本實用新型專利技術涉及到一種擴孔式混合鉆頭，包括有金剛石鉆頭體，金剛石鉆頭體外緣設置有噴嘴和刀翼，刀翼上安設有固定切削齒，其特征在于在金剛石鉆頭體心部下端開孔安設牙掌和牙輪，牙輪上安設活動切削齒，所述牙輪的至少一顆活動切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離大于全部固定切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離，兩者的差值h為0.5～50毫米。本實用新型專利技術綜合性能強，既提高了位于鉆頭外緣的PDC切削齒對位于井底外緣的巖石的切削效率，從而提高了混合鉆頭的切削效率和機械鉆速，又減少了位于鉆頭外緣的PDC切削齒崩片的幾率；牙輪鉆頭位于混合鉆頭的中心部位，牙輪旋轉線速度低，軸承壽命長。
【技術實現步驟摘要】
本技術涉及到一種用于石油、天然氣和地質鉆井用的擴孔式混合鉆頭，該鉆頭適用于在硬地層和夾層地層的鉆井。
技術介紹
在現有技術中，當鉆井遇到硬地層時，常用的PDC金剛石鉆頭主要是通過刮削運動方式來實現井下鉆進，金剛石鉆頭的鼻部和肩部上主要的固定切削齒很難有效吃入井底巖石，金剛石鉆頭的機械鉆速將變得非常緩慢；而牙輪鉆頭以沖擊壓碎方式破碎巖石，容易使巖石產生較深的破碎齒坑，但由于地層硬，不能使巖石產生體積破碎，故牙輪鉆頭切削齒的切削效率也很低，牙輪鉆頭的機械鉆速也很慢。另外一方面，當鉆頭遇到一些軟硬夾層較多的地層時，PDC金剛石鉆頭的固定切削齒極易受到沖擊破損，為了應對這種情況，中國專利99237363.8公開了由取芯鉆頭(相當于現在的刀翼)和單牙輪鉆頭形成的混合鉆頭，當該鉆頭遇到一些軟硬夾層較多的地層時，雖然其單牙輪鉆頭不易受到沖擊而破損，而其取芯鉆頭的固定切削齒仍然易受到沖擊破損；中國專利文獻CN200880016630.0公開了由牙輪鉆頭和PDC金剛石鉆頭組合而成的混合鉆頭，該混合鉆頭雖有較強的綜合性能，但存在以下的不足:由于三牙輪鉆頭特有沖擊壓碎的破巖機理，牙輪旋轉產生的沖擊載荷易導致鉆頭的固定切削齒復合片破碎，從而導致鉆頭機械鉆速的降低，且該鉆頭上最靠近鉆頭軸向中心的是固定切削齒，由于該固定切削齒太靠近鉆頭軸向中心，回轉半徑小，切削速度低，因而切削效率低；且該固定切削齒單獨切削井底軸向中心巖石，承受的載荷較大，易出現復合層破碎或脫落。牙輪位于鉆頭外緣，繞自身軸線的旋轉速度大，受力狀況惡劣，很容易導致軸承密封失效及軸承摩擦副嚴重磨損；當軸承摩擦副嚴重磨損后，牙輪與牙掌軸頸之間的間隙加大，牙輪相對于牙掌軸頸徑向竄動量(沿著軸承徑向的位移量)加大，導致牙輪對PDC切削齒的保護能力下降或失去對PDC切削齒的保護。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足而提供一種擴孔式混合鉆頭，它不僅綜合性能強，能對井底巖石進行有效地預破碎，使得鉆頭的固定切削齒有效吃入巖石，而且能減少對固定切削齒的沖擊，從而提高鉆頭的切削效率和機械鉆速。本技術為解決上述提出的問題所采用的技術方案為:包括有金剛石鉆頭體，金剛石鉆頭體外緣設置有噴嘴和刀翼，刀翼上安設有固定切削齒，其特征在于在金剛石鉆頭體心部下端開孔安設牙掌和牙輪，牙輪上安設活動切削齒，所述牙輪的至少一顆活動切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離大于全部固定切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離，兩者的差值h為0.5?50毫米。按上述方案，所述的牙輪和牙掌為1~3個，所述牙輪的至少有一圈活動切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離大于全部固定切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離。按上述方案，所述牙輪有2~15圈活動切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離大于全部固定切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離。按上述方案，所述的牙輪上的活動切削齒至少有一顆位于或接近混合鉆頭的回轉中心。按上述方案，所述的牙掌上開設有噴嘴。按上述方案，所述的金剛石鉆頭體心部下端開設上下貫通的通孔，通孔中安設包括有牙掌和牙輪的牙輪鉆頭，牙輪鉆頭的鉆頭體上部與通孔相固聯。按上述方案，所述的通孔中設置有內螺紋，所述的牙輪鉆頭的鉆頭體上部設置有外螺紋，外螺紋與通孔內螺紋相配置使牙輪鉆頭上部與通孔相固聯。按上述方案，所述的牙掌上開設的噴嘴與牙輪鉆頭體內開設的水力孔相連通，且牙輪鉆頭體的水力孔與金剛石鉆頭體開設的總水力孔相連通。按上述方案，所述的牙掌上安設有2~4個噴嘴，用于移除井底中心部位的巖肩。