CN101382045A - 一种用于水平井和硬地层井的三牙轮钻头 - Google Patents

一种用于水平井和硬地层井的三牙轮钻头 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于水平井和硬地层井的三牙轮钻头，包括有三个牙掌和安设在牙掌下端的牙轮，三个牙掌的上部相联成一体构成钻头体，在钻头体上各牙掌之间安设有喷嘴座，喷嘴座的喷孔中安设有喷嘴，其不同之处在于在牙掌掌背的上部后侧安设保径齿，形成牙掌上部的保径面，牙掌前侧面整体向后偏斜。本发明在牙掌掌背后侧上部设置保径点，增强了钻头钻井的稳定性，减小横向振动，在钻水平井时钻头不易偏移，从而提高了牙轮钻头的有效使用寿命；掌背前侧面整体向后偏斜，促进岩屑随泥浆上返，有利于钻井效率的提高；喷嘴的喷射方向导向后一个牙轮的前侧，增强了井底清洗和牙轮牙齿的冷却效果，使牙轮钻头具有相对较高的使用寿命和机械钻速。

Description

一种用于水平井和硬地层井的三牙轮钻头
技术领域
本发明涉及一种三牙轮钻头，尤其涉及一种用于水平井和硬地层井的三牙轮钻头，属于地质钻探和石油钻井技术领域。
技术背景
现有的三牙轮钻头通常包括有一个钻头体，钻头体上有三片牙掌，牙轮安装在牙掌下端倾斜的牙掌轴上，牙轮上有钢齿或硬质合金镶齿，钻井液从钻柱进入钻头流道，然后从三个喷嘴喷出。喷嘴安装在喷嘴座中，喷嘴座设在牙掌的后侧。钻井液冲击井底后从喷嘴座两侧上返。钻头牙轮的外排齿上有三点接触井壁，接触点在每个牙轮的前侧。在钻水平井和硬地层井时，牙轮钻头存在下述问题：快速的横向移动和强冲击，导致钻头旋转中心偏离其几何中心，加速牙齿的磨损和断裂，甚至导致轴承早期失效；由于重力作用，井底岩屑排除不畅，也容易导致牙轮壳体磨损、牙齿折断或脱落；水力喷射方位不尽合理，使牙齿得不到及时冷却从而加速磨损。在牙掌掌背上方布置耐磨齿应对横向振动，由于掌背布齿中心通常就在牙掌轴线上，因此并不足以抑制严重的横向振动。
美国专利6227314 INCLINED LEG EARTH-BORING BIT将常规的后置喷嘴座改为前置，牙掌掌背上部在圆周方向上相对下部偏后一个距离，在掌背上部形成保径点，喷嘴座与牙掌下部形成泥浆上返通道，但该通道在牙掌上部改变方向，不利于泥浆顺利上返。
美国专利6688410 Hydro-lifter rock bit with PDC inserts取消牙轮保径点，而将保径点设置在牙掌掌背上部，牙掌掌背上部几何中心线与钻头中心线平行，下部几何中心线与钻头中心线成一定角度。该专利钻井井筒直径由掌背切削形成，会降低钻头的破岩效率。
发明内容
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而提供一种用于水平井和硬地层井的三牙轮钻头，它能减小水平井和硬地层井钻井时牙轮钻头的横向振动，同时具有更好的井底清洗效果，从而进一步提高牙轮钻头的钻井效率和综合效果。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有三个牙掌和安设在牙掌下端的牙轮，三个牙掌的上部相联成一体构成钻头体，在钻头体上各牙掌之间安设有喷嘴座，喷嘴座的喷孔中安设有喷嘴，其不同之处在于在牙掌掌背的上部后侧安设保径齿，形成牙掌上部的保径面，牙掌前侧面整体向后偏斜。
按上述方案，所述的牙掌前侧面整体向后偏斜的角度为10°～50°，通常向后偏斜的角度为10°～30°。
按上述方案，所述的喷嘴座中喷嘴的喷射方向朝向后一个牙轮的前侧。
按上述方案，在牙掌掌背上部后侧保径面镶装保径齿后，该部位直径小于规径0～2mm。所述的保径齿为硬质合金齿或金刚石复合齿。
本发明的有益效果在于：1、在牙掌掌背后侧上部设置保径点，增强了钻头钻井的稳定性，减小横向振动，在钻水平井时钻头不易偏移，从而提高了牙轮钻头的有效使用寿命；2、掌背前侧面整体向后偏斜，形成顺畅的泥浆上返通道，同时对井底岩屑形成举升力，促进岩屑随泥浆上返，有利于钻井效率的提高；3、喷嘴的喷射方向导向后一个牙轮的前侧，使钻井液能够直接喷射和冲刷工作中的牙轮牙齿，增强了井底清洗和牙轮牙齿的冷却效果，使牙轮钻头具有相对较高的使用寿命和机械钻速。
附图说明
图1是本发明一个实施例的正视图。
图2是本发明一个实施例的仰视图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细说明本发明的实施例。
为一个三牙轮钻头，包括有三个牙掌3和安设在牙掌下端的牙轮4，三个牙掌的上部通过组焊相联成一体构成钻头体，钻头体的上部设置有锥螺纹1，用以与钻杆联接；在牙掌掌背的上部后侧靠近牙掌后侧面安设保径齿，或牙掌掌背的上部后侧向后延伸一段距离，在向后延伸的掌背部位安设保径齿，保径齿镶嵌在掌背上，可前后设置2～3排，每排2～3个保径齿，可间隔相错排列，所述的保径齿为金刚石复合齿或硬质合金齿，形成牙掌上部的保径面，牙掌上部保径面镶装保径齿后，该部位直径小于牙轮钻头规径1mm。牙掌上部的保径面在钻头的圆周方向增加了三个扶正点，加上钻头三个牙轮的外排齿上原有的三点接触井壁，形成六点扶正，和三点扶正相比，横向稳定性增强。牙掌前侧面2整体向后偏斜，向后偏斜的角度(与垂线的夹角)为20°～30°，形成泥浆上返通道，对井底岩屑形成较大的举升力，促进岩屑随泥浆上返。在钻头体上各牙掌之间紧靠牙掌的后侧面安设有喷嘴座8，钻头体中设有钻头流道，与喷嘴座的喷孔相连通，喷嘴座的喷孔中安设有喷嘴7，喷嘴7的喷射方向6朝向后一个牙轮的前侧，射流等速核与后一个牙轮牙齿的最小距离为0，使牙齿5在进入工作面和工作过程中得到有效的冷却。

