一种混合钻头的制作方法

1.本技术涉及石油和天然气钻井技术领域，特别涉及一种混合钻头。


背景技术：

2.在近年来的石油和天然气资源的勘探开发中，随着勘探区块的不断扩大，常常会遇到较为致密的地层，比如泥岩、膏岩和凝灰岩等具有硬塑性特点的地层，遇到该类地层，常常表现为钻进钻时极高，高达100-200min/m，而起出后钻头新度非常高，可见遇到这类弹塑性较大地层，常规圆形复合片在钻压作用下压入地层，但地层随之发生弹性变形，复合片难以有效吃入地层，导致无法形成有效刮削作用，因此提高钻头和复合片在硬塑性地层的吃入地层的能力，是解决硬塑性地层提速的一个重要思路，可以成为缩短钻井周期和降低钻井成本的重要途径和方法。
3.近几年，各种异形复合片层出不穷，一些齿形取得一定突破，如屋脊齿和锥形齿已经得到一定的的市场验证，但不适应这类硬塑性特点的地层，无法在该地层起到有效刮削作用。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种混合钻头，以解决相关技术中钻头在弹塑性地层中使用时存在破岩效率低的问题。
5.本技术实施例提供了一种混合钻头，其包括：
6.钻头本体；
7.至少一个固定刀翼，其连接在所述钻头本体的端部，且所述固定刀翼上设有固定切削齿；
8.至少一个牙掌，其连接在所述钻头本体的端部，且所述牙掌上安装有牙轮，所述牙轮上设有齿排；
9.其中，有一个牙轮上的齿排包含有钢齿，有一个牙轮上的齿排包含有镶齿。
10.一些实施例中，在所有的牙轮中，有一个牙轮同时设置有钢齿和镶齿。
11.一些实施例中，所述牙轮上的所有齿排中，其中有一个齿排由多个所述钢齿组成，另一个齿排由多个所述镶齿组成；
12.或者，所述牙轮上的所有齿排中，其中有一个齿排由所述钢齿和镶齿间隔排列而成；
13.或者，所述牙轮上的所有齿排中，其中有一个齿排由所述钢齿和镶齿散布排列而成。
14.一些实施例中，所述牙掌至少有两个，在所有的所述牙掌中，其中有一个牙掌的牙轮上设置钢齿，以形成全钢齿牙轮，另一个牙掌的牙轮上设置镶齿，以形成全镶齿牙轮。
15.一些实施例中，所述钢齿采用直钢齿、斜钢齿、弧顶钢齿或凹形钢齿。
16.一些实施例中，当所述钢齿采用斜钢齿时，所述斜钢齿与其所在的牙轮的轴线相
对倾斜角度为0
°
～60
°
。
17.一些实施例中，所述钢齿表面设有耐磨敷焊层。
18.一些实施例中，所述耐磨敷焊层采用碳化钨或金刚石。
19.一些实施例中，所述镶齿采用硬质合金齿或金刚石复合齿；
20.和/或，所述镶齿采用锥形齿、勺形齿、楔形齿、球形齿或圆柱形齿；
21.和/或，所述镶齿与牙轮过盈配合、钎焊或粘结。
22.一些实施例中，所述固定切削齿采用硬质合金齿、金刚石复合片或由立方氮化硼聚晶材料制造的复合片；
23.和/或，所述混合钻头的轮廓线形是弧线和直线相切或者相连而成的线形；
24.和/或，所述牙轮上的齿排与对应固定刀翼上的固定切削齿在钻头本体的径向投影上的高低差h为-3～5mm；
25.和/或，所述牙轮上的钢齿布置在该牙轮的内排和/或外排。
26.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
27.本技术实施例提供的混合钻头上设置有钢齿和镶齿，在钢齿接触井底时，因为其较为突出的尖形结构，能够有效楔入硬塑性地层，起到预破碎致密地层的作用，而镶齿压入底层，起到预破碎地层外，还具有较强的抗研磨性和限位作用，提升了混合钻头的耐磨性和稳定性，再用固定切削齿的尖形结构进行刮削，能有效提高混合钻头的破岩效率。
