一种PDC牙轮以及含有该PDC牙轮的复合钻头.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CN107605407A(43)申请公布日2018.01.19(21)申请号201710885928.6(22)申请日2017.09.27(71)申请人四川奥格特金刚石钻头有限公司地址620020四川省眉山市彭山区青龙镇成眉工业集中发展区（万贯五金机电工业园）(72)发明人彭金龙匡晓勇曾凡杰(51)Int.Cl.E21B10/52(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种PDC牙轮以及含有该PDC牙轮的复合钻头(57)摘要一种PDC牙轮，其牙轮锥面交错、规则布设有若干横向镶嵌的PDC复合片。将上述PDC牙轮规则固定于PDC钻头的切削翼间，构成一种PDC牙轮复合钻头。本发明通过采用横向镶嵌的PDC复合片代替现有牙轮的尖齿结构，一方面有效降低了切削齿的出露高度，并采用剪切、切削、冲击等多种方式代替原有单一冲击破岩方式，有效缩小牙轮钻头纵向震动幅度，使复合钻头中牙轮钻头工作方式与PDC钻头相匹配，提高钻头与井底的贴合度，从而保证PDC钻头的钻进效率，有利于提高复合钻头机械钻速；另一方面，通过增大PDC复合片切削倒角，使其工作压力得以显著降低，有利于缓解切削齿失效情况，从而延长钻头使用寿命。CN107605407ACN107605407A权利要求书1/1页1.一种PDC牙轮，其特征在于，牙轮的主锥和副锥表面交错、规则布设有若干横向镶嵌的PDC复合片。2.根据权利要求1所述的PDC牙轮，其特征在于，所述PDC复合片的金刚石切削层倒角R为0.8~3。3.一种复合钻头，其特征在于，钻头体上规则固设有若干PDC刀翼和若干权利要求1或2所述的PDC牙轮。4.根据权利要求3所述的复合钻头，其特征在于，所述PDC牙轮设置于两PDC刀翼间。5.根据权利要求3所述的复合钻头，其特征在于，所述PDC刀翼镶齿切削层与所述PDC牙轮镶齿切削层对向设置。6.根据权利要求3所述的复合钻头，其特征在于，所述PDC刀翼切削旋转方向与所述PDC牙轮自转方向相反。7.根据权利要求3所述的复合钻头，其特征在于，所述PDC刀翼间、以及所述PDC刀翼和所述PDC牙轮间的所述钻头体处均设有水眼。2CN107605407A说明书1/4页一种PDC牙轮以及含有该PDC牙轮的复合钻头技术领域[0001]本发明涉及石油钻探技术领域，尤其涉及一种PDC牙轮以及含有该PDC牙轮的复合钻头。背景技术[0002]在常规作业中，钻头的使用寿命和机械钻速是用来评价钻头性价比的两个重要指标。钻头的使用寿命决定了更换钻头的起下钻次数，机械钻速决定了作业时间，因而上述两个参数直接影响了钻进成本。钻头生产商通过持续改进钻头结构、切削齿结构等措施，以期应对降低钻井总成本的要求。其中，由贝克休斯公司推出的Kymera复合式钻头技术较有代表性——将牙轮钻头与PDC钻头结合在同一钻头体上，从而同时具有PDC钻头优越的切削能力和持久的工作性能，以及牙轮钻头的破岩强度。中国专利CN103089153A、CN201310063815X、CN2015305686592等也公开了多种牙轮—PDC复合钻头结构。[0003]上述复合钻头为保持牙轮钻头和PDC钻头的钻削优势，对其单体结构改动较小，仅在于牙轮或切削刀翼的数量、牙轮锥形或切削刀翼冠形以及两者间的布局关系等方面的替换。但牙轮钻头和PDC钻头的破岩机理差异较大：牙轮钻头中的切削齿将钻压作用于岩石上，通过牙轮的滚动，切削齿交替与井底接触，对岩层进行冲击和压碎实现破岩；PDC钻头的切削齿在钻头旋转带动下，根据岩层硬度分别以剪切和切削或压碎和研磨方式破岩。现有牙轮钻头为保证其破岩冲击强度，均采用锥形齿等尖齿结构作为切削齿。尖齿出露高度较大，一方面导致其过快磨损，进而影响复合钻头的使用寿命；另一方面，尖齿在单双齿交替接触井底时所导致的牙轮钻头轴心高低位移差较大，从而加大了牙轮钻头的纵向震动幅度。而PDC钻头在钻进过程中，切削齿则始终贴合井底。当采用复合钻头进行钻进时，牙轮钻头产生的纵向震动一方面使得PDC钻头的切削深度极不稳定，导致井底形成重复破碎区域和井底垫层，从而使复合钻头的机械钻速受到较大的影响；另一方面，PDC钻头随牙轮钻头在垂直方向进行的往复运动，加大了PDC切削齿切削层与岩层的垂直碰撞几率，极易导致断齿、崩齿和脱齿等切削齿的严重失效，从而影响了复合钻头的使用寿命。发明内容[0004]本发明提供一种PDC牙轮以及含有该PDC牙轮的复合钻头，以解决上述现有技术不足。通过采用横向镶嵌的PDC复合片代替现有牙轮的尖齿结构，一方面有效降低了切削齿的出露高度，并采用剪切、切削、冲击等多种方式代替原有单一冲击破岩方式，有效缩小牙轮钻头纵向震动幅度，使复合钻头中牙轮钻头工作方式与P