[实用新型]一种具有旋压齿的PDC钻头

说明书

本实用新型公开一种具有旋压齿的PDC钻头，属于钻探装备领域。钻头包括钻头体、刀翼、切削齿、旋压齿、弹性材料、滚珠、固定螺钉，水眼或喷嘴，所述刀翼前端安装有若干切削齿，后端设有安装孔，安装孔内壁有截面为半圆形的回转凹槽，所述旋压齿下端有截面为半椭圆形的回转凹槽，滚珠卡在两凹槽之间，进而使旋压齿与刀翼连接，所述旋压齿底部还设置有弹性材料。本实用新型使得钻头的扭矩降低、稳定性提高，旋压齿具有周向自由度与轴向自由度，能够有效的提高旋压齿的寿命，旋压齿安装结构更为简单紧凑，更符合实际生产要求。在定向钻井中，本实用新型能够改善由于周向载荷不均造成的钻头工作面的偏移，提高定向钻井的质量。

技术领域

本发明(实用新型)属于石油钻井工程技术装备领域，涉及一种钻进钻头。

背景技术

钻头是钻井工程中破碎岩石、形成井筒的工具，以PDC钻头和牙轮钻头最为常用。PDC钻头依靠高硬度、高耐磨度、具有自锐能力的聚金刚石复合片来剪切岩石，PDC钻头凭借在软到中硬地层中的机械钻速高、寿命命长、钻进成本低等优点，在油气勘探、地热钻井等工程中得到了广泛的应用。PDC钻头通常具有若干个刀翼，刀翼上沿着钻头的径向设置有多个聚晶金刚石复合片，在钻杆施加的扭矩的作用下，复合片通过过刮切作用破碎岩石。目前国产钻头已能满足常规井作业的基本需求，但在极硬、强研磨、非均质等难钻地层仍难满足要求。

定向井是按照事先设计的具有井斜和方位变化的轨道钻进的井，与其他钻井技术相比，定向钻井技术具有效率高、灵活性好，操作便捷等特点，在油气资源的勘探与开发中得到了广泛的应用。定向钻井作业时，准确控制井的轨迹、避免井斜直接影响定向井的质量。在直井段，因为岩屑颗粒存在不断的碰撞，使得在此情况下井径有所增大，加之破岩过程中多是非均匀岩块，使得各刀翼受力不均，便会造成井斜。在非直井段，钻头轴线处于一斜面，在钻进过程中，处于下侧刀翼受力总大于上侧，在扭矩作用下将导致轨迹的偏移。

为避免刀翼受力不均造成的轨迹偏移，专利号

CN201820247275.9和CN201820139187.4两个专利均提出在钻头上设置旋压齿(即相应专利中的缓冲模块和法向轮单元)的方案，旋压齿使得刀翼后侧与岩石的接触由滑动摩擦转化为滚动摩擦，有效地减小了钻头工作时的扭矩并改善受力不均的情况。上述两专利的实施方案中，提出了旋压齿分别能够旋转和轴向移动的方案，但同时具备双自由度的方案结构过于复杂，实装较难，本发明将提出一种具有兼具两个自由度的旋压齿安装结构的钻头。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种具备双自由度旋压齿的钻头，使得旋压齿寿命提长，同时能够显著降低钻头在复杂工况下的工作扭矩，改善钻头在复杂工况下造成的个刀翼受力不均问题，提高钻头的工作稳定性和使用寿命。特别地，该旋压齿安装简易，易于生产，钻头的生产成本低。

本发明所采用的技术方案如下：

一种具有旋压齿的pdc钻头，包括钻头体、刀翼、切削齿、旋压齿、弹性材料、滚珠、固定螺钉，密封圈，钻头体上设有水眼或喷嘴。钻头体上延伸出若干个刀翼，每个刀翼前端设置有若干个切削齿，后端设置至少一个旋压齿。

切削齿是用以挤压、剪切、破碎岩石的单元，切削齿由硬质合金主体和覆盖在其工作面的耐磨材料组成，耐磨材料一般为聚金刚石复合片、热稳定性金刚石复合片等，也可以是人造金刚石、天然金刚石、孕镶金刚石、硬质合金、立方氮化硼、陶瓷等。切削齿通过焊接、烧结固定于刀翼前端，并沿着刀翼边线呈抛物线分布。在钻进过程中，钻头受到钻杆施加扭矩，带动切削齿挤压破碎岩石。

上述方案中，岩石被破碎后相对刀翼沿两个方向移动，分别是刀翼上平行钻头轴线的面与刀翼上垂直于钻头轴线的面，所述的刀翼的前端与后端是相对后者来说的。