CN107882511A - 一种轴向推力滚轮式扶正钻头 - Google Patents

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张堂佳
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Abstract

本发明涉及一种轴向推力滚轮式扶正钻头，属于钻头技术领域，包括钻头主体，所述钻头主体的一端沿周向设置有多个刀翼，各刀翼均连接有保径块，其特征在于：所述保径块上设有开口朝外的凹槽，凹槽内固定有滚轮转轴，滚轮转轴上转动设置有凸出保径块的推力滚轮，推力滚轮沿着钻头主体的周向倾斜偏转设置，偏转方向为轴向左旋旋向，且推力滚轮的母线为弧线。本发明的有益效果是：钻井时推力滚轮会产生一个轴向分力，能够提高钻压，有效减少脱压现象，推动钻头向前钻进，提高钻井效率；增加推力滚轮与井壁之间的接触宽度，增加了钻头的周向稳定性，有效减少钻头产生横向振动。

Description

一种轴向推力滚轮式扶正钻头
技术领域
本发明涉及钻头技术领域，特别是涉及一种轴向推力滚轮式扶正钻头，适用于钻大斜度井水平井等。
背景技术
在钻井过程中，钻头是破碎岩石的主要工具，井眼是由钻头破碎岩石而形成的，钻头是否适应岩石性质及其质量的好坏，在选用钻井工艺方面起着非常重要的作用，特别是对钻井质量、钻探速度、钻井成本方面产生着巨大的影响。钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井综合成本起着重要作用。在石油、地质领域中，对钻头的性能要求越来越高，钻井过程中，钻头的旋转方向从上往下看为顺时针旋转，为了抑制钻头的横向振动，采用了保径结构，并采用了减小摩擦的结构，但保径结构为右旋旋向设置或竖直设置，特别是在钻大斜度井水平井等，钻进过程中常因为钻压不够出现脱压现象，导致钻井速度慢、效率低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种轴向推力滚轮式扶正钻头。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种轴向推力滚轮式扶正钻头，包括钻头主体，所述钻头主体的一端沿周向设置有多个刀翼，各刀翼均连接有保径块，其特征在于：所述保径块上设有开口朝外的凹槽，凹槽内固定有滚轮转轴，滚轮转轴上转动设置有凸出保径块的推力滚轮，推力滚轮沿着钻头主体的周向倾斜偏转设置，偏转方向为轴向左旋旋向，且推力滚轮的母线为弧线。
优选地，所述推力滚轮的中心线与钻头主体的轴线之间的角度为1°～30°。
优选地，所述推力滚轮两端面均开设有密封槽，密封槽内设置有抵靠在凹槽侧壁的密封圈。
优选地，所述保径块远离刀翼的一端开设有沉头通孔，另一端开设有螺纹盲孔，滚轮转轴的一端螺接于螺纹盲孔内，另一端设有与沉头通孔适配的内六角头部。
优选地，所述推力滚轮的外圆面在钻头的径向方向凸出于保径块0.3mm～1.2mm。
优选地，所述推力滚轮的表面设有环槽。
优选地，所述钻头主体相对刀翼的一端为接头，接头上设有外螺纹部，且布置有用于钻头装卸的卸扣槽。
优选地，所述刀翼的切削刃上固定有多个切削齿，两两刀翼之间设有排屑槽，排屑槽上设置有喷嘴，钻头本体中间设有与喷嘴连通的流道。
优选地，所述切削齿为聚晶金刚石复合片或天然金刚石或孕镶金刚石切削齿或硬质合金齿。
本发明的有益效果是：