28.混合钻头中钢镶齿混合布置结构扩大了钻头的地层适应范围，在复杂地层具有较高的寿命。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本技术一个实施例提供的混合钻头立体图；
31.图2为图1的俯视图；
32.图3为本技术一个实施例提供的混合钻头布齿径向投影图；
33.图4为本技术另一个实施例提供的混合钻头立体图；
34.图5为本技术再一个实施例提供的混合钻头侧视图。
35.图中：1、钻头本体；2、固定刀翼；20、固定切削齿；3、牙掌；4、牙轮；40、钢齿；41、镶齿；5、排屑槽；6、喷嘴；7、辅助刀翼。
具体实施方式
36.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.参见图1和图2所示，本技术实施例提供的一种混合钻头，其包括钻头本体1、至少
一个固定刀翼2和至少一个牙掌3，固定刀翼2和牙掌3都连接在钻头本体1的同一个端部上，且固定刀翼2上设有固定切削齿20，牙掌3上安装有牙轮4，牙轮4上设有齿排；其中，有一个牙轮4上的齿排包含有钢齿40，有一个牙轮4上的齿排包含有镶齿41。
38.本技术实施例提供的混合钻头上设置有钢齿40和镶齿41，在钢齿40接触井底时，因为其较为突出的尖形结构，能够有效楔入硬塑性地层，起到预破碎致密地层的作用，而镶齿41压入底层，起到预破碎地层外，还具有较强的抗研磨性和限位作用，提升了混合钻头的耐磨性和稳定性，再用固定切削齿20的尖形结构进行刮削，能有效提高混合钻头的破岩效率。
39.混合钻头中钢镶齿混合布置结构扩大了钻头的地层适应范围，在复杂地层具有较高的寿命。
40.本技术实施例中，钢齿40可以采用直钢齿、斜钢齿、弧顶钢齿或凹形钢齿。各个钢齿40可以独立地从直钢齿、斜钢齿、弧顶钢齿和凹形钢齿中选择一种，也就是说，所有的钢齿40可以选用同一种，也可以各个都不相同，也可以一部分相同，一部分不相同，根据实际需要进行选择即可。
41.本技术实施例中，当钢齿40采用斜钢齿时，斜钢齿与其所在的牙轮4的轴线相对倾斜角度为0
°
～60
°
。至于具体的倾斜角度，可以根据实际需要选择即可。
42.本技术实施例中，钢齿40表面设有耐磨敷焊层，耐磨敷焊层可以选用碳化钨或金刚石材质。
43.本技术实施例中，镶齿41采用硬质合金齿或金刚石复合齿；各个镶齿41可以独立地从硬质合金齿和金刚石复合齿中选择一种，也就是说，所有的镶齿41可以选用同一种，也可以各个都不相同，也可以一部分相同，一部分不相同，根据实际需要进行选择即可。
44.本技术实施例中，镶齿41采用锥形齿、勺形齿、楔形齿、球形齿或圆柱形齿；各个镶齿41可以独立地从锥形齿、勺形齿、楔形齿、球形齿和圆柱形齿中选择一种形状，也就是说，所有的镶齿41可以选用同一种，也可以各个都不相同，也可以一部分相同，一部分不相同，根据实际需要进行选择即可。
45.本技术实施例中，镶齿41与牙轮4可以采用过盈配合、钎焊或粘结的方式连接。各个镶齿41可以独立地从过盈配合、钎焊和粘结中选择一种方式，也就是说，所有的镶齿41可以选用同一种，也可以各个都不相同，也可以一部分相同，一部分不相同，根据实际需要进行选择即可。
46.本技术实施例中，固定切削齿20采用硬质合金齿、金刚石复合片或由立方氮化硼聚晶材料制造的复合片；各个固定切削齿20可以独立地从硬质合金齿、金刚石复合片和由立方氮化硼聚晶材料制造的复合片中选择一种，也就是说，所有的固定切削齿20可以选用同一种，也可以各个都不相同，也可以一部分相同，一部分不相同，根据实际需要进行选择即可。
47.参见图3所示，本技术实施例中，混合钻头的轮廓线形是弧线和直线相切或者相连而成的线形，图中还示意出了混合钻头中心线。
