CN108442886A - 分体式三牙轮钻头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分体式三牙轮钻头，其主要由第一牙轮组、第二牙轮组、第三牙轮组、牙齿、牙掌、储油补偿压力平衡系统、喷嘴组成。3个牙掌通过其下端偏置的牙掌轴颈分别与3个牙轮下体相连接，3个牙轮上体分别安装在3个牙轮下体的轴颈上；在运行时，3个牙轮下体既各自随钻头体公转，又各自绕着牙掌的轴颈自转，3个牙轮上体既各自随钻头体公转，又各自绕着3个牙轮下体的轴颈自转，以实现其刮削破碎岩石的任务，小端齿圈以及中间齿圈的牙齿刮削效率得以提高，有助于提高钻头破岩效率。

Description

分体式三牙轮钻头
技术领域
本发明涉及一种用于石油、天然气钻井以及其他地质钻探的分体式三牙轮钻头。
背景技术
在石油钻井中，到目前为止使用最多的、能适应各种地层的钻头是牙轮钻头。牙轮钻头中使用最多的是三牙轮钻头，广泛应用于石油、天然气钻井以及其他地质钻探等。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，钻井已经逐步向深井和超深井发展，提高三牙轮钻头的破岩效率是提高钻井效率的关键技术问题。
三牙轮钻头在钻探岩石时，通过其牙轮自转与岩石间的相互作用力碾压、冲击破碎，达到破坏岩层的目的。通常把靠近牙轮底部的齿圈称为牙轮大端齿圈，简称大端齿圈，把靠近牙轮顶部的部分称为牙轮小端齿圈，简称小端齿圈。目前，已用于生产实际中的三牙轮钻头的牙掌上大都只安装了一个牙轮体，即牙轮体在绕牙掌轴颈自转时只有一个自转速度，从而导致从小端齿圈到大端齿圈的牙齿刮削效率将呈现一定的规律：小端齿圈的牙齿刮削效率最低，大端齿圈的牙齿刮削效率最高，而中间齿圈的牙齿刮削效率介于两者之间，这将对三牙轮钻头的破岩效率产生影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供的一种有助于提速增效，提高破岩效率的分体式三牙轮钻头。
本发明的技术方案是：分体式三牙轮钻头主要由第一牙轮组、第二牙轮组、第三牙轮组、牙齿、牙掌、储油补偿压力平衡系统、喷嘴组成，其特征是：所述的储油补偿压力平衡系统安装于牙掌背部下端；所述的喷嘴布置于钻头体上；所述的牙齿布置于第一牙轮组、第二牙轮组、第三牙轮组的布齿面上；所述的牙掌上设置有牙掌轴颈导油孔、塞销孔a、牙掌导油孔、注油孔；所述的第一牙轮组包括第一牙轮下体、第一牙轮上体，第一牙轮下体设置有第一牙轮下体导油孔a、第一牙轮下体导油孔b，第一牙轮上体设置有塞销孔b；所述的第二牙轮组包括第二牙轮下体、第二牙轮上体，第二牙轮下体设置有第二牙轮下体导油孔a、第二牙轮下体导油孔b，第二牙轮上体设置有塞销孔c；所述的第三牙轮组包括第三牙轮下体、第三牙轮上体，第三牙轮下体设置有第三牙轮下体导油孔a、第三牙轮下体导油孔b，第三牙轮上体设置有塞销孔d；安装第一牙轮组时，先将矩形密封圈a安装在第一牙轮下体底端内圈，再将第一牙轮下体套入牙掌的轴颈，将钢球a放入塞销孔a，将塞销a安装于塞销孔a内，然后将矩形密封圈b安装在第一牙轮上体底端内圈，将第一牙轮上体套入第一牙轮下体的轴颈，最后将钢球b放入塞销孔b，将塞销b安装于塞销孔b内；第二牙轮组、第三牙轮组的安装顺序与第一牙轮组相同，第一牙轮组、第二牙轮组、第三牙轮组安装完成后，通过注油孔添加润滑油，并用丝堵封闭注油孔。
上述方案中的第一牙轮组中，塞销a与塞销孔a、塞销b与塞销孔b均采用过盈配合，第一牙轮下体的轴颈与第一牙轮上体底端存在储油空隙，牙掌轴颈导油孔、塞销孔a、牙掌导油孔、注油孔、储油空隙、第一牙轮下体导油孔a、第一牙轮下体导油孔b与牙掌的轴颈沟道、第一牙轮下体的轴颈沟道构成导油通道，形成良好的润滑环境；第二牙轮组、第三牙轮组也具有第一牙轮组的上述特征。
上述方案中的牙齿为硬质合金齿；第一牙轮下体、第二牙轮下体、第三牙轮下体的轴颈均经过强化处理，其强度高，耐冲击韧性好。