一、滚子体以钻头轴向左旋，倾斜一定角度安装。滚子体在井壁上滚动过程中，使钻头产生一个向前的轴向分力，能够提高钻压，减少脱压现象，推动钻头向前钻进，提高钻井效率，适用于钻大斜度井水平井等。
二、钻头钻井时，推力滚轮与井壁接触，起到保径作用，且单个推力滚轮与井壁之间接触线为一条弧线，增加了推力滚轮在与井壁之间的接触宽度，增加了钻头的周向稳定性，有效避免钻头产生横向振动；
三、推力滚轮在井壁上滚动过程中，会与井壁产生摩擦力，推力滚轮与井壁之间为滚动摩擦，能减小摩擦阻力，从而提高钻头的使用寿命和钻井效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为保径块与推力滚轮的结构示意图；
图4为工作时推力滚轮的受力示意图；
图5为推力滚轮与井壁接触投影示意图；
图中：1-钻头主体，2-刀翼，3-保径块，4-滚轮转轴，5-推力滚轮，6-卸扣槽，7-切削齿，8-排屑槽，9-喷嘴，10-流道，11-密封圈，12-井壁，13-螺旋线。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1至图5所示，一种轴向推力滚轮式扶正钻头，包括钻头主体1，所述钻头主体1的一端沿周向设置有多个刀翼2，各刀翼2均连接有保径块3，其特征在于：所述保径块3上设有开口朝外的凹槽，凹槽内固定有滚轮转轴4，滚轮转轴4上转动设置有凸出保径块3的推力滚轮5，推力滚轮5沿着钻头主体1的周向倾斜设置，偏转方向为轴向左旋旋向，且推力滚轮5外圆的母线为弧线。
如图3，推力滚轮5外圆的母线为始终与井壁12接触的弧线，弧线向外凸出，并与井壁相适配，使得单个推力滚轮5的整条母线始终与井壁12接触，增加了推力滚轮5在与井壁12之间的接触宽度，增加了摩擦力，增加了钻头的周向稳定性，提高了钻进过程中的轴向推力加压效果。
推力滚轮5在井壁12上滚动过程中，会与井壁12产生摩擦力，推力滚轮5与井壁12之间为滚动摩擦，能减小摩擦阻力，从而提高钻头的使用寿命和钻井效率，为了提高推力滚轮5的使用寿命，在推力滚轮5的表面增加耐磨层，例如在表面喷焊硬质合金层，滚轮转轴4采用高强度的合金钢，为了减小推力滚轮5与滚轮转轴4之间的摩擦力，可在两者之间安装滚动轴承。
如图4，示出了钻井过程中推力滚轮5的受力示意图，为了清楚表示工作时钻头的受力，没有示出推力滚轮5的环槽，图中V表示钻头钻进速度，V1表示钻头旋转角速度，V2表示推力滚轮5旋转角速度，F1表示推力滚轮5受到摩擦力的切向分力，F2表示推力滚轮5受到摩擦力的轴向分力，F＇表示F1和F2的合力的反作用力，也即是加在钻头主体1上的力，钻头工作时为沿着V1顺时针旋转，推力滚轮5左旋设置，F＇会产生一个与F2大小相等、方向相反的分力，所以在钻井过程中会产生一个轴向力，起到加压作用，有效避免钻进过程中出现的脱压现象，提高钻井效率，常规的保径块3为右旋或竖直设置，不会产生所述的轴向分力。
如图5，示出了推力滚轮5与井壁12的接触投影，A、B分别表示螺旋线13与推力滚轮5的投影交点，螺旋线13为一条沿着井壁12的螺旋线，A0、B0分别表示推力滚轮5的俯视投影中心，A＇、B＇分别表示A点和B点的俯视投影；从图中可看出，A＇和B＇均在井壁12上，推力滚轮5与井壁12接触部分为螺旋线13的一段弧线，从俯视投影中可以看出推力滚轮5的整条母线都与井壁接触，增加了推力滚轮5在与井壁12之间的接触宽度，增加了钻头的周向稳定性，有效避免钻头产生横向振动。
所述推力滚轮5的中心线与钻头主体1的轴线之间的角度为1°～30°。