48.本技术实施例中，牙轮4上的齿排与对应固定刀翼2上的固定切削齿20在钻头本体1的径向投影上的高低差h为-3～5mm。
49.比如，作为示例，参见图3所示，牙轮4上的钢齿40与对应固定刀翼2上的固定切削
齿20在钻头本体1的径向投影的高低差h为1mm(钢齿40先接触地层)，在钢齿40接触井底时，因为其较为突出的尖形结构，能够有效楔入硬塑性地层，起到预破碎致密地层的作用，而镶齿41压入底层，起到预破碎地层外，还具有较强的抗研磨性和限位作用，提升了混合钻头的耐磨性和稳定性，再用固定切削齿20的尖形结构进行刮削，能有效提高混合钻头的破岩效率。
50.牙轮4上的钢齿40在布置的时候，可以选择性地布置在该牙轮4的内排上，也可以选择性地布置在外排上，或者在钢齿40有多个的情况下，可以同时在内排和外排上布置钢齿40。
51.在本技术中，固定刀翼2和牙轮4的数量可以根据实际需要设定，通常而言，固定刀翼2和牙轮4的数量是1～6个，而且一般牙轮4的数量不会超过固定刀翼2的数量。
52.比如，图1中，固定刀翼2的数量是4个，牙轮4的数量是2个。
53.再比如，图4中，固定刀翼2的数量是2个，牙轮4的数量是2个。
54.根据实际需要，还可以增加辅助刀翼7，比如图4中，有两个辅助刀翼7，辅助刀翼7与固定刀翼2交错布置，且牙轮4的两侧分别是一个辅助刀翼7和一个固定刀翼2。
55.此外，在相邻的固定刀翼2之间还有排屑槽5，排屑槽5上设有喷嘴6，比如图2中所示。
56.固定刀翼2与牙轮4之间也可以设置排屑槽5及喷嘴6，比如图2中所示。
57.辅助刀翼7与固定刀翼2之间也可以设置排屑槽5及喷嘴6，比如图4中所示。
58.本技术提供的混合钻头，其包含有钢齿40和镶齿41，在实际布置时，有多种方式，根据实际需要进行布置即可
59.比如，在一个实施例中，在所有的牙轮4中，存在一个牙轮4，其上同时设置有钢齿40和镶齿41。
60.具体地，可以有如下布置方式：
61.在该牙轮4上的所有齿排中，其中有一个齿排全部是由多个钢齿40组成，形成钢齿齿排，另一个齿排全部是由多个镶齿41组成，形成镶齿齿排，比如图1所示。钢齿齿排和镶齿齿排根据需要选择性布置在牙轮4的内排或外排。
62.或者，在该牙轮4上的所有齿排中，其中有一个齿排由钢齿40和镶齿41间隔排列而成。
63.或者，在该牙轮4上的所有齿排中，其中有一个齿排由钢齿40和镶齿41散布排列而成，比如图5中，相邻的两个钢齿40之间有两个镶齿41。
64.而且，在牙轮4的所有齿排中，可以有一个齿排全部是由多个钢齿40组成，另一个齿排是钢齿40和镶齿41组成的钢镶混合齿排。
65.或者，在牙轮4的所有齿排中，可以有一个齿排全部是由多个镶齿41组成，另一个齿排是钢齿40和镶齿41组成的钢镶混合齿排。
66.根据实际需要进行组合布置即可。
67.再比如，在一个实施例中，牙掌3至少有两个，在所有的牙掌3中，其中有一个牙掌3的牙轮4上全部设置钢齿40，以形成全钢齿牙轮，另一个牙掌3的牙轮4上全部设置镶齿41，以形成全镶齿牙轮。
68.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基
于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
69.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
70.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。