CN109386237A - 一种镶装浮动复合齿的多刀翼钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镶装浮动复合齿的多刀翼钻头，包括一体成型的钻头基体和钻头冠部，钻头冠部上沿顺时针方向设有多个刀翼，每个刀翼上设有多个齿孔；每个齿孔内分别设置有浮动复合齿。本发明镶装浮动复合齿的多刀翼钻头相对于现有技术的钻头而言，具有破岩能力更强、钻头寿命更长的优点，并且提高了钻头的工作指标、降低了钻井成本。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻头领域，具体涉及一种镶装浮动复合齿的多刀翼钻头。
背景技术
石油地质钻井过程中，碰到含有砾石的硬地层，容易磨损刀翼上的切削齿，降低工作效率，提高钻井成本。另外，现有技术的钻井多采用混合钻头，但现有技术的复合钻头在制造上都是在钢体的刀翼端部圆弧形凹坑面上钎焊复合齿柱，还有的把齿柱钎焊在刀翼端的齿孔中。因此，如何延长钻头的使用寿命，提高复合钻头的钻井效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明的主要目的是提供一种镶装浮动复合齿的多刀翼钻头，该钻头通过在刀翼上设置浮动复合齿，能避免切削齿偏磨。另外，在镶装浮动复合齿的钻头上安装牙轮形成复合钻头，可明显提高钻井效率。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。
一种镶装浮动复合齿的多刀翼钻头，包括一体成型的钻头基体和钻头冠部，钻头冠部上沿顺时针方向设有多个刀翼，每个刀翼上设有多个齿孔；每个齿孔内分别设置有浮动复合齿。
进一步地，浮动复合齿包含浮动齿环、硬质合金齿柱和固定挡轴；浮动齿环的中心设置有环孔，浮动齿环的一端设置有齿环耐磨合金层；硬质合金齿柱固定连接在每个刀翼的齿孔里；固定挡轴的纵截面为T字形，固定挡轴包含轴部和凸缘部；浮动齿环被固定挡轴固定连接在硬质合金齿柱上，且浮动齿环的齿环耐磨合金层朝向外侧；浮动齿环与固定挡轴的轴部之间留有径向间隙，浮动齿环与固定挡轴的凸缘部之间留有轴向间隙。
更进一步地，浮动齿环与固定挡轴的轴部之间的径向间隙范围为0.1mm-0.3mm，浮动齿环与固定挡轴的凸缘部之间的轴向间隙范围为0.3mm-0.8mm。
进一步地，钻头冠部上沿顺时针方向设有第一刀翼、第二刀翼、第三刀翼和第四刀翼；第三刀翼上的齿孔与第一刀翼上的齿孔在旋转轨迹上等距错位；第四刀翼上的齿孔与第一刀翼上的齿孔在旋转轨迹上重合，第二刀翼和第三刀翼上的齿孔在旋转轨迹上重合。
更进一步地，第一刀翼上布设有五颗浮动复合齿，第三刀翼上布设有四颗浮动复合齿；第四刀翼上布设三颗浮动复合齿，三颗浮动复合齿的旋转轨迹与第一刀翼外侧三颗浮动复合齿的旋转轨迹重合；第二刀翼上布设三颗浮动复合齿，三颗浮动复合齿的旋转轨迹与第三刀翼外侧三颗浮动复合齿的旋转轨迹重合。
进一步地，第一刀翼与第四刀翼之间的钻头基体上组焊有牙掌牙轮总成；第二刀翼与第三刀翼之间的钻头基体上组焊有牙掌牙轮总成。
更进一步地，牙掌牙轮总成包含牙掌、牙轮和钢珠；牙掌上设置有轴颈，轴颈下端圆柱面上设置有绕轴颈中心轴环绕的外壁弧形槽；牙轮设置有与轴颈匹配的安装盲孔，安装盲孔的侧壁设置有与外壁弧形槽匹配的内壁弧形槽；牙轮套装在轴颈上，外壁弧形槽和内壁弧形槽之间充装有钢珠。