所述推力滚轮5两端面均开设有密封槽，密封槽内设置有抵靠在凹槽侧壁的密封圈11，起密封作用，常采用O型橡胶密封圈，钻井过程中钻头浸泡在泥浆中，密封圈11可阻挡泥浆进入推力滚轮5内，避免推力滚轮5卡死，保证推力滚轮5顺畅转动。
如图3，所述保径块3远离刀翼2的一端开设有沉头通孔，另一端开设有螺纹盲孔，滚轮转轴4的一端螺接于螺纹盲孔内，另一端设有与沉头通孔适配的内六角头部，滚轮转轴4与保径块3之间为可拆卸连接，方便维护和更换，为了防止滚轮转轴4松动而脱落，在沉头通孔内安装位于滚轮转轴4与保径块3之间的防松垫圈。
所述推力滚轮的外圆面在钻头的径向方向凸出于保径块0.3mm～1.2mm。
所述推力滚轮5的表面设有环槽，可采用螺旋状的环槽，螺旋环槽的截面呈梯形或三角形，可增大推力滚轮5与井壁12之间的摩擦力，避免推力滚轮5打滑即可。
所述钻头主体1相对刀翼2的一端为接头，接头上设有外螺纹部，且布置有用于钻头装卸的卸扣槽6，接头与钻杆螺纹连接，卸扣槽6方便卡钳等工具卡持。
所述刀翼2的切削刃上固定有多个切削齿7，切削齿7为聚晶金刚石复合片或天然金刚石或孕镶金刚石切削齿或硬质合金齿，两两刀翼2之间设有排屑槽8，排屑槽8上设置有喷嘴9，钻头本体中间设有与喷嘴9连通的流道10，通过喷嘴9喷射钻井液。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，在本发明的精神和原则内可以有各种更改和变化，这些等同的变型或替换等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种轴向推力滚轮式扶正钻头，包括钻头主体，所述钻头主体的一端沿周向设置有多个刀翼，各刀翼均连接有保径块，其特征在于：所述保径块上设有开口朝外的凹槽，凹槽内固定有滚轮转轴，滚轮转轴上转动设置有凸出保径块的推力滚轮，推力滚轮沿着钻头主体的周向倾斜偏转设置，偏转方向为轴向左旋旋向，且推力滚轮的母线为弧线。
2.根据权利要求1所述的轴向推力滚轮式扶正钻头，其特征在于：所述推力滚轮的中心线与钻头主体的轴线之间的角度为1°～30°。
3.根据权利要求1所述的轴向推力滚轮式扶正钻头，其特征在于：所述推力滚轮两端面均开设有密封槽，密封槽内设置有抵靠在凹槽侧壁的密封圈。
4.根据权利要求1所述的轴向推力滚轮式扶正钻头，其特征在于：所述保径块远离刀翼的一端开设有沉头通孔，另一端开设有螺纹盲孔，滚轮转轴的一端螺接于螺纹盲孔内，另一端设有与沉头通孔适配的内六角头部。
5.根据权利要求1任意一项所述的轴向推力滚轮式扶正钻头，其特征在于：所述推力滚轮的外圆面在钻头的径向方向凸出于保径块0.3mm～1.2mm。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的轴向推力滚轮式扶正钻头，其特征在于：所述推力滚轮的表面设有环槽。
7.根据权利要求6所述的轴向推力滚轮式扶正钻头，其特征在于：所述钻头主体相对刀翼的一端为接头，接头上设有外螺纹部，且布置有用于钻头装卸的卸扣槽。
8.根据权利要求6任意一项所述的轴向推力滚轮式扶正钻头，其特征在于：所述刀翼的切削刃上固定有多个切削齿，两两刀翼之间设有排屑槽，排屑槽上设置有喷嘴，钻头本体中间设有与喷嘴连通的流道。
9.根据权利要求8所述的轴向推力滚轮式扶正钻头，其特征在于：所述切削齿为聚晶金刚石复合片或天然金刚石或孕镶金刚石切削齿或硬质合金齿。
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