一种三刀翼复合齿与三牙轮齿的组合钻头的制作方法

本发明涉及钻头技术领域，尤其涉及一种三刀翼复合齿与三牙轮齿的组合钻头。

背景技术：

在现有技术中，钻井常用的pdc钻头主要是通过刮削运动方式来实现井下钻进。而牙轮钻头以冲击压碎方式破碎岩石，容易使岩石产生较深的破碎齿坑。故牙轮钻头切削齿的切削效率也很低，机械钻速也很慢。当钻井遇到一些软硬夹层较多的地层时，pdc钻头的切削元件极易受到冲击破损。

为了应对上述问题，中国专利文献cn103939022b公开了一种pdc钻头与牙轮钻头联合破岩的组合钻头。中国专利文献cn103015899b公开了一种用于石油、天然气和地质钻井用的强化心部切削功能的混合钻头。但是，上述的钻头都存在如下问题：1、牙轮钻头在钻井使用中，要求高钻压、低钻速。否则，牙轮钻头极易掉牙轮。造成钻井事故。pdc钻头在钻井使用中，要求低钻压、高钻速。否则，在破岩过程中，不进尺。2、pdc钻头与牙轮钻头联合的组合钻头，两者结合存在着不匹配的严重问题。3、pdc钻头刀翼圆弧上的复合齿，在联合破碎岩石时，因为受到牙轮破岩时的跳动，造成复合齿掉齿和崩齿。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高复合齿破岩效率和寿命的三刀翼复合齿与三牙轮齿的组合钻头。

本发明所采用的技术方案为：一种三刀翼复合齿与三牙轮齿的组合钻头，包括钻头主体，在钻头主体上均匀分布有刀翼、喷嘴以及卸扣槽，在至少两对相邻的刀翼间设有牙轮分装件，所述牙轮分装件包括牙掌和牙轮，所述牙掌的上端与钻头体相连成一体，牙掌的下端轴颈与牙轮内孔相套接，构成牙轮钻头轴承，其特征在于：在轴承的上端位于牙掌轴颈的根部安设有金属密封装置与牙轮内孔端面相配置，所述金属密封装置包括第一密封结构和第二密封结构，第一密封结构和第二密封结构之间设有耐磨密封环。

按上述技术方案，所述第一密封结构包括牙轮内孔金属密封环和牙轮内孔橡胶密封圈，所述牙轮内孔橡胶密封圈安设在牙轮内孔金属密封环的密封槽内；第二密封结构包括牙掌轴承金属密封环和牙掌轴承橡胶密封圈，所述牙掌轴承橡胶密封圈安设在牙掌轴承金属密封环的密封槽内。

按上述技术方案，在牙轮内孔金属密封环的外侧或内侧设有第一圆弧形密封槽，所述牙轮内孔橡胶密封圈被压装在第一圆弧形密封槽内；在牙掌轴承金属密封环的内侧或外侧设有第二圆弧形密封槽，所述牙掌轴承橡胶密封圈被压装在第二圆弧形密封槽内，第一圆弧形密封槽和第二圆弧形密封槽的弧形方向相反。

按上述技术方案，所述刀翼包括保径硬质合金齿、复合片切削主齿和刀翼硬质合金齿，所述复合片切削主齿沿着复合片刀翼主齿破岩线布设于刀翼冠部主切削面，所述刀翼硬质合金切削齿沿着复合片刀翼副齿破岩线布设于刀翼冠部的副切削面，所述保径硬质合金齿均布设于刀翼的保径面上。

按上述技术方案，所述刀翼硬质合金齿的齿顶比相邻的复合片切削主齿的齿顶高5mm。

按上述技术方案，在牙轮外表面设有硬质合金切削齿，沿着牙轮硬质合金齿破岩线布设

本发明所取得的有益效果为：

1、钻头主体均匀设有结构相同的三刀翼，在相邻的刀翼之间分别焊设有结构相同的牙轮分装件。在主体上组焊三个牙轮牙掌总成与三个刀翼对称分布，实现三个刀翼的复合齿与三个牙轮的齿在全井底联合破碎岩石，在两种刀翼复合齿的下部，以冲击破碎方式在全井底钻成2～8毫米深的予破碎岩层，可提高复合齿破岩效率和寿命，提高组合钻头工作指标和降低钻井成本。

2、采用了金属密封装置，并设有内外两道密封结构，能对牙轮钻头在高钻压和高转速下，其密封端面能更紧密地贴合，使得牙轮钻头的自转转速提高二倍以上，从而解决了牙轮钻头低转速的难题，有利于提高组合钻头轴承密封的可靠性和高速轴承的工作寿命；满足了pdc钻头与牙轮钻头联合破岩的要求。

3、在三个刀翼上，刀翼复合齿与牙轮齿相结合，牙轮齿起到减震的作用。减少了复合齿的掉齿和崩齿，从而提高钻头整体的切削效率和机械钻速，提高组合钻头工作指标。

4、由于采用了金属密封装置，和刀翼复合齿与牙轮齿相结合的技术方案。从而解决了pdc钻头与牙轮钻头钻井参数不相匹配的问题。对于当前钻井打定向井施工中，对于钻进石油、天然气、可燃冰、页岩气是理想的首选钻头。