进一步地，每个刀翼的外侧面设置有钻头保径部；上部为一颗保径倒切削齿，下部为一颗保径复合齿，保径复合齿的端面设置有聚晶金刚层；保径倒切削齿和保径复合齿之间堆焊有保径耐磨合金层。
进一步地，钻头基体内设置有水力喷射系统，水力喷射系统包含中心喷管、斜水孔、喷嘴和密封圈；中心喷管的中轴线与钻头基体的中轴线重合；第一刀翼和第三刀翼的两侧分别设置有斜水孔，斜水孔的上端与中心喷管连通，斜水孔的下端设置有内螺纹；；喷嘴上设置有与斜水孔下端的内螺纹匹配的外螺纹，喷嘴安装在斜水孔的下端，斜水孔与喷嘴之间设置密封圈。
本发明镶装浮动复合齿的多刀翼钻头相对于现有技术的钻头而言，具有破岩能力更强、钻头寿命更长的优点，并且提高了钻头的工作指标、降低了钻井成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明多刀翼钻头一种实施例的旋转剖面示意图；
图2为本发明多刀翼钻头的仰视图；
图3为浮动复合齿的结构示意图；
图4为牙掌牙轮总成的结构示意图；
图5为牙掌的结构示意图；
图6为牙轮的结构示意图；
图7为保径复合齿的结构示意图。
在以上图中：1钻头基体；11中心喷管；12斜水孔；13喷嘴；14密封圈；2钻头冠部；3刀翼；31第一刀翼；32第二刀翼；33第三刀翼；34第四刀翼；4浮动复合齿；41浮动齿环；411齿环耐磨合金层；42硬质合金齿柱；43固定挡轴；431轴部；432凸缘部；5牙掌；51轴颈；511外壁弧形槽；6牙轮；61安装盲孔；611内壁弧形槽；7钢珠；8钻头保径部；81保径倒切削齿；82保径复合齿；821聚晶金刚层；83保径耐磨合金层。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
参考图1，一种镶装浮动复合齿4的多刀翼3钻头，包括一体成型的钻头基体1和钻头冠部2，所述钻头冠部2上沿顺时针方向设有多个刀翼3，每个刀翼3上设有多个齿孔；每个齿孔内分别设置有浮动复合齿4。
参考图3，进一步地，所述浮动复合齿4包含浮动齿环41、硬质合金齿柱42和固定挡轴43；所述浮动齿环41的中心设置有环孔，浮动齿环41的一端设置有齿环耐磨合金层411；所述硬质合金齿柱42固定连接在每个刀翼3的齿孔里；
所述固定挡轴43的纵截面为T字形，固定挡轴43包含轴部431和凸缘部432；所述浮动齿环41被固定挡轴43固定连接在硬质合金齿柱42上，且浮动齿环41的齿环耐磨合金层411朝向外侧；所述浮动齿环41与固定挡轴43的轴部431之间留有径向间隙，所述浮动齿环41与固定挡轴43的凸缘部432之间留有轴向间隙。
本实施例中，为了避免浮动复合齿4在固定的地方磨损，设置了可活动的浮动齿环41。为了加强浮动复合齿4的切削能力，浮动复合齿4的浮动齿环41的一端设置了齿环耐磨合金层411。
进一步地，所述浮动齿环41与固定挡轴43的轴部431之间的径向间隙范围为0.1mm-0.3mm，本实施例中优选0.2mm；所述浮动齿环41与固定挡轴43的凸缘部432之间的轴向间隙范围为0.3mm-0.8mm；本实施例中优选0.5mm。
参考图1和图2，进一步地，钻头冠部2上沿顺时针方向设有第一刀翼31、第二刀翼32、第三刀翼33和第四刀翼34；第三刀翼33上的齿孔与第一刀翼31上的齿孔在旋转轨迹上等距错位；第四刀翼34上的齿孔与第一刀翼31上的齿孔在旋转轨迹上重合，第二刀翼32和第三刀翼33上的齿孔在旋转轨迹上重合。将各刀翼3上的切削齿在旋转轨迹上等距错位，钻头在工作时各刀翼3上的切削齿切削井底岩石，使井底岩石得到高效全面破碎。
