CN103790518A

CN103790518A - 牙轮钻头

Info

Publication number: CN103790518A
Application number: CN201410071737.2A
Authority: CN
Inventors: 陈斌
Original assignee: TIANJIN LILIN BIT CO Ltd
Current assignee: TIANJIN LILIN BIT CO Ltd
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明涉及钻井工具技术领域，尤其涉及一种牙轮钻头，包括牙轮轴孔、牙掌轴、定位钢球、密封系统、储油补偿压力平衡系统构成，所述的定位钢球设置在牙轮和牙掌轴的钢球锁紧槽之间，用于将牙轮和牙掌轴锁紧，所述牙掌轴由大轴和小轴两部分构成，所述大轴的上部设有止推面，所述止推面上固定所述小轴，所述止推面与大轴的侧面通过外凸弧形面连接成一体，所述外凸弧形面的弧度与井底形态相同，并并行于井底角。以上结构可减少轴承局部受力的情况的发生，钻头工作运行高速平稳。滑动轴承受力面积增加也是增大了润滑油脂油膜面积，使牙轮钻头更能适应大钻压、高温环境下的定向钻进，并且可满足小型超小型牙轮钻头对滑动轴承的需要。

Description

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。

牙轮钻头工作负荷很重，传力达数百千牛，传递机械功率达数十千瓦，工作环境恶劣，上有数千米弹性杆柱的振动，下有强度高、研磨性强的岩石，周围是含有砂粒和腐蚀性物质的高压、高温钻井液，而狭小的井眼又限制了钻头的体积，当然最终限制了滑动轴承的受力面积，因而牙轮轴承在恶劣的工况下，很小的受力面积必须承受很大的压力。随着钻井技术向深井、小直径井、丛式井、水平井和大斜度延伸井发展，适应高钻压、高转速、耐高温、定向造斜等钻井要求的牙轮钻头，将是牙轮钻头发展方向，如何满足钻井技术的发展需求成于当前本领域的重要课题。

对三牙轮钻头失效的分析表明，轴承损坏是牙轮钻头破坏的最主要形式，轴承寿命就是牙轮钻头寿命的重要标态。进一步理论研究和大量实验表明轴承在运转过程中轴承最初损坏主要因轴承润滑油脂油膜破裂，轴承失去油脂润滑，轴承干摩擦产生高温，引发密封系统失效润滑油脂漏失和导物进入，最终导致轴承很快失效钻头报废。而轴承润滑油脂油膜破裂主要是因为轴承受力面小，造成润滑油脂油膜面小，以及钻头运行不平稳轴承受力面点接触导致润滑油膜破裂。

众所周知，现代牙轮钻头也称四合一钻头，四合一钻头四要素：即具有硬质合金齿、储油补偿压力平衡系统和密封系统、滑动轴承、和高压射流喷嘴。其中储油补偿压力平衡系统和密封系统是为滑动轴承服务，主要为其提供工作润滑和防止油脂流失，因此如何提高滑动轴承性能，增大滑动轴承的受力面积和润滑油脂油膜面积，以及提高牙轮钻头运转平稳性一直是牙轮钻头设计与制造技术领域不懈努力孑孑不倦追求的目标。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种牙轮钻头，通过提高轴承的受力面积以及润滑油脂油膜面积，进而提高牙轮钻头的使用寿命。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种牙轮钻头，包括牙轮轴孔、牙掌轴、定位钢球、密封系统、储油补偿压力平衡系统构成，所述的定位钢球设置在牙轮轴孔和牙掌轴的钢球锁紧槽之间，用于将牙轮轴孔和牙掌轴锁紧，其特征在于：所述牙掌轴由大轴和小轴两部分构成，所述大轴的上部设有止推面，所述止推面上固定所述小轴，所述止推面与大轴的侧面通过外凸弧形面连接成一体，所述外凸弧形面的弧度与井底形态相同，并并行于井底角。

优选地，所述外凸弧形面上设有长油槽，所述长油槽中的油孔与轴承中心油孔相连。

优选地，所述钢球锁紧槽位于所述大轴的中下部。相对于现有同型号滑动轴承锁紧钢球可以增加2~4颗，使牙轮锁紧效果更好，当然也可以缩小钢球直径，进一步增加滑动轴承受力面积，同时也是增加润滑油脂油膜受力面积。

优选地，所述外凸弧形面上覆焊有高碳钴铬钨合金。增加大轴前端与牙轮内孔之间的耐磨程度。

优选地，所述止推面上覆焊有高碳钴铬钨合金。

本发明的有益效果是: 与现有技术相比，本发明滑动轴承受力面积相对于现有同型号滑动轴承可以增加30%以上，牙掌轴承面大量敷焊高强度耐磨性好的高碳钴铬钨合金，轴承主受力面平行于钻头工作受力面(井底角)，轴承主受力面成圆弧形与井底形态相同，同时也平行于井底角，且具有止推功能。以上结构可减少轴承局部受力的情况的发生，钻头工作运行高速平稳。滑动轴承受力面积增加也是增大了润滑油脂油膜面积，使牙轮钻头更能适应大钻压、高温环境下的定向钻进，并且可满足小型超小型牙轮钻头对滑动轴承的需要。

