CN103352658A - 三牙轮钻头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻井工具技术领域，尤其涉及一种三牙轮钻头，包括钻头主体、安装于所述钻头主体上的钻头牙掌，钻头牙轮安装在所述钻头牙掌上，所述钻头牙掌的掌背上安装有储油补偿压力平衡系统，所述钻头主体的中部设有中心水孔，所述中心水孔靠近所述钻头牙轮的一端安装有可更换式合金喷嘴。三牙轮钻头中心水孔中的合金喷嘴座加工简便，合金喷嘴更换方便，根据工况更换不同直径的合金喷嘴能更好的利用钻井液水动力钻井，机加工而成的上返岩屑流道空间充裕，有利于岩屑上返提高机械钻速；储油补偿压力平衡系统设计在掌背上，离轴承距离近油脂补偿更及时，并且具有完整有效的储油补偿压力平衡和轴承密封系统，能大幅提高钻头使用寿命。

Description

三牙轮钻头

技术领域

本发明涉及钻井工具技术领域，尤其涉及一种三牙轮钻头。

背景技术

牙轮钻头是在地壳中破碎岩石的一种工具，广泛应用与石油、天然气钻井以及其他矿用钻探等领域。随着石油资源的进一步开发，常规钻井可开采的油井数量越来越少，开采的难度越来越大，采用非常规钻井开发的油井越来越多，定向井、斜井、大位移井、水平井、分支井等特殊工艺井在石油开采中所占的比例越来越大，从而使使用井下动力钻具的机会更多时间更长，由动力钻具加转盘旋转的复合钻井方式得到越来越广泛的使用，其特点就是钻头转速有了较大的提高，已经超过原转盘钻井的2-3倍，达到250-300转/分钟。基于此，要求现代三牙轮钻头必须在高转速下保持长的寿命，以减少钻井起下钻的次数，降低非钻井时间，提高钻井效率和降低钻井成本。

目前三片牙掌组装焊接成形的结构形式(见附图9)。对于小型超小型三牙轮钻头(直径小于Φ92.072mm的三牙轮钻头)生产制造存在以下缺点：

目前的三牙轮钻头组成结构用于小型超小型三牙轮钻头时，实践证明钻头牙掌生产制造时由于必须重点满足牙掌头部轴颈的相关位置尺寸，这就必然忽略牙掌尾部位置尺寸，这样就造成三片牙掌组装焊接成形后的钻头内孔流体通道不规则或直径过小，从而影响钻井液水动力功效。或者组装焊接成形后钻头内孔流体通道不规则或直径过大，从而影响钻头联接螺纹强度，甚至根本就车不出钻头联接螺纹。再者由于组装焊接成形后钻头内孔流体通道不规则，钻井液流体通过时产生涡流，不但影响钻井液水动力，严重时可造成钻头内腔局部穿刺，钻头提前报废或发生井下事故。同时目前三牙轮钻头结构用于小型超小型三牙轮钻头时，制造中心水孔和合金喷嘴座工序复杂，加工困难。

由于当前市场上小型超小型三牙轮钻头需求相对大直径三牙轮钻头数量少，目前的三牙轮钻头结构必须制造牙掌毛坯，成本高工期长，并且牙掌毛坯外形非常复杂，建立生产线不但昂贵，并且不能保证产品组件制造精确度。从而造成小型超小型三牙轮钻头单价高的情况，又因为制造工艺复杂成本高，小型超小型三牙轮钻头使用方每次订购较多数量生产商才能制造，迫使使用方积压大笔流动资金。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种三牙轮钻头，便于制造，成本低廉。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种三牙轮钻头，包括钻头主体、安装于所述钻头主体上的钻头牙掌，钻头牙轮安装在所述钻头牙掌上，其特征在于：所述钻头牙掌的掌背上安装有储油补偿压力平衡系统，所述钻头主体的中部设有中心水孔，所述中心水孔靠近所述钻头牙轮的一端安装有可更换式合金喷嘴。

优选地，所述储油补偿压力平衡系统主要由依次安装在储油补偿压力平衡孔中的油囊、压盖、挡圈构成。

优选地，所述钻头主体的环周带有上返岩屑流道以及牙掌安装槽，所述牙掌安装槽中带有牙掌安装槽焊接坡口以及牙掌安装定位孔。

本发明的有益效果是: 本发明中的钻头主体用锻压圆钢车制后，进行材料热处理，然后在一台加工中心机床上一次装夹完成所有加工。保证了所有外形和位置尺寸精度；

钻头牙掌制造应用Unibody(一体成型工艺)和CAM(计算机辅助制造)，以及一套简单的工装统一加工定位等技术手段，不用建立昂贵复杂的生产线，极少工时就能保质保量的完成加工制造；

