CN107939294A - 一种牙轮钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钻头技术领域，公开了一种牙轮钻头，用于解决现有单牙轮钻头存在的使用寿命短以及切削效果差的问题。本发明基体，基体上连接有牙轮，牙轮的外圆周上设置有安装槽，安装槽套设有安装板，安装板上均设置有多个切削齿，安装板的转动方向与牙轮的转动方向相互垂直；远离基体的牙轮端部安装有保护罩，保护罩的内壁与运动至该处的切削齿的外缘之间具有竖直方向的间隙；所述牙轮上设置有冷却液通道，所述保护罩内设置有与冷却液通道相互连通的出液通道，所述出液通道安装有朝向切削齿的喷嘴；各个安装板的上切削齿形成螺旋状，并且各个切削齿的形成的螺旋方向为从牙轮的根部螺旋向牙轮的尖端。
Description
技术领域
本发明属于钻头技术领域，具体涉及一种牙轮钻头。
背景技术
牙轮钻头是使用最广泛的一种钻井钻头。牙轮钻头工作时切削齿交替接触井底，破岩扭矩小，切削齿与井底接触面积小，比压高，易于吃入地层；工作刃总长度大，因而相对减少磨损。牙轮钻头能够适应从软到坚硬的多种地层。
按牙轮数量可分为单牙轮钻头、三牙轮钻头和组装多牙轮钻头。按切削材质可分为钢齿(铣齿)和镶齿牙轮钻头。
牙轮钻头作为一种钻削岩层的工具已被广泛应用，钻头性能的显著改进直接降低钻井成本，尤其是近十年进步最快。使用寿命和钻速两个性能指标，它们最终确定钻头影响钻井成本的程度。提高钻头的机械钻速和使用寿命是降低钻井成本的有效途径，有资料证实，钻速的改进比钻头寿命的改进对降低钻井成本的影响更大，其中钻头切削结构的改进是提高钻头的机械钻速最直接的方法。很长时间以来，人们对切削结构的改进主要集中于主切削齿结构，例如在硬质合金齿结构方面，人们先后发明了楔形齿、勺形齿、偏顶勺形齿、等磨损齿等等。人们逐渐认识到保径结构也对钻头机械钻速和寿命有较大影响，尤其在大斜度井和水平井应用的钻头要求具有合理的保径结构，许多新型保径结构被研究开发出来并应用到牙轮钻头上取得了良好的效果。
现有技术中关于牙轮钻头的技术文献也较多，例如申请号为201620518738.1的发明专利公开了一种镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头，包括钻头基体和牙轮，钻头基体的内部设有储油囊、注水孔以及与注水孔相通的两个斜水孔，钻头基体的外部设有与储油囊相通的传压孔，钻头基体的端部斜向内伸出有台阶轴，牙轮上设有与注水孔相通的中心孔，中心孔内安装有喷嘴，牙轮的外部镶装有切削齿，切削齿包含硬质合金齿和復合齿；牙轮内设有台阶状安装盲孔，台阶状安装盲孔的大孔靠近台阶处设有内壁弧形槽，台阶轴上设置有与内壁弧形槽对应的外壁弧形槽，外壁弧形槽与内壁弧形槽之间安装有滚珠；台阶轴的外部设置有储油槽，台阶轴的内部设有与储油囊和储油槽相通的轴油孔台阶轴的端部设有轴台阶，台阶状安装盲孔的大孔靠近开口处设有牙轮槽，台阶轴靠近轴台阶处与牙轮槽之间安装有轮金属环，轮金属环与牙轮槽之间设有轮密封圈。
然而牙轮钻头在使用过程中，虽然牙轮能够沿着基体钻头，使得切削齿旋转从而进行切削作用但是现有技术中的切削齿都是固定在牙轮上在掘进的过程中位于牙轮下端外围的切削齿承担主要的切削功能，而其余的切削齿切削作用有限，从而导致牙轮上各个切削齿的磨损程度不一样，进而导致牙轮钻头的使用寿命短；同时现有的钻头在使用过程中岩土粘附切削齿的问题，导致切削效果差。
并且现有的牙轮钻头上的切削齿都是根据不同的地质条件采用不同的倾角的切削齿，需要更换的牙轮钻头的时候，而更换牙轮钻头的时候时候取钻、在下钻，这种操作方式正对地质层分层明显的地质条件下比较适合，能够保证钻进的效率。但是在地质层层状分布不明显，即每一种地质层的厚度较小时，现有的牙轮在使用的时候就存在着钻进效率低的的问题。
发明内容