新型滑动轴承的钢球锁紧槽在大轴中下部，相对于现有同型号滑动轴承锁紧钢球可以增加2~4颗，使牙轮锁紧效果更好，当然也可以缩小钢球直径，进一步增加滑动轴承受力面积，同时也是增加润滑油脂油膜受力面积。

新型滑动轴承相对于现有同型号滑动轴承，有效的利用了牙轮壳体空间，牙轮壳体壁厚均匀，加工时热处理效果更好；牙轮轴承空间大，利于轴承加工，而且加工效果更好，增加了刀杆直径，刀具工作更平衡。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为现有技术中牙轮钻头的结构示意图；

1、牙轮轴孔；2、牙掌轴；3、定位钢球；4、大轴；5、小轴；6、止推面；7、外凸弧形面；8、长油槽；9、油孔；10、轴承中心油孔；11、密封系统；12、储油补偿压力平衡系统；13、钢球锁紧槽；14、塞销孔；15、塞销。

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。如图所示：一种牙轮钻头，包括牙轮轴孔1、牙掌轴2以及定位钢球3构成，所述的定位钢球设置在牙轮轴孔和牙掌轴的钢球锁紧槽13之间，用于将牙轮轴孔和牙掌轴锁紧，所述牙掌轴由大轴4和小轴5两部分构成，所述大轴的上部设有止推面6，所述止推面上固定所述小轴，所述止推面与大轴的侧面通过外凸弧形面7连接成一体，该外凸弧形面也就是大轴的主受力面，所述外凸弧形面的弧度与井底形态相同，并并行于井底角。通过加大轴的主受力面，防止大轴局部受力而产生的不稳定现象，提高钻头运行的平稳性。

所述外凸弧形面上设有长油槽8，所述长油槽中的油孔9与轴承中心油孔10相连，通过在外凸弧形面上增加长油槽，增加了外凸弧形面的润滑性，降低与牙轮内孔的摩擦。所述外凸弧形面上覆焊有高碳钴铬钨合金。所述止推面上覆焊有高碳钴铬钨合金。装配时，首先将密封系统11装配在牙掌轴相应位置，固定牙掌轴，将牙轮轴通过内孔与牙掌轴承轴颈套接构成牙轮钻头滑动轴承系统，缓慢旋转牙轮将需装入的所有钢球从塞销孔14放入钢球锁紧槽中，正确插入塞销15，焊接塞销后部固定塞销，组装钻头，抽真空给储油补偿压力平衡系统12注轴承润滑油脂，最后封闭注油孔。

与现有技术相比，本发明滑动轴承受力面积相对于现有同型号滑动轴承可以增加30%以上，牙掌轴面大量敷焊高强度耐磨性好的高碳钴铬钨合金，轴承主受力面平行于钻头工作受力面(井底角)，轴承主受力面成圆弧形与井底形态相同，同时也平行于井底角，且具有止推功能。以上结构可减少轴承局部受力的情况的发生，钻头工作运行高速平稳。牙掌轴受力面积增加也是增大了润滑油脂油膜面积，使牙轮钻头更能适应大钻压、高温环境下的定向钻进，并且可满足小型超小型牙轮钻头对滑动轴承的需要。

新型滑动轴承相对于现有同型号滑动轴承，有效的利用了牙轮壳体空间，牙轮壳体壁厚均匀，加工时热处理效果更好；牙轮轴承空间大，利于轴承加工，而且加工效果更好(增加了刀杆直径，刀具工作更平衡)。

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

1.一种牙轮钻头，包括牙轮轴孔、牙掌轴、定位钢球、密封系统、储油补偿压力平衡系统构成，所述的定位钢球设置在牙轮轴孔和牙掌轴的钢球锁紧槽之间，用于将牙轮轴孔和牙掌轴锁紧，其特征在于：所述牙掌轴由大轴和小轴两部分构成，所述大轴的上部设有止推面，所述止推面上固定所述小轴，所述止推面与大轴的侧面通过外凸弧形面连接成一体，所述外凸弧形面的弧度与井底形态相同，并并行于井底角。

2.根据权利要求1所述的牙轮钻头，其特征在于：所述外凸弧形面上设有长油槽，所述长油槽中的油孔与轴承中心油孔相连。

3.根据权利要求1所述的牙轮钻头，其特征在于：所述钢球锁紧槽位于所述大轴的中下部。

4.根据权利要求2或3所述的牙轮钻头，其特征在于：所述外凸弧形面上覆焊有高碳钴铬钨合金。

5.根据权利要求2或3所述的牙轮钻头，其特征在于：所述止推面上覆焊有高碳钴铬钨合金。