[发明专利]一种适用于深部难钻硬地层的主动旋转伸缩式复合钻头

权利要求书

1.一种适用于深部难钻硬地层的主动旋转伸缩式复合钻头，主要由钻头本体(1)、 动力端外壳(2)、齿条活塞缸(3)、第一安全阀孔(4)、第二安全阀孔(5)、窄口活塞(6)、 宽口活塞(7)、弧形齿条(8)、齿轮(9)、钻井液通孔(10)、伸缩柱(11)、梯形外螺纹(12)、 三孔平板(13)、牙掌(14)、牙轮(15)、牙轮牙齿(16)、PDC刀翼(17)、PDC牙齿(18)、 流道口(19)、泄流口(20)组成，其特征在于，所述钻头本体(1)上段固连动力端外壳(2)， 所述动力端外壳(2)内嵌有一段两端截面积大小不同的齿条活塞缸(3)；所述齿条活塞 缸(3)内设有与两端截面相匹配的窄口活塞(6)和宽口活塞(7)，所述窄口活塞(6)与宽 口活塞(7)间由一弧形齿条(8)连接，且均位于齿条活塞缸(3)中；所述齿条活塞缸(3) 两端分别设有尺寸大小相等的第一安全阀孔(3)、第二安全阀孔(4)；齿条活塞缸(3) 左右两腔侧壁均设有尺寸大小相同的泄流口(20)；嵌于齿条活塞缸(3)内部的齿轮(9) 与弧形齿条(8)相啮合，所述齿轮(9)中央设有钻井液通孔(10)；齿轮(9)下端固连伸缩 柱(11)，且位于钻头本体(1)内；所述伸缩柱(11)下端外侧攻有梯形外螺纹(12)，在钻 头本体(1)内攻有梯形内螺纹，两者相互匹配；伸缩柱(11)末端固连三孔平板(13)，所 述三孔平板(13)上均匀分布的三个圆孔分别连接三个尺寸大小相同的牙掌(14)，所述 牙掌(14)通过末端轴承连接牙轮(15)，牙轮(15)上镶有若干牙轮牙齿(16)；所述钻头 本体(1)下端同时设有PDC刀翼(17)与牙轮(15)，且钻头本体(1)内轴向设有贯通的钻 井液通道；所述PDC刀翼(17)沿钻头本体(1)外壁周向均匀布置，构成中心空槽；所述 伸缩柱(11)带动三孔平板(13)上的牙轮(15)，轴向穿过中心空槽，实现牙轮(15)的轴 向运动。

2.根据权利要求1所述的一种适用于深部难钻硬地层的主动旋转伸缩式复合钻 头，其特征在于，设正常钻井条件下泥浆泵提供的钻井液流量为60L/s,第一安全阀孔 (4)、第二安全阀孔(5)上分别安装限制不同流量的安全阀，分别限制流量 70L/s-80L/s及80L/s-90L/s，即钻井液流量升高至70L/s-80L/s时，仅第一安全阀孔 (4)上的安全阀打开；钻井液压力升高至80L/s-90L/s时，第一安全阀、第二安全阀 均打开；两个安全阀打开后钻井液的最大流量始终大于泄流口(20)的流量，且均在 正常钻井工艺允许的钻井液流量范围之内。

3.根据权利要求1所述的一种适应于深部难钻硬地层的主动旋转伸缩式复合钻 头，其特征在于，通过地上主动控制泥浆泵钻井液流量大小，不同流量的钻井液通过 第一安全阀孔(4)、第二安全阀孔(5)流进齿条活塞缸(3)的左、右两腔，实现弧 形齿条(8)的周向旋转；齿轮(9)在弧形齿条(8)的带动下实现周向旋转，伸缩柱 (11)在齿轮(9)及梯形螺纹(12)的共同作用下，实现轴向伸缩运动。