本发明为了解决现有单牙轮钻头存在的使用寿命短以及切削效果差的问题，而提供一种牙轮钻头，在使用过程中，能够调节各个切削齿的位置，使得牙轮上各排切削齿都能够处于不同位置进行切削，提高各个切削齿的切削的均匀性；同时能够对切削齿上粘附物进行清洗，提高切削的效果；并且通过切削齿的排布能够提高切削齿与岩体的吃紧力，进而提高切削效果。
为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种牙轮钻头，包括基体，所述基体上转动连接有牙轮，其特征在于，所述牙轮的外圆周上均匀设置有多个安装槽，每一安装槽套设有能够在安装槽上转动的安装板，每一个安装板上均设置有多个切削齿，所述安装板的转动方向与牙轮的转动方向相互垂直；远离基体的牙轮端部安装有保护罩，保护罩的内壁与运动至该处的切削齿的外缘之间具有竖直方向的间隙；所述牙轮上设置有冷却液通道，所述保护罩内设置有与冷却液通道相互连通的出液通道，所述出液通道安装有朝向切削齿的喷嘴；各个安装板的上切削齿形成螺旋状，并且各个切削齿的形成的螺旋方向为从牙轮的根部螺旋向牙轮的尖端。即是说从牙轮与基体的连接部螺旋向牙轮的尖端。
同一安装板上的相邻的切削齿的侧倾角和后倾角各不相同。
相邻的安装板上的沿着螺旋方向对应的两相邻的切削齿的侧倾角和后倾角各不相同。
相邻的切削齿的截面形状各不同相同，切削齿的截面形状为圆形、椭圆形、跑道形、腰鼓形、扇形、三角形、长方形、正方形、梯形或菱形。
所述切削齿的后倾角为10°-15°。
所述喷嘴包括本体，所述本体的两端分别设置有进液腔和出液腔，所述本体内还设置有与进液腔连通的谐振腔，所述谐振腔内安装有中心体。
所述喷嘴的喷射方向与安装板运动的方向相切。
所述安装槽内设置有固定安装在牙轮上的安装支架，所述安装支架的两端套分别安装有一转轴，每一转轴的外围套设有一链轮，安装板包括多个铰接在一起的并与链轮上的链齿相互适配的安装块，各个安装块依次铰接在一起形成套设在链轮外围的安装板，每个安装块上均安装有一切削齿。
所述切削齿安装在安装块的中央，安装支架上设置有环形槽，各个安装块的两侧伸入环形槽内。
保护罩的外围设置有辅助切削齿，辅助切削齿延伸出牙轮的高度低于切削齿延伸出牙轮的高度。
所述保护罩下端的牙轮上设置有收集槽，牙轮上设置开设有与收集槽相互连通的碎削出口。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在使用过程中各个切削齿安装在安装块上，安装块形成安装板安装在牙轮的安装槽内，牙轮在机体上转动的时候带动安装块转动，从而带动切削齿进行转动进行切削；当使用一段时间后随着切削齿的逐渐磨损，安装块在安装支架上进行转动，从而调整各个切削齿在牙轮上的位置进行不同角度的切削作用，从而提高各个切削齿磨损的均匀性，进而提高钻头的使用寿命；同时通过保护罩的作用既能够防止在钻进过程中岩体的阻力影响切削齿的转动，也能够防止大量的碎削进入到安装槽内；本发明通过冷却液通道和出液通道将冷却液引入到喷嘴，然后通过喷嘴对切削齿进行高压清洗，既能够防止碎削粘附在切削齿上影响切削齿的使用，提高切削的效果，同时也能够将进入到保护罩内的碎削进行冲洗走，防止堆积在安装槽内，保证安装板正常的运转；并且本发明切削齿的排布方式，使得在切削的过程中能够像螺牙一样吃进岩体中，提高切削齿与岩体的吃紧力，进而提高钻进的效率；并且由于各个切削齿能够沿着转轴进行转动，在切削齿与岩体咬合的过程中，由于岩体的反作用力会挤压切削齿，从而自动带动切削齿在转轴上进行转动，达到自动调节的目的。
同时由于本发明采用履带式结构布局，相比于现有技术，能够增加布齿的数量，从而进一步提高钻头的使用寿命。
本发明的同一安装板上的相邻的切削齿的侧倾角和后倾角不同，相邻安装板上的相邻切削齿的侧倾角和后倾角不同，并且相邻切削齿的截面形状不相同，使得本发明能够对不同的地质条件下都能够保证一定的钻进效率，在遇到地质层复杂的情况下，能够提高钻进的效率。
