一种PDC-滚轮混合钻头的制作方法

本发明属于石油及地质钻探工具，具体地，涉及一种pdc-滚轮混合钻头。

背景技术：

1、在油气钻井与地质钻探领域，钻头是钻井施工过程中必不可少的井下工具。通过钻头破碎地层岩石并由此钻进，从而形成井眼。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。因此一个井眼的好坏、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联系。

2、pdc(聚晶金刚石复合片)钻头在软到中硬地层中能取得较好的使用效果，因此在石油和地质钻井中得到了广泛的应用。然而，在一些中到硬地层中，尤其是在非均质地层中，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，pdc钻头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。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。

3、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。

技术实现思路

1、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，有利于油气田和矿场勘探开发提速和降低成本。

2、根据本发明，提供了一种pdc-滚轮混合钻头，包括：钻头体，所述钻头体沿通过其轴线的平面分为滚轮区和pdc区；设置在所述滚轮区的滚轮组件，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、设置在所述滚轮轴上的滚动轮，以及设置在所述滚动轮周向上的至少一个滚轮齿；设置在所述pdc区的pdc组件，所述pdc组件包括与所述钻头体固定连接的用于切削的切削齿；以及设置在所述滚轮掌臂内的油腔和油道，所述油道构造成能够使所述油腔内的油液流动至所述滚轮轴和所述滚动轮的接触面；其中，在所述滚轮轴与所述滚动轮之间设置有用于密封油液的密封组件，所述密封组件包括设置在所述滚轮轴至少一端的复合密封圈。

3、在一个具体的实施例中，所述复合密封圈包括同轴并排设置的内圈和外圈，所述内圈的硬度大于所述外圈的硬度，所述内圈的摩阻低于所述外圈的摩阻。

4、在一个具体的实施例中，所述内圈与所述外圈采用一体式设置。

5、在一个具体的实施例中，所述内圈与所述外圈采用分体式设置。

6、在一个具体的实施例中，所述密封组件还包括套设在滚轮轴上与复合密封圈轴向抵接的弹性密封圈，所述弹性密封圈相比于所述复合密封圈靠近所述滚轮轴的端部。

7、在一个具体的实施例中，所述密封组件还包括径向套设在所述内圈外侧的o型密封圈。

8、在一个具体的实施例中，所述油腔内设置有滑动活塞，所述滑动活塞将所述油腔分隔成油液室和平衡室，所述油液室与所述油道连通，所述平衡室与外界连通。

9、在一个具体的实施例中，所述油液室的远离所述滑动活塞的一端设置有第一堵头，所述第一堵头上开设有注油孔，所述注油孔内设置有注油塞。

10、在一个具体的实施例中，所述油道包括依次连通的第一油路、第二油路和第三油路，其中，

11、所述第一油路设置在所述滚轮掌臂内；

12、所述第二油路沿所述滚轮轴的轴向设置，并且，所述第二油路的一端贯穿所述滚轮轴，所述第二油路的端口处设置有第二堵头；

13、所述第三油路沿所述滚轮轴的径向设置。

14、在一个具体的实施例中，所述切削齿的下端边缘位于所述滚轮齿的下端边缘和所述滚动轮的下端边缘之间。

15、与现有技术相比，本申请的优点如下。

16、根据本发明的pdc-滚轮混合钻头结合滚轮组件和pdc组件，其具有较高机械钻速和较好工具面稳定性，能够显著提高机械钻速和进尺，实现降低工人劳动强度、降低钻井成本和加快油气田和矿场等勘探开发速度的目的。

