一种镶齿牙轮混合钻头.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CN107747473A(43)申请公布日2018.03.02(21)申请号201711138078.X(22)申请日2017.11.16(71)申请人中石化江钻石油机械有限公司地址430000湖北省武汉市东湖新技术开发区庙山小区华工园一路5号申请人中石化石油机械股份有限公司(72)发明人涂关富刘宗文(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人胡建平(51)Int.Cl.E21B10/16(2006.01)E21B10/18(2006.01)E21B10/50(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种镶齿牙轮混合钻头(57)摘要本发明涉及一种镶齿牙轮混合钻头，包括有钻头体，钻头体上设置刀翼和喷嘴，刀翼从内至外划分为内锥、鼻部、肩部和保径段，刀翼上沿内锥、鼻部、肩部和保径段安设固定切削齿，在至少两对相邻的刀翼间安设有牙掌，牙掌上端与钻头体相联成一体，牙掌的下端安设有牙轮，其特征在于所述牙轮为镶齿牙轮，所述牙轮的切削齿切削位对应于刀翼的鼻部和肩部，所述牙轮切削齿设置有多排，每排牙轮切削齿沿一圈牙轮纬线间隔安设，各排牙轮切削齿沿切削齿的最外轮廓包罗线从内到外紧密排列，且相邻各排切削齿沿牙轮经线交错间隔布设，每个牙轮的切削齿布齿结构相同。该混合钻头的牙轮布齿合理，能有效提高牙轮的耐磨性从而延长混合钻头的使用寿命。CN107747473ACN107747473A权利要求书1/1页1.一种镶齿牙轮混合钻头，包括有钻头体，钻头体上设置刀翼和喷嘴，刀翼从内至外划分为内锥、鼻部、肩部和保径段，刀翼上沿内锥、鼻部、肩部和保径段安设固定切削齿，在至少两对相邻的刀翼间安设有牙掌，牙掌上端与钻头体相联成一体，牙掌的下端安设有牙轮，其特征在于所述牙轮为镶齿牙轮，所述牙轮的切削齿切削位对应于刀翼的鼻部和肩部，所述牙轮切削齿设置有多排，每排牙轮切削齿沿一圈牙轮纬线间隔安设，各排牙轮切削齿沿切削齿的最外轮廓包罗线从内到外紧密排列，且相邻各排切削齿沿牙轮经线交错间隔布设，每个牙轮的切削齿布齿结构相同。2.按权利要求1所述的镶齿牙轮混合钻头，其特征在于所述刀翼上的固定切削齿由内到外排列布设，覆盖整个井底，形成固定切削齿的轮廓包罗线，各个刀翼上的所有切削齿回转半径各不相同，即每个刀翼的布齿结构各不相同。3.按权利要求2所述的镶齿牙轮混合钻头，其特征在于所述的牙轮切削齿的最外轮廓包罗线和所述的固定切削齿的轮廓包罗线平行并间隔一定距离，所述的牙轮切削齿的最外轮廓包罗线与固定切削齿的最外轮廓包罗线之间的距离为-2.0毫米~2.0毫米。4.按权利要求2或3所述的镶齿牙轮混合钻头，其特征在于所述牙轮的每排切削齿在切削轨迹的最低点时齿中心线与刀翼上对应各固定切削齿的齿中心线重合或相近。5.按权利要求1或2所述的镶齿牙轮混合钻头，其特征在于所述的刀翼为2~6个，所述的牙轮的为2~6个，且牙轮个数等于或少于刀翼数。6.按权利要求1或2所述的镶齿牙轮混合钻头，其特征在于所述的牙轮切削齿设置有6~20排，每排镶装的牙轮切削齿为6~20个。7.按权利要求1或2所述的镶齿牙轮混合钻头，其特征在于所述的牙轮切削齿为硬质合金齿，或硬质合金聚晶金刚石复合齿。8.按权利要求1或2所述的镶齿牙轮混合钻头，其特征在于所述的固定切削齿为金刚石复合片。2CN107747473A说明书1/3页一种镶齿牙轮混合钻头技术领域[0001]本发明涉及到一种用于石油、天然气和地质钻井用的镶齿牙轮混合钻头，该钻头适用于在夹层和硬地层地层的钻井。背景技术[0002]在现有技术中，当钻井遇到硬地层时，常用的PDC金刚石钻头主要是通过刮削运动方式来实现井下钻进，金刚石钻头的鼻部和肩部上主要的切削元件很难有效吃入井底岩石，金刚石钻头的机械钻速将变得非常缓慢；而牙轮钻头以冲击压碎方式破碎岩石，容易使岩石产生较深的破碎齿坑，但由于地层硬，不能使岩石产生体积破碎，牙轮钻头的机械钻速也很慢。另一方面，当钻头遇到一些软硬夹层较多的地层时，PDC金刚石钻头的切削元件极易受到冲击破损，为了应对这种情况，提出了一种牙轮钻头和PDC金刚石钻头组合而成的混合钻头，该混合钻头具有较强的综合性能，通过牙轮对地层先进行预破碎，释放地层应力，然后在让固定翼切削齿对地层进行刮削，有效的提高了钻头机械钻速，同时固定翼切削齿也得到了有效的保护，延长了钻头使用寿命。但现有的牙轮和金刚石钻头的结构还不尽合理。一方面，由于现有混合钻头牙轮齿排中具有相同切削轨迹的每排牙轮合金齿位于同一个牙轮上，每个混合钻头牙轮的布齿结构均不一样，致使混合钻头上的每个牙轮受力不均匀，易使混合钻头单个牙轮轴承先期失效进而导致钻头失效；另一方面，在钻硬地层时，由于牙轮的