按上述方案，所述的刀翼為2~6個，沿金剛石鉆頭體周向布設。按上述方案，所述金剛石鉆頭體上對應刀翼設置有2~6個噴嘴，用于移除井底外緣的巖肩，并對刀翼上的固定切削齒進行冷卻。本技術的有益效果在于:1、由于牙輪鉆頭切削齒距離鉆頭絲扣端面比較遠，也即井底位置靠前，使得位于井底中心區域的巖石首先被牙輪破碎，進而使井底外緣巖石的內應力被釋放，巖石強度降低，這樣既提高了位于鉆頭外緣的roc固定切削齒對位于井底外緣的巖石的切削效率，從而提高了擴孔式混合鉆頭的切削效率，又減少了位于鉆頭外緣的roc固定切削齒崩片的幾率；2、牙輪鉆頭位于混合鉆頭的中心部位，牙輪旋轉線速度低，軸承壽命長；牙輪鉆頭的活動切削齒位于混合鉆頭的中心部位，其鉆進井底心部的效率較高。【附圖說明】圖1為本技術一個實施例倒置時的立體圖。圖2為本技術中心部的牙輪鉆頭倒置時的立體圖。圖3為本技術一個實施例的牙輪切削齒與固定切削齒的最外輪廓包羅線的投影圖。【具體實施方式】以下結合附圖進一步說明本技術的實施例。如圖1-3所示，包括有金剛石鉆頭體1，金剛石鉆頭體上端設置有絲扣(外螺紋)，外緣設置有噴嘴2和刀翼3，刀翼前面安設有固定切削齒4，刀翼上部周面(側面)安設有保徑齒，從金剛石鉆頭體上的噴嘴2噴出的鉆井液用于清除井底外圍區域的巖肩，并將巖肩從井底攜帶至地面。在金剛石鉆頭體心部下端開設上下貫通的通孔，所述的通孔中設置有內螺紋，通孔中安設包括有牙掌和牙輪的牙輪鉆頭8，所述的牙輪鉆頭的鉆頭體上部設置有外螺紋10，外螺紋與通孔內螺紋相配置使牙輪鉆頭上部與通孔相固聯。所述的牙輪鉆頭為三牙輪鉆頭，包括有三個牙掌5和三個牙輪6，各牙掌上端相聯成一體，構成牙輪鉆頭體，牙輪鉆頭體上部設置有外螺紋10，牙掌5上設置有噴嘴9，從噴嘴9噴出的鉆井液用于清除井底中心區域的巖肩，并將巖肩從井底攜帶至地面；牙掌5的下端設置軸頸，牙輪6套裝在軸頸上并通過鋼球軸向鎖定，牙輪6上安設有活動切削齒7，牙輪、牙掌與牙輪鉆頭體一起構成牙輪鉆頭8 ;牙輪鉆頭通過上部的外螺紋10與金剛石鉆頭體心部通孔的內螺紋相連接，安設在所述金剛石鉆頭體心部，牙輪則位于中心底部，其中，所述牙輪有6?10圈活動切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離h2大于全部固定切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離hl，h2與hi的差值h的取值范圍為2?20毫米。所述的噴嘴9與牙輪鉆頭體內開設的水力孔相連通，且牙輪鉆頭體的水力孔與金剛石鉆頭體內開設的總水力孔相連通。本技術工作時，由于牙輪鉆頭切削齒距離鉆頭絲扣端面比較遠，當位于井底中心區域的巖石被牙輪破碎后，井底外緣的巖石的內應力被釋放，巖石強度降低，既提高了位于鉆頭外緣的roc固定切削齒對位于井底外緣的巖石的切削效率，從而提高了擴孔式混合鉆頭的切削效率，又減少了位于鉆頭外緣的PDC切削齒崩片的幾率；牙輪鉆頭位于混合鉆頭的中心部位，牙輪旋轉線速度低，軸承壽命長。【主權項】1.一種擴孔式混合鉆頭，包括有金剛石鉆頭體，金剛石鉆頭體外緣設置有噴嘴和刀翼，刀翼上安設有固定切削齒，其特征在于在金剛石鉆頭體心部下端開孔安設牙掌和牙輪，牙輪上安設活動切削齒，所述牙輪的至少一顆活動切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離大于全部固定切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離，兩者的差值h為0.5?50暈米。2.按權利要求1所述的擴孔式混合鉆頭，其特征在于所述的牙輪和牙掌為1~3個，所述牙輪的至少一圈活動切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離大于全部固定切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離。3.本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種擴孔式混合鉆頭，包括有金剛石鉆頭體，金剛石鉆頭體外緣設置有噴嘴和刀翼，刀翼上安設有固定切削齒，其特征在于在金剛石鉆頭體心部下端開孔安設牙掌和牙輪，牙輪上安設活動切削齒，所述牙輪的至少一顆活動切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離大于全部固定切削齒到金剛石鉆頭體絲扣端面的最大軸向距離，兩者的差值h為0.5～50毫米。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：樊孝兵，郭忠志，宋滿華，許友斌，
申請(專利權)人：江漢石油鉆頭股份有限公司，
類型：新型
國別省市：湖北;42
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