CN212249860U - 一种防卡钻pdc钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防卡钻PDC钻头，包括钻头体、水眼、固定切削结构，所述固定切削结构由延伸自钻头本体的刀翼，以及固结在刀翼上的切削齿组成，在所述钻头体上设置有滚筒装配面，至少一个滚筒套装在钻头体上，所述滚筒可相对钻头体自由转动，滚筒的外表面具有耐磨表层和/或耐磨牙齿。当钻头在井下旋转钻进时，短节上的滚筒能对井壁表面做碾压，不仅能起到稳定钻头以及修整井壁等作用，而且能将井壁掉块碾压破碎，有效减少因掉块卡钻的风险，减小扭矩和扭矩波动，由于滚筒及其轴承的承压能力强，不易破裂落井，工作可靠性高。

Description

一种防卡钻PDC钻头

技术领域

本发明涉及石油天然气钻探工程、矿山开采、地质钻探等钻井工具技术领域，特别涉及一种防卡钻PDC钻头。

背景技术

钻头是油气钻井时破碎岩石的主要工具，井眼是由钻头破碎岩石而形成的，钻头工作性能的好坏将直接影响钻井质量、钻井效率和钻井成本。目前，在石油钻井过程中，井壁不稳定的问题仍旧困扰着现场工作的进行。在井底钻进过程中时常会遇到硬质层，使得钻头、钻杆等井下工具的震动不可避免，而这将造成井壁震动，此时若井壁不稳定，一旦受到震动，一块块的碎岩随之往下掉落，将会卡在PDC钻头等含有固定刀翼的钻头刀翼之间，造成钻头卡钻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防卡钻PDC钻头，解决现有因钻头无法破碎井壁掉块而卡钻的问题。

本发明通过如下技术方案实现：一种防卡钻PDC钻头，包括钻头体、水眼、固定切削结构，所述固定切削结构由延伸自钻头本体的刀翼，以及固结在刀翼上的切削齿组成，钻头上至少安装有一个滚筒，滚筒具有基体、工作面和内孔，在所述钻头体上的保径段或保径块至螺纹端面之间的轴向区域内设置有滚筒装配面，所述滚筒通过装配面套装在钻头体上，能相对于钻头体自由转动。

井壁掉块一般比钻井岩屑大得多，通常不能克服泥浆上返的浮力和冲击而容易直接掉入井底，进入井底较大的掉块会卡在钻头刀翼之间，使钻头继续钻进困难造成卡钻，还能给切削齿较大的冲击力使切削齿损坏。本发明的防卡钻金刚石钻头上设置的滚筒能够阻止较大的掉块掉入井底，从而保护了切削齿，降低了卡钻风险。滚筒上的牙齿还能更近一步冲击碾压掉块，将较大的掉块破碎利于泥浆携带出井底。

所述滚筒的工作面上具有耐磨表层，以及/或具有分布于工作面上的多个牙齿。

作为优选，所述滚筒的工作面上分布有通过过盈配合或焊接方式镶固的多个牙齿，或者，分布有通过机加工或烧结方式形成的多个牙齿。牙齿提高了冲击碾压掉块的效率。所述牙齿出露于滚筒外表面的部分可以是锥形或半球形。所述牙齿也可以是横向设置在滚筒上的滚柱，可以随钻头钻井方向滚动，减少滚筒与井壁的阻力。

作为优选，所述钻头体为由冠体和接头体两部分组成的分体式结构，用于连接钻柱的螺纹设置在接头体上，滚筒装配面设置在冠体和/或接头体上。滚筒装配面的宽度略大于滚筒的宽度。滚筒在轴向限位于接头和冠体之间，滚筒的内圆面和滚筒装配面成摩擦副，使滚筒可绕钻头自由转动，并且滚筒和滚筒装配面之间还可设置密封圈，减缓滚筒内圈的磨损。

作为优选，所述滚筒为棱脊式滚筒，棱脊之间具有导流槽。所述棱脊表面可以堆焊耐磨层，增加棱脊的耐磨性。

作为优选，在所述滚筒基体内设置有导流孔。

作为优选，所述钻头刀翼具有保径块，所述滚筒安装在所述保径块的上侧。在保径块上设置有环槽，所述滚筒安装在环槽上，环槽的宽度大于滚筒的宽度，可以在环槽上设置限位柱将滚筒限位在环槽上。

作为优选，钻头上具有至少两个滚筒，所述钻头体上为各滚筒均设置有装配面，不同滚筒的装配面可以是单独设置的，也可以共享同一个装配面。

作为优选，在钻头上除滚筒以外还设置有至少1个固定筒，固定筒具有基体、工作面和内孔，所述固定筒的工作面上也具有耐磨表层，或具有分布于其工作面上的多个牙齿，在所述钻头体上设置有固定筒装配面，固定筒的内孔套装并固定在钻头体的固定筒装配面处。