上述方案中的矩形密封圈a、矩形密封圈b均为金属密封圈，并且密封圈表面经过强化处理，其耐磨性好。
本发明的有益效果是：（1）分体式三牙轮钻头的3个牙轮组均采用分体式结构，在钻进过程中，牙轮下体将各自绕着牙掌的轴颈自转，牙轮上体将各自绕着牙轮下体的轴颈自转，小端齿圈以及中间齿圈的牙齿刮削效率得以提高，有助于提速增效；（2）牙齿交错啮合，3个牙轮上体相互“剔牙”，3个牙轮下体相互“剔牙”，有利于清除岩屑而防止泥包；（3）3个牙轮下体的轴颈经过强化处理，其强度高，耐冲击韧性好，导油通道可以提供良好的润滑环境。
附图说明
图1是本发明的俯视图。
图2是本发明图1中的A-A截面图。
图3是本发明中第一牙轮组及钻头体的结构示意图。
图4是本发明图3中Ⅰ部分的放大图。
图5是本发明中第一牙轮组的导油通道的示意图。
图6是本发明中第一牙轮上体的结构示意图。
图7是本发明中第一牙轮下体的结构示意图。
图8是本发明中第二牙轮上体的结构示意图。
图9是本发明中第二牙轮下体的结构示意图。
图10是本发明中第三牙轮上体的结构示意图。
图11是本发明中第三牙轮下体的结构示意图。
图中1.第三牙轮下体，2.第三牙轮上体，3.第一牙轮下体，4.第一牙轮上体，5.第二牙轮下体，6.第二牙轮上体，7.牙齿，8.牙掌，9.塞销a，10.储油补偿压力平衡系统，11.矩形密封圈a，12.钢球a，13.矩形密封圈b，14.钢球b，15.塞销b，16.喷嘴，17.牙掌轴颈导油孔，18.塞销孔a，19.牙掌导油孔，20.注油孔，21.储油空隙，22.第一牙轮上体底端内圈，23.塞销孔b，24.第一牙轮下体底端内圈，25.第一牙轮下体导油孔a，26.第一牙轮下体导油孔b，27.第二牙轮上体底端内圈，28.塞销孔c，29.第二牙轮下体底端内圈，30.第二牙轮下体导油孔a，31.第二牙轮下体导油孔b，32.第三牙轮上体底端内圈，33.塞销孔d，34.第三牙轮下体底端内圈，35.第三牙轮下体导油孔a，36.第三牙轮下体导油孔b。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参见附图，分体式三牙轮钻头其特征在于：分体式三牙轮钻头主要由第一牙轮组、第二牙轮组、第三牙轮组、牙齿7、牙掌8、储油补偿压力平衡系统10、喷嘴16组成，其特征是：所述的储油补偿压力平衡系统10安装于牙掌8背部下端；所述的喷嘴16布置于钻头体上；所述的牙齿7布置于第一牙轮组、第二牙轮组、第三牙轮组的布齿面上；所述的牙掌8上设置有牙掌轴颈导油孔17、塞销孔a18、牙掌导油孔19、注油孔20；所述的第一牙轮组包括第一牙轮下体3、第一牙轮上体4，第一牙轮下体3设置有第一牙轮下体导油孔a25、第一牙轮下体导油孔b26，第一牙轮上体4设置有塞销孔b23；所述的第二牙轮组包括第二牙轮下体5、第二牙轮上体6，第二牙轮下体5设置有第二牙轮下体导油孔a30、第二牙轮下体导油孔b31，第二牙轮上体6设置有塞销孔c28；所述的第三牙轮组包括第三牙轮下体1、第三牙轮上体2，第三牙轮下体1设置有第三牙轮下体导油孔a35、第三牙轮下体导油孔b36，第三牙轮上体2设置有塞销孔d33；安装第一牙轮组时，先将矩形密封圈a11安装在第一牙轮下体底端内圈24，再将第一牙轮下体3套入牙掌8的轴颈，将钢球a12放入塞销孔a18，将塞销a9安装于塞销孔a18内，然后将矩形密封圈b13安装在第一牙轮上体底端内圈22，将第一牙轮上体4套入第一牙轮下体3的轴颈，最后将钢球b14放入塞销孔b23，将塞销b1安装于塞销孔b23内；第二牙轮组、第三牙轮组的安装顺序与第一牙轮组相同，第一牙轮组、第二牙轮组、第三牙轮组安装完成后，通过注油孔20添加润滑油，并用丝堵封闭注油孔20。
上述方案中的第一牙轮组中，塞销a9与塞销孔a18、塞销b15与塞销孔b23均采用过盈配合，第一牙轮下体3的轴颈与第一牙轮上体4底端存在储油空隙21，牙掌轴颈导油孔17、塞销孔a18、牙掌导油孔19、注油孔20、储油空隙21、第一牙轮下体导油孔a25、第一牙轮下体导油孔b26与牙掌8的轴颈沟道、第一牙轮下体3的轴颈沟道构成导油通道，形成良好的润滑环境；第二牙轮组、第三牙轮组也具有第一牙轮组的上述特征。