本发明的喷嘴的结构设计在使用过程中能够形成脉冲水流，同时中心体的结构设计能够进一步提高谐振腔内水流的扰动，进一步提高冷却液的冲击力和打击力，提高清洗的效果。
本发明的喷嘴的喷射方向与安装板运动的方向相切，使得提高相对运动的速度，进一步提高打击力。
本发明通过收集槽的结构设计，在使用过程中，进入通过保护罩与切削齿之间的间隙进入后的碎屑通过收集槽和碎屑出口也能够及时的排出，防止在安装槽内发生堵塞的情况，提高本发明的实用性。
本发明保护罩外围辅助切削齿的作用能够对岩体进行辅助破碎，提高掘进的效率。
附图说明
图1为本发明的外形结构示意图；
图2为本发明的安装板与牙轮的正面连接示意图；
图3为本发明的安装板与牙轮的侧面连接示意图；
图4为本发明的喷嘴的结构示意图；
图中标记：01、基体，02、牙轮，21、安装支架，22、转轴，23、链轮，24、收集槽，25、保护罩，26、辅助切削齿，27、碎屑出口，28、冷却液通道，29、出液通道，210、喷嘴，211、本体，212、进液腔，213、出液腔，214、谐振腔，215、中心体，03、安装板，31、安装块，04、切削齿，05、保径齿。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
结合附图，本发明的牙轮钻头，包括基体01，所述基体01上转动连接有牙轮02，其中基体01上设置有保径齿05，作为本发明一种优选的方式，基体01上设置有至少两排保径齿05，所述牙轮02的外圆周上均匀设置有多个安装槽，其中相邻的安装槽之间牙轮的外表面上形成有排削槽，每一安装槽套设有能够在安装槽上转动的安装板03，每一个安装板03上均设置有多个切削齿04，所述安装板03的转动方向与牙轮02的转动方向相互垂直；远离基体01的牙轮02端部安装有保护罩25，保护罩25的内壁与运动至该处的切削齿04的外缘之间具有竖直方向的间隙；所述牙轮01上设置有冷却液通道28，其中冷却液通道28与牙轮的主流道相互连通，牙轮的主流道属于现有技术，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述；所述保护罩25内设置有与冷却液通道28相互连通的出液通道29，所述出液通道29安装有朝向切削齿04的喷嘴210；各个安装板的上切削齿形成螺旋状，并且各个切削齿的形成的螺旋方向为从牙轮的根部螺旋向牙轮的尖端。
本发明在使用过程中各个切削齿安装在安装块上，安装块形成安装板安装在牙轮的安装槽内，牙轮在机体上转动的时候带动安装块转动，从而带动切削齿进行转动进行切削；当使用一段时间后随着切削齿的逐渐磨损，安装块在安装支架上进行转动，从而调整各个切削齿在牙轮上的位置进行不同角度的切削作用，从而提高各个切削齿磨损的均匀性，进而提高钻头的使用寿命；同时通过保护罩的作用既能够防止在钻进过程中岩体的阻力影响切削齿的转动，也能够防止大量的碎削进入到安装槽内；本发明通过冷却液通道和出液通道将冷却液引入到喷嘴，然后通过喷嘴对切削齿进行高压清洗，既能够防止碎削粘附在切削齿上影响切削齿的使用，提高切削的效果，同时也能够将进入到保护罩内的碎削进行冲洗走，防止堆积在安装槽内，保证安装板正常的运转；并且本发明切削齿的排布方式，使得在切削的过程中能够像螺牙一样吃进岩体中，提高切削齿与岩体的吃紧力，进而提高钻进的效率；并且由于各个切削齿能够沿着转轴进行转动，在切削齿与岩体咬合的过程中，由于岩体的反作用力会挤压切削齿，从而自动带动切削齿在转轴上进行转动，达到自动调节的目的。
同时由于本发明采用履带式结构布局，相比于现有技术，能够增加布齿的数量，从而进一步提高钻头的使用寿命。
同一安装板03上的相邻的切削齿04的侧倾角和后倾角各不相同。
相邻的安装板03上的沿着螺旋方向对应的两相邻的切削齿04的侧倾角和后倾角各不相同。
相邻的切削齿的截面形状各不同相同，切削齿的截面形状为圆形、椭圆形、跑道形、腰鼓形、扇形、三角形、长方形、正方形、梯形或菱形。
