一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头的制作方法

本实用新型涉及石油设备技术领域，更具体地说涉及一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头。

背景技术：

随着钻井技术的发展与创新，石油钻探工具也在一步步发展。20世纪初，在钻坚硬地层和耐磨性地层的过程中开始使用更具有耐磨性的牙轮钻头，但牙轮钻头在钻页岩以及其他高塑性地层时的缺陷也渐渐为人们所诟病，主要是压持作用造成井底泥包，而随着钻探深度和井底压力的增加，泥包现象更加严重。另外，随着PDC钻头的推广应用，以及PDC切削齿技术的成熟，固定切削齿PDC钻头逐渐取代了牙轮钻头。但在硬质地层、夹层、致密的研磨性底层等复杂钻井作业中，PDC钻头无法取代牙轮钻头。因此，为了发挥牙轮钻头和PDC钻头的优点，结合PDC钻头优越的切削破岩机理和牙轮钻头冲击压碎、滑动剪切的破岩机理，设计出一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是：提供一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头，采用PDC钻头和牙轮钻头复合实现两级切削功能，钻头两级切削后的阶梯状井眼产生一个等效的导向角，根据流体力学原理，减小了局部水头损失，有效解决了井底岩屑滞留井底的时间，提高钻进效率；由于采用两级切削，有效分担了PDC钻头的切削负荷，减小钻头的横向振动，使钻头能够平稳钻进，减小了地层对钻头的损坏，提高了钻头的使用寿命。

为解决上述技术问题，本实用新型涉及石油设备技术领域，更具体地说是一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头，包括丝扣、卸扣帽、钻头体、保径体、牙轮连接体、金刚石颗粒、牙轮、冠部、PDC切削齿、排屑槽、圆周水眼和中心水眼。

牙轮连接体为内空结构，牙轮连接体的内部设置有储油腔，牙轮连接体的底端设置有牙轮连接柱。

牙轮的外壁上设置有多个硬质合金齿，牙轮的内部设置有牙轮连接柱安装槽，牙轮连接柱安装槽底端的内壁上设置有卡装槽。

丝扣连接在钻头体的顶端，钻头体上端的左右两侧壁上分别设置有一个卸扣帽。保径体和牙轮连接体各有三个，三个保径体和牙轮连接体均匀相间的连接在钻头体的外壁上。金刚石颗粒镶嵌连接在保径体的外壁上，牙轮的牙轮连接柱安装槽套装在牙轮连接体的牙轮连接柱底部。冠部设置在保径体的底端，PDC切削齿连接在冠部的底部。排屑槽呈圆形设置在PDC切削齿的底端，圆周水眼设置在钻头体的底端，中心水眼设置在冠部的底端。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头所述的硬质合金齿有多层，多层硬质合金齿均匀的分布在牙轮的外壁上，并且从上到下每层硬质合金齿的直径依次减小。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头所述的丝扣的中间设置有贯穿孔，钻头体为内空结构，所述的丝扣中间的贯穿孔与钻头体的内部相连通。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头所述的金刚石颗粒有多个，多个金刚石颗粒均匀的镶嵌分布在保径体的外壁上。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头所述的牙轮连接柱的底端的外壁上设置有与卡装槽相配合的凸起圈，牙轮连接体与牙轮之间能够发生相对转动。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头所述的圆周水眼和中心水眼均有多个，并且圆周水眼和中心水眼均与钻头体的内部相连通。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头所述的PDC切削齿有多个，多个PDC切削齿分布在冠部底端的边部。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头所述的金刚石颗粒的切削直径大于牙轮的切削直径。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头所述的牙轮的切削直径大于PDC切削齿的切削直径，并且顶侧的PDC切削齿的刀翼顶部高于PDC切削齿的底侧的工作面。

本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头的有益效果为：

本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头，采用PDC钻头和牙轮钻头复合实现两级切削功能，钻头两级切削后的阶梯状井眼产生一个等效的导向角，根据流体力学原理，减小了局部水头损失，有效解决了井底岩屑滞留井底的时间，提高钻进效率；由于采用两级切削，有效分担了PDC钻头的切削负荷，减小钻头的横向振动，使钻头能够平稳钻进，减小了地层对钻头的损坏，提高了钻头的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头的主视图。

图2为本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头的左视图。

图3为本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头的仰视图。

图4为本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头的立体结构示意图。

图5为本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头在另一方向的立体结构示意图。

图6为本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头在取掉牙轮7后的左视图。

图7为本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头在取掉牙轮7后的立体结构示意图。

图8为本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头的牙轮7的主视图。

图9为本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头的牙轮7的立体结构示意图。

图10为本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头的牙轮7与牙轮连接柱5-2的配合结构示意图。

图中：丝扣1、卸扣帽2、钻头体3、保径体4、牙轮连接体5、储油腔5-1、牙轮连接柱5-2、金刚石颗粒6、牙轮7、硬质合金齿7-1、牙轮连接柱安装槽7-2、卡装槽7-3、冠部8、PDC切削齿9、排屑槽10、圆周水眼11、中心水眼12。

