一种固定切削结构-牙轮复合钻头.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110685606A(43)申请公布日2020.01.14(21)申请号201810731452.5(22)申请日2018.07.05(71)申请人成都海锐能源科技有限公司地址610500四川省成都市新都区工业东区拓源路申请人西南石油大学(72)发明人况雨春王勤陈炼石志明(51)Int.Cl.E21B10/16(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种固定切削结构-牙轮复合钻头(57)摘要本发明公开了一种固定切削结构-牙轮复合钻头，包括钻头体、固定切削结构和至少一个牙轮，牙轮和固定切削结构布置在所述钻头体上，牙轮通过轴承结构与钻头体形成转动连接，至少有一个牙轮的最外齿或背锥到固定切削结构的前侧面的距离La≤πR/3，至少有一个牙轮的最外齿或背锥到固定切削结构的后侧面的距离Lb≤πR/3。本发明牙轮到固定切削结构的前/后侧面的距离小，牙轮与固定切削结构之间的空白间隙小，切削结构之间过渡平稳，钻头工作稳定性高，导向性能好，有利于提高钻头破岩效率，延长钻头使用寿命。且本发明钻出的井眼规整，井壁质量好。CN110685606ACN110685606A权利要求书1/1页1.一种固定切削结构-牙轮复合钻头，包括钻头体、固定切削结构和至少一个牙轮，所述牙轮和所述固定切削结构布置在所述钻头体上，所述牙轮通过轴承结构与所述钻头体形成转动连接，其特征在于：至少有一个牙轮的最外齿或背锥到固定切削结构的前侧面的距离La小于等于πR/3，即La≤πR/3，至少有一个牙轮的最外齿或背锥到固定切削结构的后侧面的距离Lb小于等于πR/3，即Lb≤πR/3，R为钻头半径。2.根据权利要求1所述的固定切削结构-牙轮复合钻头，其特征在于：所述牙轮的最外齿或背锥到固定切削结构的前侧面的距离La小于等于πR/4，即La≤πR/4。3.根据权利要求1所述的固定切削结构-牙轮复合钻头，其特征在于：所述牙轮的最外齿或背锥到固定切削结构的前侧面的距离La小于等于πR/5，即La≤πR/5。4.根据权利要求1、2或3所述的固定切削结构-牙轮复合钻头，其特征在于：所述前侧面到牙轮的最外齿或背锥的距离小于等于πR/3、πR/4或πR/5的固定切削结构的切削轮廓未延伸至钻头中心。5.根据权利要求4所述的固定切削结构-牙轮复合钻头，其特征在于：所述轮廓未延伸至钻头中心的固定切削结构的切削轮廓在钻头半径的⅓之外的区域内。6.根据权利要求5所述的固定切削结构-牙轮复合钻头，其特征在于：所述轮廓未延伸至钻头中心的固定切削结构的切削轮廓在钻头半径的½之外的区域内。7.根据权利要求6所述的固定切削结构-牙轮复合钻头，其特征在于：所述轮廓未延伸至钻头中心的固定切削结构的切削轮廓在钻头半径的⅔之外的区域内。8.根据权利要求7所述的固定切削结构-牙轮复合钻头，其特征在于：所述轮廓未延伸至钻头中心的固定切削结构的切削轮廓在钻头半径的80%之外的区域内。9.根据权利要求1所述的固定切削结构-牙轮复合钻头，其特征在于：牙轮与固定切削结构之间设置有水孔。10.根据权利要求1所述的固定切削结构-牙轮复合钻头，其特征在于：牙轮的外排齿或（和）背锥参与保径。2CN110685606A说明书1/5页一种固定切削结构-牙轮复合钻头技术领域[0001]本发明属于石油天然气、矿山工程、地热、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备技术领域，尤其涉及一种复合钻头。背景技术[0002]钻头是钻井工程中用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具。钻头的切削结构决定钻头的性能，影响钻头的破岩效率和使用寿命。[0003]PDC钻头和三牙轮钻头是钻井工程中常用的钻头。PDC钻头以刮切方式破碎岩石，PDC齿侵入岩石后在钻头体的旋转带动下，对岩石形成切削作用使岩石破碎。当钻头工作振动大，工作稳定性差时，PDC钻头的切削齿（PDC齿）极易崩损失效。PDC钻头在定向钻进时也易引起钻头的切削齿失效，降低钻头的钻进能力，减短钻头使用寿命。三牙轮钻头主要以冲击压碎的方式破岩，其缺点是能量利用率不高，破岩效率较低，且钻头工作过程中，轴承受到的冲击大，动载系数大。[0004]美国贝克休斯公司提出一种混合钻头（在美国及其他国家均提出了专利申请，如PTCWO2010/132232等），该钻头由固定切削结构和牙轮切削结构组合而成。钻头旋转钻进时，固定切削结构（固定刀翼）上的PDC齿以刮切方式破岩；混合钻头的牙轮切削结构与牙轮钻头类似，牙轮上的牙齿主要以冲击压碎的方式破岩。由于两种切削结构的破岩工作原理不同，钻头结构特殊，混合钻头工作时钻头受力复杂，钻头工况复杂。混合钻头的工作稳定性常常影响钻头的使用寿命和性能。混合钻头的复杂工况带来的钻头不稳定工作常常引起钻头上PD