本发明的同一安装板上的相邻的切削齿的侧倾角和后倾角不同，相邻安装板上的相邻切削齿的侧倾角和后倾角不同，并且相邻切削齿的截面形状不相同，使得本发明能够对不同的地质条件下都能够保证一定的钻进效率，在遇到地质层复杂的情况下，能够提高钻进的效率。
作为本发明一种优选的方式，所述切削齿的后倾角为10°-15°。
所述喷嘴210包括本体211，所述本体211的两端分别设置有进液腔212和出液腔213，所述本体211内还设置有与进液腔212连通的谐振腔214，所述谐振腔214内安装有中心体215。本发明的喷嘴的结构设计在使用过程中能够形成脉冲水流，同时中心体的结构设计能够进一步提高谐振腔内水流的扰动，进一步提高冷却液的冲击力和打击力，提高清洗的效果。
作为本发明一种优选的方式，为了提高脉冲的效果，谐振腔214包括依次连通的第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔，其中中心体215安装在第三谐振腔内。
所述喷嘴210的喷射方向与安装板03运动的方向相切，提高相对水流与切削齿04运动的速度，进一步提高打击力。
所述安装槽内设置有固定安装在牙轮02上的安装支架21，所述安装支架21的两端套分别安装有一转轴22，每一转轴22的外围套设有一链轮23，安装板03包括多个铰接在一起的并与链轮23上的链齿相互适配的安装块31，各个安装块31依次铰接在一起形成套设在链轮23外围的安装板03，每个安装块31上均安装有一切削齿04；作为本发明一种优选的方式，安装块31安装的切削齿04切削齿的截面形状各不相同。
所述切削齿04安装在安装块31的中央，安装支架21上设置有环形槽，各个安装块31的两侧伸入环形槽内。
本发明的保护罩25的外围设置有辅助切削齿26，辅助切削齿26延伸出牙轮02的高度低于切削齿04延伸出牙轮02的高度。
作为本发明一种优选的方式，所述保护罩25下端的牙轮02上设置有收集槽25，牙轮02上设置开设有与收集槽25相互连通的碎削出口26。本发明通过收集槽的结构设计，在使用过程中，进入通过保护罩与切削齿之间的间隙进入后的碎屑通过收集槽和碎屑出口也能够及时的排出，防止在安装槽内发生堵塞的情况，提高本发明的实用性。
本发明保护罩25外围的辅助切削齿26的作用能够对岩体进行辅助破碎，提高掘进的效率。
Claims (5)
1.一种牙轮钻头，包括基体，所述基体上转动连接有牙轮，其特征在于，所述牙轮的外圆周上均匀设置有多个安装槽，每一安装槽套设有能够在安装槽上转动的安装板，每一个安装板上均设置有多个切削齿，所述安装板的转动方向与牙轮的转动方向相互垂直；远离基体的牙轮端部安装有保护罩，保护罩的内壁与运动至该处的切削齿的外缘之间具有竖直方向的间隙；所述牙轮上设置有冷却液通道，所述保护罩内设置有与冷却液通道相互连通的出液通道，所述出液通道安装有朝向切削齿的喷嘴；各个安装板的上切削齿形成螺旋状，并且各个切削齿的形成的螺旋方向为从牙轮的根部螺旋向牙轮的尖端。
2.根据权利要求1所述的牙轮钻头，其特征在于，同一安装板上的相邻的切削齿的侧倾角和后倾角各不相同。
3.根据权利要求1所述的牙轮钻头，其特征在于，相邻的安装板上的沿着螺旋方向对应的两相邻的切削齿的侧倾角和后倾角各不相同。
4.根据权利要求1所述的牙轮钻头，其特征在于，相邻的切削齿的截面形状各不同相同，切削齿的截面形状为圆形、椭圆形、跑道形、腰鼓形、扇形、三角形、长方形、正方形、梯形或菱形。
5.根据权利要求1所述的牙轮钻头，其特征在于，所述切削齿的后倾角为10°-15°。
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| CN107939294B (zh) | 2019-04-09 |
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