本發(fā)明屬于石油天然氣鉆探設(shè)備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種可調(diào)自適應(yīng)滾切復(fù)合鉆頭。
背景技術(shù)：
1、目前在石油天然氣鉆井中主要用的是三牙輪鉆頭和金剛石鉆頭（pdc鉆頭）。金剛石鉆頭（pdc鉆頭）其破巖機(jī)理為刮削破巖，因此在其鉆進(jìn)速度快的優(yōu)勢(shì)下也存在不適應(yīng)于硬地層、軟硬交錯(cuò)的夾層地層以及礫石地層的缺點(diǎn)。然而牙輪鉆頭其破巖機(jī)理為沖擊壓碎和滑移刮削，其特點(diǎn)在于能適應(yīng)高硬度地層和以及復(fù)雜地層，但其破巖效率低、鉆進(jìn)速度慢。根據(jù)兩種鉆頭的不同特點(diǎn)，人們開始發(fā)展另外一種形式的鉆頭—混合式鉆頭。
2、例如申請(qǐng)?zhí)枮?00880016630.0中公開了一種整合牙輪鉆頭與pdc鉆頭于一體的混合鉆頭，在牙輪(其上鑲嵌硬質(zhì)合金切削齒)與刀翼(其上鑲嵌pdc切削齒)混合區(qū)域可協(xié)同多種破巖機(jī)理。牙輪切削齒靠沖擊破碎形成不連續(xù)的齒坑，pdc切削齒通過(guò)切削作用將預(yù)破碎的齒坑連通形成完整的破碎環(huán)帶，同時(shí)牙輪切削齒還會(huì)限制pdc切削齒的過(guò)度吃入，從而降低pdc切削齒的超載概率?；旌香@頭切削機(jī)理的多樣性增加了鉆頭與地層的適應(yīng)性，它整合了pdc鉆頭與牙輪鉆頭的優(yōu)點(diǎn)，在軟-中硬地層、易泥包地層、硬塑性地層和部分軟硬交錯(cuò)地層起到了較好的使用效果。但此種混合鉆頭的牙輪結(jié)構(gòu)和pdc刀翼是一個(gè)剛性整體，在破巖過(guò)程中，牙輪切削齒軸向沖擊破巖產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)，會(huì)直接傳遞給pdc切削齒，造成pdc齒的提前失效，很大程度上降低了混合鉆頭的使用壽命。
3、為了克服該技術(shù)問(wèn)題，申請(qǐng)?zhí)枮?012100154208中公開的自適應(yīng)混合鉆頭，通過(guò)同時(shí)設(shè)有牙輪和刀翼，將牙輪設(shè)于鉆頭主體上的牙掌上，并使牙輪和刀翼交錯(cuò)均布設(shè)置，同時(shí)在鉆頭主體內(nèi)設(shè)置只可在受限范圍內(nèi)沿軸向伸縮運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)刀翼體，在可動(dòng)刀翼體與鉆頭主體間還設(shè)有為可動(dòng)刀翼體提供軸向推力的彈性元件，并將刀翼設(shè)于可動(dòng)刀翼體前端，而可動(dòng)刀翼體末端設(shè)有承受泥漿壓力的受壓面。該技術(shù)方案能通過(guò)鉆壓控制牙輪與刀翼的相對(duì)位置，調(diào)整牙輪和刀翼之間破巖量的分配，使破巖速度更快，適用性更廣。但鉆頭在鉆進(jìn)過(guò)程中，針對(duì)不同的地層，牙輪和刀翼需要不同的破巖壓力，而在該技術(shù)方案中彈性元件的彈力只能保持固定設(shè)置，導(dǎo)致鉆頭的鉆進(jìn)效果難以適應(yīng)地層的變化；若要滿足不同地層的鉆進(jìn)要求，則只能將鉆頭卸下拆開后更換彈性元件，不僅操作麻煩，且將嚴(yán)重影響鉆井施工的效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種可調(diào)自適應(yīng)滾切復(fù)合鉆頭，能夠根據(jù)所鉆地層的巖性和鉆井參數(shù)，設(shè)定或調(diào)節(jié)刀翼組件對(duì)地層的破巖壓力，尤其在鉆遇較硬地層時(shí)，通過(guò)先滾后切，滾切復(fù)合交替的破巖方式，大幅提高復(fù)合鉆頭的綜合破巖效率和使用壽命。
2、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案為：一種可調(diào)自適應(yīng)滾切復(fù)合鉆頭，包括安裝有多個(gè)滾輪的鉆頭主體，鉆頭主體中心具有安裝孔，安裝孔內(nèi)插接有可軸向移動(dòng)不可轉(zhuǎn)動(dòng)的刀翼組件，刀翼組件上具有與多個(gè)滾輪間隔排布的活動(dòng)刀翼；所述鉆頭主體內(nèi)安裝有可調(diào)節(jié)施加給刀翼組件軸向推動(dòng)力的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)與刀翼組件之間安裝有彈性元件。
3、進(jìn)一步的，還包括與鉆頭主體連接的連接主體，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)安裝在連接主體內(nèi)，且連接主體內(nèi)還安裝有連接管，連接管與刀翼組件轉(zhuǎn)動(dòng)扣合連接，且鉆頭主體上還具有與連接管對(duì)應(yīng)的止口。
