属于石油天然气钻探工程、矿山工程、地质钻探、隧道工程、水文及非开挖等技术设备领域，具体涉及一种具有冲击破岩功能的钻头。背景技术[0002]钻井现场常用的PDC钻头依靠高硬度、耐磨、自锐的聚晶金刚石复合片(简称PDC齿)作为切削元件来剪切破碎岩石。PDC钻头由于其在软到中硬地层中具有机械钻速高、寿命长、钻进成本低等优点，因此，在石油天然气勘探开发中得到了广泛使用。[0003]然而，现有钻头的PDC齿虽然硬度高，但其抗冲击能力和抗热磨损能力不足。PDC钻头在硬地层、高研磨性地层、软硬交错夹层、含砾岩层等不均质地层钻进时，PDC齿很容易发生磨损失效、崩裂失效、热失效。其中，最典型的失效形式就是PDC齿金刚石层的冲击崩损，这使得钻头的切削效率和工作寿命均大大降低。通常，钻头上最容易发生复合