作为优选，所述滚筒为偏心式滚筒结构，和/或偏斜式滚筒，和/或非圆轮廓滚筒。偏心结构的滚筒，其牙齿在冲击掉块或碾压井壁岩石时，能够提供不平衡力，使钻头在井底产生横向振动。适当的横向振动有利于正常钻进。滚筒为偏心结构可以通过内圆和外圆不同心实现，也可以通过牙齿高低不同或只在部分圆周设置牙齿实现。同样，椭圆形的滚筒在冲击井壁会产生横向振动，有利于提高钻头整体的钻井效率。

本发明的有益效果是：防卡钻金刚石钻头的滚筒能够阻止较大掉块进入井底，而滚筒上的牙齿还能够冲击碾压井壁掉块，从而降低较大掉块进入井底的风险，预防或减少因掉块卡钻的风险。

附图说明

图1是具体实施方式一的正视图。

图2是图1的剖视图。

图3是具体实施方式一钻头体的冠体图。

图4是具体实施方式一钻头体的接头体图。

图5是具有导流槽的滚筒的立体图。

图6是图5的俯视图。

图7是图5没有装牙齿的结构图。

图8是具体实施方式二的立体图。

图9是图7的剖视图。

图10是具体实施方式二有卡圈限位的结构图。

图11是具体实施方式二有滚珠限位的结构图。

图12是具体实施方式三的正视图。

图13是图9的剖视图。

图14是具体实施方式三钻头体的冠体图。

图15是具体实施方式三钻头体的接头体图。

图16是具体实施方式四的正视图。

图17是图13的剖视图。

图18是具体体实施方式五的结构图。

图19是具体体实施方式五的滚筒导流槽为直槽的结构图。

图20是具体体实施方式五的滚筒导流槽为螺旋槽的结构图。

图21具体实施方式六的结构图。

图22是具体实施方式七的结构图。

图23是具体实施方式七具有固定滚筒的结构图。

图24是具有导流孔的滚筒示意图。

图25是具有椭圆结构的滚筒示意图。

图26是内外圈不同心的偏心结构滚筒示意图。

图27是只在部分周向空间设置牙齿的滚筒示意图。

图28是具有半球结构牙齿的滚筒。

图29是具有可滚动耐磨齿柱的滚筒。

图30是安装了可滚动耐磨齿柱滚筒的钻头。

图31是棱脊式滚筒结构图。

图中所示：1-钻头体，2-滚筒，3-接头体，4-冠体，5-切削齿，6-密封圈，7-限位柱，8-卡圈，9-滚珠，10-固定齿柱，101-滚筒装配面，401-刀翼，201-牙齿，202-流道槽，203-导流孔，204-耐磨齿柱，205-棱脊，102-保径块

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施方式一：如图1-4所示，一种防卡钻PDC钻头，包括钻头体1、滚筒2，所述钻头体1包括接头体3和冠体4，刀翼401设置在冠体4上，所述切削齿5设置在刀翼401上。所述钻头体1的接头体3和冠体4为分体式结构，用于连接钻柱的螺纹设置在接头体3上，滚筒装配面101设置在接头体3上。滚筒2与接头体3之间设置了两个密封圈6。滚筒装配面101的宽度略大于滚筒2的宽度。如图5-7所示的滚筒5的外侧面设置有导流槽502和牙齿501。

具体实施方式二：如图8-9所示，一种防卡钻PDC钻头，包括钻头体1、滚筒2，所述钻头体1包括接头体3和冠体4，刀翼401设置在冠体4上，所述切削齿5设置在刀翼401上。所述钻头体1的接头体3和冠体4为一体式结构，滚筒装配面101设置在接头体3上，通过设置在接头体2上的限位柱7将滚筒5轴向限位于限位柱7和冠体3之间。

作为优选，在滚筒2的轴向定位方式上，可以使用如图10所示的卡圈定位。所述滚筒2被限位于冠体3和卡圈8之间。

作为优选，在滚筒2的轴向定位方式上，可以使用如图11所示的滚珠定位。在滚筒2和接头体3之间设置有一圈滚珠9，把滚筒2轴向限位在接头体3上，只能转动。

具体实施方式三：如图12-15所示，一种防卡钻PDC钻头，包括钻头体1、滚筒2，所述钻头体1包括接头体3和冠体4，刀翼401设置在冠体4上，所述切削齿5设置在刀翼401上。所述钻头体1的接头体3和冠体4为分体式结构，在所述滚筒装配面101设置在保径块102上，所述滚筒装配面101宽度略大于滚筒5宽度，接头体3和冠体4通过螺纹连接固定，所述滚筒2被限位于接头体3和冠体4之间。