4、進(jìn)一步的，所述刀翼組件還具有插接在安裝孔內(nèi)的連接頭，連接頭外壁上開設(shè)有插接槽，插接槽的一側(cè)槽壁上開設(shè)有卡接口；所述連接管上還具有插接至插接槽內(nèi)的插接頭，插接頭上具有可插入卡接口內(nèi)的卡接頭。
5、進(jìn)一步的，所述插接槽為多個(gè)，多個(gè)插接槽沿插接頭的圓周面間隔排布。
6、進(jìn)一步的，所述連接管靠近插接頭的一端呈封閉狀，且連接管的密封端與插接頭上開設(shè)有相互連通的泥漿通道。
7、進(jìn)一步的，所述連接管的外壁上還開設(shè)有矩形面，鉆頭主體上還安裝有與矩形面配合的鎖緊螺栓。
8、進(jìn)一步的，所述連接管的外壁為臺(tái)階軸，插接頭位于連接管的大徑端，且彈性元件和推動(dòng)件均套設(shè)在插接頭的小徑端。
9、進(jìn)一步的，所述蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)包括套設(shè)在連接管上的螺紋套，且連接管上還套設(shè)有可軸向移動(dòng)不可轉(zhuǎn)動(dòng)的推動(dòng)件，推動(dòng)件與彈性元件抵緊，螺紋套與推動(dòng)件螺紋配合，且蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)還包括驅(qū)動(dòng)螺紋套轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。
10、進(jìn)一步的，所述連接主體內(nèi)孔的臺(tái)階面上還安裝有導(dǎo)向銷，且推動(dòng)件上開設(shè)有與導(dǎo)向銷滑動(dòng)配合的插孔。
11、進(jìn)一步的，所述螺紋套上還固定有蝸輪，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括與蝸輪嚙合的蝸桿，蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在連接主體上。
12、進(jìn)一步的，所述鉆頭主體上具有與活動(dòng)刀翼間隔排布的固定刀翼，固定刀翼的背面開設(shè)有u型槽口，滾輪通過(guò)中心軸安裝在u型槽口內(nèi)并在中心軸上轉(zhuǎn)動(dòng)，中心軸兩端支撐并固定在u型槽槽壁上的軸孔內(nèi)。
13、進(jìn)一步的，所述固定刀翼的外表面具有引流槽，引流槽沿鉆頭主體長(zhǎng)度方向延伸，且引流槽的一端向滾輪延伸。
14、進(jìn)一步的，所述活動(dòng)刀翼與固定刀翼均為多個(gè)。
15、進(jìn)一步的，所述活動(dòng)刀翼的外表面還開設(shè)有泥漿流道槽。
16、進(jìn)一步的，所述固定刀翼與活動(dòng)刀翼之間具有間隔，且鉆頭主體上開設(shè)有多個(gè)水眼，多個(gè)水眼分別分布在活動(dòng)刀翼中心和活動(dòng)刀翼的泥漿流道槽內(nèi)。
17、本發(fā)明的有益效果是：
18、當(dāng)需要根據(jù)不同的地層巖性和鉆井參數(shù)來(lái)設(shè)定或調(diào)節(jié)活動(dòng)刀翼的預(yù)壓力時(shí)，可通過(guò)在鉆頭主體內(nèi)的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)來(lái)設(shè)置或調(diào)節(jié)彈性元件的松緊程度，使鉆頭滾輪和活動(dòng)刀翼分別在不同的鉆壓下，實(shí)現(xiàn)先滾壓后刮切，滾切復(fù)合交替的破巖過(guò)程，使復(fù)合鉆頭的鉆井效能得到大幅提升。
1.一種可調(diào)自適應(yīng)滾切復(fù)合鉆頭，其特征在于，包括安裝有多個(gè)滾輪(15)的鉆頭主體(1)，鉆頭主體(1)中心具有安裝孔(11)，安裝孔(11)內(nèi)插接有可軸向移動(dòng)不可轉(zhuǎn)動(dòng)的刀翼組件(2)，刀翼組件(2)上具有與多個(gè)滾輪(15)間隔排布的活動(dòng)刀翼(24)；所述鉆頭主體(1)內(nèi)安裝有可調(diào)節(jié)施加給刀翼組件(2)軸向推動(dòng)力的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)與刀翼組件(2)之間安裝有彈性元件(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)自適應(yīng)滾切復(fù)合鉆頭，其特征在于，還包括與鉆頭主體(1)連接的連接主體(8)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)安裝在連接主體(8)內(