所有组件都可以用锻压圆钢制造，节省制造毛坯成本、简化加工工艺、降低加工难度、缩短制造周期，即使用方少量定购，制造方也可以生产；

三牙轮钻头中心水孔中的合金喷嘴座加工简便，合金喷嘴更换方便，根据工况更换不同直径的合金喷嘴能更好的利用钻井液水动力钻井，机加工而成的上返岩屑流道空间充裕，有利于岩屑上返提高机械钻速；

储油补偿压力平衡系统设计在掌背上，离轴承距离近油脂补偿更及时，并且具有完整有效的储油补偿压力平衡和轴承密封系统，能大幅提高钻头使用寿命；

减化了加工工艺和工序，节省了大量人工、设备、刃具、和其它费用即是增加了经济效益，同时此结构的三牙轮钻头可以做得很小，发展空间大。

附图说明

图 1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A-A方向的剖面图； 

图3为本发明中储油补偿压力平衡系统的结构示意图；

图4为本发明中钻头主体的结构示意图；

图5为图4的侧视图；

图6为本发明中钻头主体的立体图；

图7为本发明中钻头牙掌的结构示意图；

图8是本发明中钻头牙掌的立体图；

图9是现有技术中三牙轮钻头的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1至图8所示：一种三牙轮钻头包括钻头主体1、钻头牙掌2、钻头牙轮3、储油补偿压力平衡系统4、中心水孔5、合金喷嘴6、上返岩屑通道7。其中，三牙轮钻头储油补偿压力平衡和轴承密封系统主要有以下结构形式组成压盖8、油囊9、挡圈10、注油孔11、长油孔12、塞销孔13、中心油孔14、大轴油孔15、轴承密封圈17构成；钻头主体主要由以下结构组成形式，上返岩屑流道7、牙掌安装槽22、中心水孔5、牙掌安装槽焊接坡口23、牙掌安装定位孔24组成；钻头牙掌主要有以下结构组成形式牙掌安装定位孔25、牙掌轴承大轴26、牙掌轴承止堆面27、牙掌轴承小轴28、牙掌大轴受力面焊接合金层29、牙掌止推面焊接合金层30、掌背焊接合金层31、组装焊接坡口32构成。

安装步骤：

首先将密封圈17装在牙轮密封槽中18，钻头牙轮3通过内孔与钻头牙掌2轴颈套接构成牙轮钻头轴承系统，钢球19从塞销孔13放入轴承后，插入塞销20焊接固定，通过钢球19将钻头牙轮3保持在钻头牙掌2轴颈上。

第二步：用定位销21将钻头牙掌2和钻头牙轮3的组和体与钻头主体1固定，将两者焊接在一起。

第三步：安装储油补偿压力平衡系统组件油囊9、压盖8、挡圈10。

第四步：抽真空完成后，给储油补偿压力平衡系统4中注入油脂，最后用丝堵封闭注油孔11。

第五步：夹持上返岩屑流道槽7并且与其定位车钻头联接螺纹，便制造出完整的小型超小型三牙轮钻头产品。

工作原理：钻头工作时，钻井液流经中心水孔5，进入合金喷嘴6，在合金喷嘴入口和出口间形成压差，提高水动力功效冲刷井底和清洗牙轮以及润滑钻头。随后将钻头工作产生的岩屑从钻头上返岩屑流道7带出井筒。

当加压的钻井液进入井筒中后，压力将钻井液经压盖传压孔16进入油囊外环空，挤压油囊中的油脂脂体，油脂脂体经长油孔12 塞销孔13 中心油孔14)大轴油孔15流入轴承内各摩擦幅，为摩擦幅提供润滑减少摩擦力，从而提高牙轮钻头轴承寿命。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种三牙轮钻头，包括钻头主体、安装于所述钻头主体上的钻头牙掌，钻头牙轮安装在所述钻头牙掌上，其特征在于：所述钻头牙掌的掌背上安装有储油补偿压力平衡系统，所述钻头主体的中部设有中心水孔，所述中心水孔靠近所述钻头牙轮的一端安装有可更换式合金喷嘴。

2.根据权利要求1所述的三牙轮钻头，其特征在于：所述储油补偿压力平衡系统主要由依次安装在储油补偿压力平衡孔中的油囊、压盖、挡圈构成。

3.根据权利要求2所述的三牙轮钻头，其特征在于：所述钻头主体的环周带有上返岩屑流道以及牙掌安装槽，所述牙掌安装槽中带有牙掌安装槽焊接坡口以及牙掌安装定位孔。

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