具体实施方式

下面结合图1-10说明本实施方式，本实用新型涉及石油设备技术领域，更具体地说是一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头，包括：丝扣1、卸扣帽2、钻头体3、保径体4、牙轮连接体5、金刚石颗粒6、牙轮7、冠部8、PDC切削齿9、排屑槽10、圆周水眼11和中心水眼12。

牙轮连接体5为内空结构，牙轮连接体5的内部设置有储油腔5-1，牙轮连接体5的底端设置有牙轮连接柱5-2。

牙轮7的外壁上设置有多个硬质合金齿7-1，牙轮7的内部设置有牙轮连接柱安装槽7-2，牙轮连接柱安装槽7-2底端的内壁上设置有卡装槽7-3。

丝扣1连接在钻头体3的顶端，钻头体3上端的左右两侧壁上分别设置有一个卸扣帽2。卸扣帽2的设置便于整个复合钻头的拆卸。保径体4和牙轮连接体5各有三个，三个保径体4和牙轮连接体5均匀相间的连接在钻头体3的外壁上。金刚石颗粒6镶嵌连接在保径体4的外壁上，牙轮7的牙轮连接柱安装槽7-2套装在牙轮连接体5的牙轮连接柱5-2底部。冠部8设置在保径体4的底端，PDC切削齿9连接在冠部8的底部。排屑槽10呈圆形设置在PDC切削齿9的底端，圆周水眼11设置在钻头体3的底端，中心水眼12设置在冠部8的底端。冠部8的底部设置有布满牙齿。

所述的硬质合金齿7-1有多层，多层硬质合金齿7-1均匀的分布在牙轮7的外壁上，并且从上到下每层硬质合金齿7-1的直径依次减小。

所述的丝扣1的中间设置有贯穿孔，钻头体3为内空结构，所述的丝扣1中间的贯穿孔与钻头体3的内部相连通。

所述的金刚石颗粒6有多个，多个金刚石颗粒6均匀的镶嵌分布在保径体4的外壁上。

所述的牙轮连接柱5-2的底端的外壁上设置有与卡装槽7-3相配合的凸起圈，牙轮连接体5与牙轮7之间能够发生相对转动。

所述的圆周水眼11和中心水眼12均有多个，并且圆周水眼11和中心水眼12均与钻头体3的内部相连通。

所述的PDC切削齿9有多个，多个PDC切削齿9分布在冠部8底端的边部。

所述的金刚石颗粒6的切削直径大于牙轮7的切削直径。

所述的牙轮7的切削直径大于PDC切削齿9的切削直径，并且顶侧的PDC切削齿9的刀翼顶部高于PDC切削齿9的底侧的工作面。

本实用新型一种非自洗复锥PDC牙轮复合钻头工作原理：

将丝扣1安装在钻杆上，通过钻杆带动非自洗复锥PDC牙轮复合钻头旋转，非自洗复锥PDC牙轮复合钻头将与土壤接触进行钻井，由于牙轮7的切削直径大于PDC切削齿9的切削直径，并且顶侧的PDC切削齿9的刀翼顶部高于PDC切削齿9的底侧的工作面，从而在钻头的实际钻进中，PDC切削齿9最先切削地层进行一级切削；其次牙轮7旋转切削剩余部分，即切削井壁岩石，扩充井眼进行二级切削。钻头两级切削后的阶梯状井眼产生一个等效的导向角，根据流体力学原理，减小了局部水头损失。并且由于牙轮连接柱5-2的底端的外壁上设置有与卡装槽7-3相配合的凸起圈，牙轮连接体5与牙轮7之间能够发生相对转动，因此牙轮7的在随着整个钻头公转的同时进行自转；牙轮7依靠硬质合金齿7-1转动破碎岩石，牙轮7工作时分为自转和公转两部分：自转即硬质合金齿7-1绕着轴线作逆时针方向的旋转；公转即固定在牙轮7上的硬质合金齿7-1以其绕整个钻头轴线作顺时针方向的旋转运动。公转速度由井下动力钻具旋转速度而定，自转速度与公转速度及牙齿对井底的作用有关。钻井时钻头上所承受的钻压经过牙轮7作用在岩石上，除此静载外还有一冲击载荷，这是由于钻头的纵向振动所产生的。钻头在井底的纵向振动，使钻柱不断地压缩与伸张，下部钻柱把这种周期性变化的弹性变形能通过钻头牙齿转化为对地层的冲击作用以破碎岩石，与静载压入力一起形成了钻头对地层的冲击、压碎作用。最后在钻头钻进的过程中，金刚石颗粒6与井壁相接触，金刚石颗粒6对井壁有磨削的作用，使得井壁变的光滑，提高钻井质量；同时金刚石颗粒6与井壁相接触，有良好的固定作用，使得钻井质量高。采用PDC钻头和牙轮钻头复合实现两级切削功能，钻头两级切削后的阶梯状井眼产生一个等效的导向角，根据流体力学原理，减小了局部水头损失，有效解决了井底岩屑滞留井底的时间，提高钻进效率；由于采用两级切削，有效分担了PDC钻头的切削负荷，减小钻头的横向振动，使钻头能够平稳钻进，减小了地层对钻头的损坏，提高了钻头的使用寿命。

当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。