[发明专利]一种PDC-滚轮混合钻头

说明书

本发明提供了一种PDC‑滚轮混合钻头，包括：钻头体，所述钻头体的上端构造成用于连接钻柱的连接接头；安装在所述钻头体上的滚轮组件，所述滚轮组件包括与所述钻头体固定连接的滚轮掌臂、与所述滚轮掌臂固定连接的滚轮轴、安装在所述滚轮轴上的滚轮，在滚轮轴与滚轮掌臂连接的一端形成有外支点，在滚轮轴与钻头体连接的一端形成有内支点，以及嵌在所述滚轮上的滚轮齿；形成于所述钻头体上的PDC组件，所述PDC组件包括刀翼和嵌在所述刀翼上的切削齿；所述混合钻头通过所述滚轮转动能够破碎地层岩石、在未破碎岩石中产生裂纹缺陷、产生轴向振动传到钻柱中，进而通过所述PDC组件切削地层岩石。

技术领域

本发明属于石油及地质钻探工具技术领域，具体涉及一种PDC-滚轮混合钻头，尤其是用于非均质地层和定向井、水平井、大位移井和分支井等提速和定向应用的混合钻头。

背景技术

在油气钻井与地质钻探领域，钻头是钻井施工中必不可少的井下工具。通过钻头破碎地层岩石并由此而钻进来形成井眼。钻头的设计与选择是提高复杂地层破岩效率、提高钻井速度和降低钻井成本的关键部件。因此一个井眼形成得好坏、钻进所用时间的长短均与钻头的结构和性能有着密不可分的关系。

PDC(聚晶金刚石混合片)钻头在软到中硬地层中能取得好的使用效果，在石油和地质钻井中得到广泛应用。然而，在一些中到硬地层中，尤其是非均质地层中，PDC钻头存在机械钻速较低和寿命不足的问题。在定向井、水平井、大位移井和分支井等井型中存在工具面不稳的问题，尤其是在小井斜情况下，很多时候需要先用牙轮钻头定向，而牙轮钻头在一些非均质硬地层中机械钻速和进尺都较低，PDC-牙轮混合钻头使用时间短、寿命低、牙轮部分存在过早失效的问题。并且，在非均质地层中，尤其是中地层以上地层中，牙轮钻头易断齿，机械钻速慢，进尺少。

现有技术中存在PDC-牙轮混合钻头，这种钻头具有PDC钻头和牙轮钻头两者的优点，使用该种钻头在提速和提高定向效率上取得了一定的成效。然而，该种钻头仍然存在使用时间短、寿命低、牙轮部分过早失效等问题。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种PDC-滚轮混合钻头，该PDC-滚轮混合钻头能够大幅度提高其在非均质地层中的使用寿命、进尺、机械钻速和定向特性，非常有利于油气田和矿场勘探开发提速和降本。

为此，根据本发明提供了一种PDC-滚轮混合钻头，包括：钻头体，所述钻头体的上端构造成用于连接钻柱的连接接头；安装在所述钻头体上的滚轮组件，所述滚轮组件包括与所述钻头体固定连接的滚轮掌臂、与所述滚轮掌臂固定连接的滚轮轴、安装在所述滚轮轴上的滚轮，以及嵌在所述滚轮上的滚轮齿，在所述滚轮轴与所述滚轮掌臂连接的一端形成有外支点，在所述滚轮轴与所述钻头体连接的一端形成有内支点；形成于所述钻头体上的PDC组件，所述PDC组件包括刀翼和嵌在所述刀翼上的切削齿；其中，所述滚轮组件通过所述滚轮转动能够压碎岩石、在未破碎岩石中产生裂纹缺陷，以及产生轴向振动并传到钻柱中，进而通过所述PDC组件切削地层岩石。

在一个实施例中，在所述滚轮与所述滚轮轴之间设有分布在所述滚轮轴两端的密封件，所述密封件处于所述滚轮的轴向内侧。

在一个实施例中，所述密封件为氢化丁睛橡胶密封圈、丁腈橡胶密封圈或氟橡胶密封圈。

在一个实施例中，所述滚轮轴与所述滚轮掌臂一体化设置。

在一个实施例中，在所述滚轮掌臂的外壁设有第一保径齿，所述第一保径齿嵌入式安装在所述滚轮掌臂的外壁面上。

在一个实施例中，在所述滚轮的处于径向最外侧的轮廓线上设有滚轮修径齿。

在一个实施例中，所述滚轮齿的齿高比所述切削齿的齿高大0.01-5mm。

在一个实施例中，所述滚轮齿构造成第一异形齿，所述第一异形齿为锥齿、楔形齿、球形齿、勺形齿或卵形齿。

在一个实施例中，所述滚轮齿采用硬质合金、陶瓷或PDC材料制成。