[发明专利]分体式牙轮与PDC的复合钻头

说明书

本发明涉及一种分体式牙轮与PDC的复合钻头，其由PDC钻头模块、分体式牙轮钻头模块、钻头体模块组成。分体式牙轮钻头模块采用分体式结构，牙轮下体、牙轮上体在运行时既随钻头公转，又各自绕着牙掌轴颈自转，以实现其刮削破碎岩石的任务，小端齿圈以及中间齿圈的牙齿刮削效率得以提高，有助于提高钻头破岩效率；分体式牙轮钻头模块、PDC钻头模块、钻头体模块可作为钻头的标准部件进行批量制造，有助于缩短钻头生产周期，降低制造成本；分体式牙轮钻头模块、PDC钻头模块可以与钻头体模块快捷安装和拆卸，适用于生产现场操作，并且不同规格的PDC钻头模块与钻头体模块的组装，可以实现不同的井眼大小。

技术领域

本发明涉及一种用于石油、天然气钻井的分体式牙轮与PDC的复合钻头。

背景技术

PDC+牙轮复合钻头的PDC固定切削刀翼结构随钻头在扭矩驱动下旋转钻进，牙轮切削结构随钻头体绕钻头轴线做旋转并向下运动的同时，牙轮又绕自身轴自转。牙轮切削结构与PDC固定刀翼切削结构的切削剖面，在轴心与周界的鼻部和台肩区域重叠（常规的PDC钻头在鼻部和台肩区域极易磨损）。牙轮切削结构在有限高度受力的鼻部和台肩区域压碎并且预先或部分破碎地层。因此，牙轮切削结构与PDC固定刀翼切削结构的结合工作，使得复合钻头结合了常规牙轮钻头和PDC钻头两种切削结构的优点。因此，PDC+牙轮复合钻头能够有效地实现牙轮钻头及PDC钻头优势的互补，增强钻头对高强度、高研磨性、不均质等难钻地层的适应性。

通常把靠近牙轮底部的齿圈称为牙轮大端齿圈，简称大端齿圈，把靠近牙轮顶部的部分称为牙轮小端齿圈，简称小端齿圈。目前，已用于生产实际中的PDC+牙轮复合钻头的牙掌上大都只安装了一个牙轮体，即牙轮体在绕牙掌轴颈自转时只有一个自转速度，从而导致从小端齿圈到大端齿圈的牙齿刮削效率将呈现一定的规律：小端齿圈的牙齿刮削效率最低，大端齿圈的牙齿刮削效率最高，而中间齿圈的牙齿刮削效率介于两者之间，这将对PDC+牙轮复合钻头的破岩效率产生影响。

目前，石油、天然气钻井领域使用的PDC钻头主要分为钢体式和胎体式两种结构。胎体式PDC钻头主要材料为铸造碳化钨粉料，价格昂贵且不环保，而钢体式PDC钻头本体材料为钢体，价格低，强度高，减少了重金属的使用，有利于环保。随着CNC技术的发展及加工工艺的不断完善，具有钢体的PDC钻头不但成本上低于胎体的钻头，并且性能与胎体的钻头无明显差异，钢体式PDC钻头越来越受到用户的青睐，在钻探工程中得到大量的推广及使用。现有的PDC+牙轮复合钻头的PDC固定切削刀翼结构与钻头本体通常采用整体铣削加工，钻头的加工周期长，加工量大，这将造成不必要的资源浪费。

因此，现有技术中迫切需要一种能够提速增效、批量生产的分体式牙轮与PDC的复合钻头。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供的一种有助于提速增效，提高破岩效率，批量生产的分体式牙轮与PDC的复合钻头。