一种牙轮式复合PDC钻头.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115538946A(43)申请公布日2022.12.30(21)申请号202211545772.4(22)申请日2022.12.05(71)申请人西南石油大学地址610500四川省成都市新都区新都大道8号(72)发明人任海涛贾新周春晓杨迎新周胜许敬伟(51)Int.Cl.E21B10/46(2006.01)E21B10/50(2006.01)E21B10/24(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图6页(54)发明名称一种牙轮式复合PDC钻头(57)摘要本发明公开了一种牙轮式复合PDC钻头，包括有钻头体，延伸自钻头体的固定刀翼，以及设置在固定刀翼或牙掌上的牙轮，在固定刀翼和牙轮上均镶固有切削齿，所述牙轮的心轴与其支撑刀翼或牙掌构成转动连接。其特征在于：在牙轮或心轴内部设置有储油总成，它通过压盖封存在心轴上，在压盖上还设有单向阀，控制钻井液的单向流动。本发明的有益效果是：一方面在井底钻井液压力的波动作用下，通过单向阀使储油总成始终维持在高压状态，能够使轴承系统润滑得更加充分；另一方面简化了用于支撑牙轮的固定刀翼或牙掌结构，降低了加工制造工艺难度，提高了结构强度，装配简便。CN115538946ACN115538946A权利要求书1/1页1.一种牙轮式复合PDC钻头，包括有钻头体，延伸自钻头体的固定刀翼，以及设置在固定刀翼或牙掌上的牙轮，在固定刀翼和牙轮上均镶固定有切削齿，所述牙轮的心轴与其支撑刀翼或牙掌构成转动连接，其特征在于：在牙轮或心轴内部设置有储油总成，它通过压盖封存在心轴上，在压盖上还设有单向阀。2.根据权利要求1所述的一种牙轮式复合PDC钻头，其特征在于：所述心轴为双支撑结构，前后分别与前支撑刀翼和后支撑刀翼构成转动连接，或在同一刀翼上构成双支撑转动连接，在牙轮内部设置有储油总成，它通过压盖封存在心轴上，在压盖上还设置有单向阀。3.根据权利要求1所述的一种牙轮式复合PDC钻头，其特征在于：所述牙轮通过平键或花键与心轴形成固定连接。4.根据权利要求1所述的一种牙轮式复合PDC钻头，其特征在于：在心轴内部设置有孔道，润滑脂经由孔道输送至心轴与牙轮、心轴与刀翼或牙掌连接位置的转动副。5.根据权利要求1所述的一种牙轮式复合PDC钻头，其特征在于：在所述心轴与固定刀翼或牙掌连接处设置有径向轴承或止推轴承。6.根据权利要求1所述的一种牙轮式复合PDC钻头，其特征在于：所述心轴与固定刀翼或牙掌，以及心轴与牙轮连接处的转动副间设置有密封圈。2CN115538946A说明书1/4页一种牙轮式复合PDC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、建筑基础工程施工、地质钻探、隧道工程、水文、盾构及非开挖等技术设备领域，特别是涉及一种钻进钻头。技术背景[0002]PDC钻头是钻井工程中使用得最多的一种用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具。PDC钻头依靠高硬度、高耐磨、能自锐的聚晶金刚石复合片来剪切破碎岩石，由于在软到中硬地层中机械钻速高、寿命长，钻进安全性好，在钻井工程中得到广泛使用。以PDC钻头为代表的固定切削齿钻头通常都具有若干个刀翼，刀翼上沿着钻头径向设置有多个切削元件(对PDC钻头，切削元件主要是聚晶金刚石复合片，简称复合片或PDC齿)。[0003]西南石油大学提交的中国专利“一种以切削方式破岩的复合式钻头”(专利号：201010229371.9)中首次将PDC齿作为主切削元件设置在了具有大偏移角(偏移角a为20°≤|a|≤90°)的转轮(即本申请所称的牙轮)上。两套切削单元不同的运动模式形成交叉网状的井底，这种交叉切削的破岩方式较大的提高了钻头的机械钻速。西南石油大学提交的另一中国专利“一种复合切削金刚石钻头”（专利号：201710819577.9）中将牙轮设置于一个固定刀翼或固定刀翼之间的水道槽中，形成一种双支撑结构的牙轮式复合PDC钻头。增加了牙轮钻头稳定性的同时也保留了PDC钻头的切削特点。[0004]但是，在包括上述专利技术的现有技术中，其储油总成设置在固定刀翼或牙掌上，结构与加工工艺复杂、制造难度大；放置储油总成的孔削弱了刀翼或牙掌的结构强度，会导致钻头整体安全性降低。同时在现有技术中，压盖上均开设有传压孔，在钻井液压力作用下储油总成中的润滑脂被挤压进入到轴承系统中实现润滑。但是钻井液始终存在压力波动，这样就对储油总成造成“抽吸”作用，使润滑脂不能持续供给，对轴承系统的润滑效果也大大降低。发明内容[0005]本发明的目的在于：针对具有牙轮结构的复合钻头存在的不足，提出一种新结构的牙轮式复合PDC钻头，以简化钻头结构，降低其加工难度，并提高钻头的结构强度和轴承润滑效果。[0006]本发明的目的通过下述技术方案来实现：一种牙轮式复合PDC钻