具体实施方式四：如图16-17所示，一种防卡钻PDC钻头，包括钻头体1、滚筒2，所述钻头体1包括接头体3和冠体4，刀翼401设置在冠体3上，所述切削齿5设置在刀翼401上。所述钻头体1的接头体3和冠体4为一体式结构，所述滚筒装配面101设置在在保径块102上，所述滚筒装配面101宽度略大于滚筒5宽度，并在滚筒装配面101上设置限位柱7将滚筒5轴向限位在钻头体1上。

具体实施方式五：如图18所示，一种防卡钻PDC钻头，包括钻头体1、滚筒2，所述钻头体1包括接头体3和冠体4，所述滚筒2的外侧面没有设置流道槽。

作为优选，如图19所示，所述滚筒2的外侧面设置导流槽202为直槽。

作为优选，如图20所示，所述滚筒2的外侧面设置导流槽202为螺旋槽。

具体实施方式六：如图21所示，一种防卡钻PDC钻头，包括钻头体1、滚筒2，所述钻头体1包括接头体3和冠体4，所述滚筒2为固定筒，不能围绕钻头体1转动，通过在滚筒2和钻头体1之间镶嵌的固定齿柱10来实现，固定齿柱10可以出露于滚筒2表面，其出露部分与牙齿形状相同，可以参与对掉块的碾压。

具体实施方式七：如图22所示，一种防卡钻PDC钻头，包括钻头体1、滚筒2，所述钻头体1包括接头体3和冠体4，所述滚筒2为3个滚筒串联。作为优选，如图23所示，其中有1个为固定滚筒。

如图24所示，所述滚筒2上设置有导流孔203。

如图25所示，所述滚筒2外圆为椭圆形。

如图26所示，所述滚筒2的内圆和外圆不同心，是偏心结构，偏心距是e。

如图27所示，所述滚筒2只有周向的部分空间设置有牙齿201。如图28所示，所述滚筒2上面的牙齿201出露在表面部分的是半球形。如图29所示，所述滚筒2上面设置有耐磨齿柱204，且横向设置，可随钻进方向滚动。如图30所示的防卡钻钻头上的滚筒2使用了可以滚动的耐磨齿柱204。

如图31所示，是一种外侧面具有棱脊202的滚筒结构，所述棱脊205与滚筒2是一体式结构，所述棱脊205为斜置与滚筒2上，可以在棱脊205上堆焊耐磨层。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种防卡钻PDC钻头，包括钻头体、水眼、固定切削结构，所述固定切削结构由延伸自钻头本体的刀翼，以及固结在刀翼上的切削齿组成，其特征在于：钻头上至少安装有一个滚筒，滚筒具有基体、工作面和内孔，在所述钻头体上的保径段或保径块至螺纹端面之间的轴向区域内设置有滚筒装配面，所述滚筒通过装配面套装在钻头体上，能相对于钻头体自由转动。

2.根据权利要求1所述的一种防卡钻PDC钻头，其特征在于：所述滚筒的工作面上具有耐磨表层，以及/或具有分布于工作面上的多个牙齿。

3.根据权利要求1所述的一种防卡钻PDC钻头，其特征在于：所述滚筒的工作面上分布有通过过盈配合或焊接方式镶固的多个牙齿，或者，分布有通过机加工或烧结方式形成的多个牙齿。

4.根据权利要求1所述的一种防卡钻PDC钻头，其特征在于：所述钻头体为由冠体和接头体两部分组成的分体式结构，用于连接钻柱的螺纹设置在接头体上，滚筒装配面设置在冠体和/或接头体上。

5.根据权利要求1所述的一种防卡钻PDC钻头，其特征在于：所述滚筒为棱脊式滚筒，棱脊之间具有导流槽。

6.根据权利要求1所述的一种防卡钻PDC钻头，其特征在于：在所述滚筒基体内设置有导流孔。

7.根据权利要求1所述的一种防卡钻PDC钻头，其特征在于：钻头刀翼具有保径块，所述滚筒安装在所述保径块的上侧。

8.根据权利要求1所述的一种防卡钻PDC钻头，其特征在于：钻头上具有至少两个滚筒，所述钻头体上为各滚筒均设置有装配面，不同滚筒的装配面可以是单独设置的，也可以共享同一个装配面。

9.根据权利要求1所述的一种防卡钻PDC钻头，其特征在于：在钻头上除滚筒以外还设置有至少1个固定筒，固定筒具有基体、工作面和内孔，所述固定筒的工作面上也具有耐磨表层，或具有分布于其工作面上的多个牙齿，在所述钻头体上设置有固定筒装配面，固定筒的内孔套装并固定在钻头体的固定筒装配面处。

10.如权利要求1所述的一种防卡钻PDC钻头，其特征在于：所述滚筒为偏心式滚筒结构，和/或偏斜式滚筒，和/或非圆轮廓滚筒。

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