Claims (9)

1、一种用于水平井和硬地层井的三牙轮钻头，包括有三个牙掌和安设在牙掌下端的牙轮，三个牙掌的上部相联成一体构成钻头体，在钻头体上各牙掌之间安设有喷嘴座，喷嘴座的喷孔中安设有喷嘴，其特征在于在牙掌掌背的上部后侧安设保径齿，形成牙掌上部的保径面，牙掌前侧面整体向后偏斜。
2、按权利要求1所述的用于水平井和硬地层井的三牙轮钻头，其特征在于所述的牙掌前侧面整体向后偏斜的角度为10°～50°。
3、按权利要求2所述的用于水平井和硬地层井的三牙轮钻头，其特征在于所述的牙掌前侧面整体向后偏斜的角度为10°～30°。
4、按权利要求1或2所述的用于水平井和硬地层井的三牙轮钻头，其特征在于所述的喷嘴座中喷嘴的喷射方向朝向后一个牙轮的前侧。
5、按权利要求4所述的用于水平井和硬地层的三牙轮钻头，其特征在于所述的喷嘴的射流等速核与后一个牙轮牙齿的最小距离为0。
6、按权利要求1或2所述的用于水平井和硬地层井的三牙轮钻头，其特征在于在牙掌掌背上部后侧保径面镶装保径齿后，该部位直径小于规径0～2mm。
7、按权利要求1或2所述的用于水平井和硬地层井的三牙轮钻头，其特征在于所述的保径齿为硬质合金齿或金刚石复合齿。
8、按权利要求1所述的用于水平井和硬地层井的三牙轮钻头，其特征在于牙掌掌背的上部后侧向后延伸一段距离，在向后延伸的掌背部位安设保径齿。
9、按权利要求1或8所述的用于水平井和硬地层井的三牙轮钻头，其特征在于保径齿镶嵌在掌背上，前后设置2～3排，每排2～3个保径齿，间隔相错排列。
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