上述方案中的牙齿7为硬质合金齿；第一牙轮下体3、第二牙轮下体5、第三牙轮下体1的轴颈均经过强化处理，其强度高，耐冲击韧性好。
上述方案中的矩形密封圈a11、矩形密封圈b13均为金属密封圈，并且密封圈表面经过强化处理，其耐磨性好。
所述的分体式三牙轮钻头的3个牙掌8通过其下端偏置的牙掌轴颈分别与第一牙轮下体3、第二牙轮下体5、第三牙轮下体1相连接，第一牙轮上体4、第二牙轮上体6、第三牙轮上体2分别安装在第一牙轮下体3、第二牙轮下体5、第三牙轮下体1的轴颈上；在运行时，第一牙轮下体3、第二牙轮下体5、第三牙轮下体1既各自随钻头体公转，又各自绕着牙掌8的轴颈自转，第一牙轮上体4、第二牙轮上体6、第三牙轮上体2既各自随钻头体公转，又各自绕着第一牙轮下体3、第二牙轮下体5、第三牙轮下体1的轴颈自转，以实现其刮削破碎岩石的任务，小端齿圈以及中间齿圈的牙齿刮削效率得以提高，有助于提高钻头破岩效率。

Claims (4)

1.分体式三牙轮钻头主要由第一牙轮组、第二牙轮组、第三牙轮组、牙齿（7）、牙掌（8）、储油补偿压力平衡系统（10）、喷嘴（16）组成，其特征是：所述的储油补偿压力平衡系统（10）安装于牙掌（8）背部下端；所述的喷嘴（16）布置于钻头体上；所述的牙齿（7）布置于第一牙轮组、第二牙轮组、第三牙轮组的布齿面上；所述的牙掌（8）上设置有牙掌轴颈导油孔（17）、塞销孔a（18）、牙掌导油孔（19）、注油孔（20）；所述的第一牙轮组包括第一牙轮下体（3）、第一牙轮上体（4），第一牙轮下体（3）设置有第一牙轮下体导油孔a（25）、第一牙轮下体导油孔b（26），第一牙轮上体（4）设置有塞销孔b（23）；所述的第二牙轮组包括第二牙轮下体（5）、第二牙轮上体（6），第二牙轮下体（5）设置有第二牙轮下体导油孔a（30）、第二牙轮下体导油孔b（31），第二牙轮上体（6）设置有塞销孔c（28）；所述的第三牙轮组包括第三牙轮下体（1）、第三牙轮上体（2），第三牙轮下体（1）设置有第三牙轮下体导油孔a（35）、第三牙轮下体导油孔b（36），第三牙轮上体（2）设置有塞销孔d（33）；安装第一牙轮组时，先将矩形密封圈a（11）安装在第一牙轮下体底端内圈（24），再将第一牙轮下体（3）套入牙掌（8）的轴颈，将钢球a（12）放入塞销孔a（18），将塞销a（9）安装于塞销孔a（18）内，然后将矩形密封圈b（13）安装在第一牙轮上体底端内圈（22），将第一牙轮上体（4）套入第一牙轮下体（3）的轴颈，最后将钢球b（14）放入塞销孔b（23），将塞销b（15）安装于塞销孔b（23）内；第二牙轮组、第三牙轮组的安装顺序与第一牙轮组相同，第一牙轮组、第二牙轮组、第三牙轮组安装完成后，通过注油孔（20）添加润滑油，并用丝堵封闭注油孔（20）。
2.根据权利要求1所述的分体式三牙轮钻头，其特征是：在第一牙轮组中，塞销a（9）与塞销孔a（18）、塞销b（15）与塞销孔b（23）均采用过盈配合，第一牙轮下体（3）的轴颈与第一牙轮上体（4）底端存在储油空隙（21），牙掌轴颈导油孔（17）、塞销孔a（18）、牙掌导油孔（19）、注油孔（20）、储油空隙（21）、第一牙轮下体导油孔a（25）、第一牙轮下体导油孔b（26）与牙掌（8）的轴颈沟道、第一牙轮下体（3）的轴颈沟道构成导油通道，形成良好的润滑环境；第二牙轮组、第三牙轮组也具有第一牙轮组的上述特征。
3.根据权利要求1所述的分体式三牙轮钻头，其特征是：牙齿（7）为硬质合金齿；第一牙轮下体（3）、第二牙轮下体（5）、第三牙轮下体（1）的轴颈均经过强化处理，其强度高，耐冲击韧性好。
4.根据权利要求1所述的分体式三牙轮钻头，其特征是：矩形密封圈a（11）、矩形密封圈b（13）均为金属密封圈，并且密封圈表面经过强化处理，其耐磨性好。
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