nèi)，且連接主體(8)內(nèi)還安裝有連接管(4)，連接管(4)與刀翼組件(2)轉(zhuǎn)動(dòng)扣合連接，且鉆頭主體(1)上還具有與連接管(4)對(duì)應(yīng)的止口(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)自適應(yīng)滾切復(fù)合鉆頭，其特征在于，所述刀翼組件(2)還具有插接在安裝孔(11)內(nèi)的連接頭(21)，連接頭(21)外壁上開設(shè)有插接槽(22)，插接槽(22)的一側(cè)槽壁上開設(shè)有卡接口(23)；所述連接管(4)上還具有插接至插接槽(22)內(nèi)的插接頭(42)，插接頭(42)上具有可插入卡接口(23)內(nèi)的卡接頭(43)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可調(diào)自適應(yīng)滾切復(fù)合鉆頭，其特征在于，所述插接槽(22)為多個(gè)，多個(gè)插接槽(22)沿插接頭(42)的圓周面間隔排布；優(yōu)選的，所述連接管(4)靠近插接頭(42)的一端呈封閉狀，且連接管(4)的密封端與插接頭(42)上開設(shè)有相互連通的泥漿通道(44)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)自適應(yīng)滾切復(fù)合鉆頭，其特征在于，所述連接管(4)的外壁上還開設(shè)有矩形面(41)，鉆頭主體(1)上還安裝有與矩形面(41)配合的鎖緊螺栓(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)自適應(yīng)滾切復(fù)合鉆頭，其特征在于，所述連接管(4)的外壁為臺(tái)階軸，插接頭(42)位于連接管(4)的大徑端，且彈性元件(5)和推動(dòng)件(6)均套設(shè)在插接頭(42)的小徑端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)自適應(yīng)滾切復(fù)合鉆頭，其特征在于，所述蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)包括套設(shè)在連接管(4)上的螺紋套(7)，且連接管(4)上還套設(shè)有可軸向移動(dòng)不可轉(zhuǎn)動(dòng)的推動(dòng)件(6)，推動(dòng)件(6)與彈性元件(5)抵緊，螺紋套(7)與推動(dòng)件(6)螺紋配合，且蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)還包括驅(qū)動(dòng)螺紋套(7)轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可調(diào)自適應(yīng)滾切復(fù)合鉆頭，其特征在于，所述連接主體(8)內(nèi)孔的臺(tái)階面上還安裝有導(dǎo)向銷(81)，且推動(dòng)件(6)上開設(shè)有與導(dǎo)向銷(81)滑動(dòng)配合的插孔(61)；優(yōu)選的，所述螺紋套(7)上還固定有蝸輪(71)，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括與蝸輪(71)嚙合的蝸桿(9)，蝸桿(9)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在連接主體(8)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)自適應(yīng)滾切復(fù)合鉆頭，其特征在于，所述鉆頭主體(1)上具有與活動(dòng)刀翼(24)間隔排布的固定刀翼(13)，固定刀翼(13)的背面開設(shè)有u型槽口(14)，滾輪(15)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在u型槽口(14)內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可調(diào)自適應(yīng)滾切復(fù)合鉆頭，其特征在于，所述固定刀翼(13)的外表面具有引流槽(16)，引流槽(16)沿鉆頭主體(1)長(zhǎng)度方向延伸，且引流槽(16)的一端向滾輪(15)延伸；優(yōu)選的，所述活動(dòng)刀翼(24)與固定刀翼(13)均為多個(gè)；優(yōu)選的，所述活動(dòng)刀翼(24)的外表面還開設(shè)有泥漿流道槽(25)；優(yōu)選的，所述固定刀翼(13)與活動(dòng)刀翼(24)之間具有間隔，且鉆頭主體(1)上開設(shè)有多個(gè)水眼(26)，多個(gè)水眼(26)分別分布在活動(dòng)刀翼(24)中心和活動(dòng)刀翼(24)的泥漿流道槽(25)內(nèi)。