17、该pdc-滚轮混合钻头在工作过程中，利用滚轮组件中的滚轮齿先破碎地层岩石，在未破碎地层中形成裂纹等缺陷，降低地层岩石的破碎强度，进而通过pdc组件中的切削齿切削。一方面，滚轮齿只是预处理破碎井底岩石，这使其工作量和受力得到大幅度降低。另一方面，pdc组件中的切削齿切削的是弱化后的地层岩石，这使得地层岩石可钻性大幅度提高，切削齿受力得到大幅度改善。由此，滚轮组件和pdc组件的使用寿命都得到了大幅度的提高。同时，滚动轮上的滚轮齿为间隔式设置，该pdc-滚轮混合钻头通过滚动轮的滚动能够产生周期性沿钻头体的轴向的振动，这非常有利于稳定工作面和提高钻压传递效率，进而促成了pdc-滚轮混合钻头钻进的工具面稳定性，非常有利于提高钻头钻进作业效率和增强钻进效果。

18、本发明在滚轮轴与滚动轮的接触部位设置润滑油液，进一步延长了滚动组件的使用寿命。并且对滚轮轴两端的密封组件中设置复合密封圈，通过复合密封圈内外圈的不同性质，加强对滚轮轴和滚动轮之间的密封效果，延长使用寿命。

技术特征：

1.一种pdc-滚轮混合钻头，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的pdc-滚轮混合钻头，其特征在于，所述复合密封圈包括同轴并排设置的内圈(63)和外圈(61)，所述内圈(63)的硬度大于所述外圈的硬度，所述内圈(63)的摩阻低于所述外圈(61)的摩阻。

3.根据权利要求2所述的pdc-滚轮混合钻头，其特征在于，所述内圈(63)与所述外圈(61)采用一体式设置。

4.根据权利要求2所述的pdc-滚轮混合钻头，其特征在于，所述内圈(63)与所述外圈(61)采用分体式设置。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的pdc-滚轮混合钻头，其特征在于，所述密封组件还包括套设在滚轮轴(32)上与复合密封圈轴向抵接的弹性密封圈(62)，所述弹性密封圈(62)相比于所述复合密封圈靠近所述滚轮轴(32)的端部。

6.根据权利要求2～4中任一项所述的pdc-滚轮混合钻头，其特征在于，所述密封组件还包括径向套设在所述内圈(63)外侧的o型密封圈(64)。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的pdc-滚轮混合钻头，其特征在于，所述油腔(311)内设置有滑动活塞(313)，所述滑动活塞(313)将所述油腔(311)分隔成油液室(315)和平衡室(314)，所述油液室(315)与所述油道(312)连通，所述平衡室(314)与外界连通。

8.根据权利要求7所述的pdc-滚轮混合钻头，其特征在于，所述油液室(315)的远离所述滑动活塞(313)的一端设置有第一堵头(316)，所述第一堵头(316)上开设有注油孔(317)，所述注油孔(317)内设置有注油塞(318)。

9.根据权利要求8所述的pdc-滚轮混合钻头，其特征在于，所述油道(312)包括依次连通的第一油路(301)、第二油路(302)和第三油路(303)，其中，

10.根据权利要求1～4中任一项所述的pdc-滚轮混合钻头，其特征在于，所述切削齿(42)的下端边缘位于所述滚轮齿(34)的下端边缘和所述滚动轮(33)的下端边缘之间。

技术总结本发明属于石油及地质钻探工具技术领域，具体地，涉及一种PDC‑滚轮混合钻头。PDC‑滚轮混合钻头包括：钻头体；设置在滚轮区的滚轮组件，滚轮组件包括与钻头体固定连接的滚轮掌臂、与滚轮掌臂固定连接的滚轮轴、设置在滚轮轴上的滚动轮，以及设置在滚动轮周向上的至少一个滚轮齿；以及设置在滚轮掌臂内的油腔和油道，油道构造成能够使油腔内的油液流动至滚轮轴和滚动轮的接触面；其中，在滚轮轴的两端设置有用于与滚动轮密封的密封组件，密封组件包括复合密封圈。本发明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，有利于油气田和矿场勘探开发提速和降低成本。技术研发人员：于建宾,彭烨,关舒伟,徐玉超,张栋,于海鑫受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4