参考图1和图2，进一步地，所述第一刀翼31上布设有五颗浮动复合齿4，第三刀翼33上布设有四颗浮动复合齿4；第四刀翼34上布设三颗浮动复合齿4，所述三颗浮动复合齿4的旋转轨迹与第一刀翼31外侧三颗浮动复合齿4的旋转轨迹重合；第二刀翼32上布设三颗浮动复合齿4，所述三颗浮动复合齿4的旋转轨迹与第三刀翼33外侧三颗浮动复合齿4的旋转轨迹重合。
参考图1至图6，进一步地，第一刀翼31与第四刀翼34之间的钻头基体1上组焊有牙掌牙轮总成；第二刀翼32与第三刀翼33之间的钻头基体1上组焊有牙掌牙轮总成。
更进一步地，所述牙掌牙轮总成包含牙掌5、牙轮6和钢珠7；
所述牙掌5上设置有轴颈51，所述轴颈51下端圆柱面上设置有绕轴颈51中心轴环绕的外壁弧形槽511；
所述牙轮6设置有与轴颈51匹配的安装盲孔61，安装盲孔61的侧壁设置有与所述外壁弧形槽511匹配的内壁弧形槽611；
所述牙轮6套装在所述轴颈51上，所述外壁弧形槽511和内壁弧形槽611之间充装有钢珠7。
参考图1，进一步地，每个刀翼3的外侧面设置有钻头保径部8；上部为一颗保径倒切削齿81，下部为一颗保径复合齿82，所述保径复合齿82的端面设置有聚晶金刚层821；保径倒切削齿81和保径复合齿82之间堆焊有保径耐磨合金层83。
参考图1，进一步地，为了清理井底岩削，所述钻头基体1内设置有水力喷射系统，所述水力喷射系统包含中心喷管11、斜水孔12、喷嘴13和密封圈14；
所述中心喷管11的中轴线与钻头基体1的中轴线重合；
所述第一刀翼31和第三刀翼33的两侧分别设置有斜水孔12，所述斜水孔12的上端与中心喷管11连通，斜水孔12的下端设置有内螺纹；
所述喷嘴13上设置有与斜水孔12下端的内螺纹匹配的外螺纹，所述喷嘴13安装在斜水孔12的下端；所述斜水孔12与喷嘴13之间设置密封圈14。钻井时，从外部输入的高速泥浆从中心喷管11进入两个斜水孔12，冲向牙轮6的表面，高速泥浆即可携带井底岩屑上返。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员是显而易见的。因此，在不偏离本发明的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种镶装浮动复合齿的多刀翼钻头，包括一体成型的钻头基体(1)和钻头冠部(2)，其特征在于，所述钻头冠部(2)上沿顺时针方向设有多个刀翼(3)，每个刀翼(3)上设有多个齿孔；每个齿孔内分别设置有浮动复合齿(4)。
2.根据权利要求1所述的镶装浮动复合齿的多刀翼钻头，其特征在于，所述浮动复合齿(4)包含浮动齿环(41)、硬质合金齿柱(42)和固定挡轴(43)；
所述浮动齿环(41)的中心设置有环孔，浮动齿环(41)的一端设置有齿环耐磨合金层(411)；
所述硬质合金齿柱(42)固定连接在每个刀翼(3)的齿孔里；
所述固定挡轴(43)的纵截面为T字形，固定挡轴(43)包含轴部(431)和凸缘部(432)；
所述浮动齿环(41)被固定挡轴(43)固定连接在硬质合金齿柱(42)上，且浮动齿环(41)的齿环耐磨合金层(411)朝向外侧；