附图说明

图1为本发明的正面结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为本发明牙轮内孔与牙掌轴承装配在一起的剖面结构图。

图4为本发明中金属密封装置的结构示意图。

图5为本发明中刀翼肩部局部放大图。

其中：2-钻头连接螺纹；3-钻头浆孔；4-卸扣槽；5-储油系统；6-牙掌；7-塞销；8-牙轮硬质合金切削齿；9-钻头主体；10-喷嘴密封系统；11-保径硬质合金齿；12-复合片切削主齿；13-刀翼硬质合金齿；14，22,18-刀翼；15，17,19-牙轮；17a，15b，19c–牙轮分装件；20-金属密封装置；21-钢球；25-长油孔；26-传压孔；27-轴承；a-牙轮内孔橡胶密封圈；b-耐磨密封环；c-牙掌轴承金属密封环；d-牙轮内孔金属密封环；e-牙掌轴承橡胶密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，本实施例提供了一种三刀翼复合齿与三牙轮齿的组合钻头，包括钻头主体9，钻头主体9上部设有接头螺纹2、钻头浆孔3，中部设有卸扣槽4，内设有六方螺纹喷嘴10，在钻头主体9上均匀分布有三个刀翼(14，22，18)，在每两对相邻的刀翼间设有牙轮分装件17a，15b，19c。三个牙轮分装件17a，15b，19c的结构相同，所述牙轮分装件均包括牙掌6、牙轮17、钢球21、塞销7、轴承27、金属密封装置20、储油系统5、长油孔25、传压孔26以及牙轮硬质合金切削齿8。所述牙掌6的上端与钻头体相连成一体，牙掌6的下端轴颈通过轴承27与牙轮内孔相联。钢球21从塞销孔放入轴承后将塞销7焊接固定，通过钢球21将牙轮17保持在牙掌轴颈上。如图3、4所示，在轴承的上端位于牙掌轴颈的根部安设有金属密封装置20与牙轮内孔端面相配置，所述金属密封装置包括第一密封结构和第二密封结构，第一密封结构和第二密封结构之间设有耐磨密封环b。

具体的，所述第一密封结构包括牙轮内孔金属密封环d和牙轮内孔橡胶密封圈a，在牙轮内孔金属密封环的外侧(或内侧)设有第一圆弧形密封槽，所述牙轮内孔橡胶密封圈a被压装在第一圆弧形密封槽内；第二密封结构包括牙掌轴承金属密封环c和牙掌轴承橡胶密封圈e，在牙掌轴承金属密封环c的内侧(或外侧)设有第二圆弧形密封槽，所述牙掌轴承橡胶密封圈e被压装在第二圆弧形密封槽内。

具体安装过程为：牙掌轴承橡胶密封圈e放置第二圆弧形密封槽内；再装上牙掌轴承金属密封环c，与牙掌轴承橡胶密封圈e相配合固定在轴承27的上面。然后再放上耐磨密封环b。将牙轮内孔金属密封环d放在耐磨密封环b上。与牙轮内孔橡胶密封圈a相配合，固定在第一圆弧形密封槽内。第一圆弧形密封槽和第二圆弧形密封槽的弧形方向相反。这样可以形成内外两道密封，能对牙轮钻头在高钻压和高转速下，其密封端面能更紧密地贴合。有利于提高组合钻头轴承密封的可靠性和高速轴承的工作寿命；满足了pdc钻头与牙轮钻头联合破岩的要求。

本实施例中，三刀翼的结构均相同，所述刀翼包括保径硬质合金齿11、复合片切削主齿12和刀翼硬质合金齿13，所述复合片切削主齿12沿着复合片刀翼主齿破岩线布设于刀翼冠部主切削面，所述刀翼硬质合金切削齿13沿着复合片刀翼副齿破岩线布设于刀翼冠部的副切削面，所述保径硬质合金齿11均布设于刀翼的保径面上。所述刀翼硬质合金齿13的齿顶比相邻的复合片切削主齿12的齿顶高5mm。

三刀翼的各个切削齿的形状均相同,所述刀翼包括保径硬质合金齿11为圆柱形，沿着钻头保径部位均布设于刀翼的保径面上。复合片切削主齿12为圆柱形，切削部分为金刚石复合层，基体部分为硬质合金组成。沿着复合片刀翼主齿破岩线布设于刀翼冠部主切削面。刀翼上用于切削岩石的硬质合金齿13为子弹头形状。齿顶比相邻的复合片切削主齿12的齿顶高5-6mm，具体高度差根据实际的切削齿进行选择。

本实施例中，三牙轮的结构相同，在牙轮外表面设有硬质合金切削齿8，沿着牙轮17硬质合金齿破岩线布设。

在三个刀翼上，刀翼复合齿与牙轮齿相结合，牙轮齿起到减震的作用。减少了复合齿的掉齿和崩齿，从而提高钻头整体的切削效率和机械钻速，提高组合钻头工作指标。