所述浮动齿环(41)与固定挡轴(43)的轴部(431)之间留有径向间隙，所述浮动齿环(41)与固定挡轴(43)的凸缘部(432)之间留有轴向间隙。
3.根据权利要求2所述的镶装浮动复合齿的多刀翼钻头，其特征在于，所述浮动齿环(41)与固定挡轴(43)的轴部(431)之间的径向间隙范围为0.1mm-0.3mm，所述浮动齿环(41)与固定挡轴(43)的凸缘部(432)之间的轴向间隙范围为0.3mm-0.8mm。
4.根据权利要求1所述的镶装浮动复合齿的多刀翼钻头，其特征在于，所述钻头冠部(2)上沿顺时针方向设有第一刀翼(31)、第二刀翼(32)、第三刀翼(33)和第四刀翼(34)；第三刀翼(33)上的齿孔与第一刀翼(31)上的齿孔在旋转轨迹上等距错位；第四刀翼(34)上的齿孔与第一刀翼(31)上的齿孔在旋转轨迹上重合，第二刀翼(32)和第三刀翼(33)上的齿孔在旋转轨迹上重合。
5.根据权利要求4所述的镶装浮动复合齿的多刀翼钻头，其特征在于，所述第一刀翼(31)上布设有五颗浮动复合齿(4)，第三刀翼(33)上布设有四颗浮动复合齿(4)；第四刀翼(34)上布设三颗浮动复合齿(4)，所述三颗浮动复合齿(4)的旋转轨迹与第一刀翼(31)外侧三颗浮动复合齿(4)的旋转轨迹重合；第二刀翼(32)上布设三颗浮动复合齿(4)，所述三颗浮动复合齿(4)的旋转轨迹与第三刀翼(33)外侧三颗浮动复合齿(4)的旋转轨迹重合。
6.根据权利要求5所述的镶装浮动复合齿的多刀翼钻头，其特征在于，第一刀翼(31)与第四刀翼(34)之间的钻头基体(1)上组焊有牙掌牙轮总成；第二刀翼(32)与第三刀翼(33)之间的钻头基体(1)上组焊有牙掌牙轮总成。
7.根据权利要求6所述的镶装浮动复合齿的多刀翼钻头，其特征在于，所述牙掌牙轮总成包含牙掌(5)、牙轮(6)和钢珠(7)；所述牙掌(5)上设置有轴颈(51)，所述轴颈(51)下端圆柱面上设置有绕轴颈(51)中心轴环绕的外壁弧形槽(511)；所述牙轮(6)设置有与轴颈(51)匹配的安装盲孔(61)，安装盲孔(61)的侧壁设置有与所述外壁弧形槽(511)匹配的内壁弧形槽(611)；所述牙轮(6)套装在所述轴颈(51)上，所述外壁弧形槽(511)和内壁弧形槽(611)之间充装有钢珠(7)。
8.根据权利要求1所述的镶装浮动复合齿的多刀翼钻头，其特征在于，每个刀翼(3)的外侧面设置有钻头保径部(8)；上部为一颗保径倒切削齿(81)，下部为一颗保径复合齿(82)，所述保径复合齿(82)的端面设置有聚晶金刚层(821)；保径倒切削齿(81)和保径复合齿(82)之间堆焊有保径耐磨合金层(83)。
9.根据权利要求4所述的镶装浮动复合齿的多刀翼钻头，其特征在于，所述钻头基体(1)内设置有水力喷射系统，所述水力喷射系统包含中心喷管(11)、斜水孔(12)、喷嘴(13)和密封圈(14)；所述中心喷管(11)的中轴线与钻头基体(1)的中轴线重合；所述第一刀翼(31)和第三刀翼(33)的两侧分别设置有斜水孔(12)，所述斜水孔(12)的上端与中心喷管(11)连通，斜水孔(12)的下端设置有内螺纹；所述喷嘴(13)上设置有与斜水孔(12)下端的内螺纹匹配的外螺纹，所述喷嘴(13)安装在斜水孔(12)的下端；所述斜水孔(12)与喷嘴(13)之间设置密封圈(14)。
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