CN109898995B - 一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头 - Google Patents

一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头，包括钻头体（1）、牙轮（3）、牙轮牙齿（4）和牙掌轴颈（15），所述钻头体（1）上设置有保径齿（2），所述牙掌轴颈（15）设置在钻头体（1）下端，所述牙轮（3）与牙掌轴颈（15）转动连接，所述牙轮（3）上转动连接有滚动齿圈（6），滚动齿圈（6）的内圈与牙轮（3）之间设置有滚针轴承（11），用于实现牙轮（3）与滚动齿圈（6）的相对转动，滚动齿圈（6）上布置有滚动齿圈牙齿（13），牙掌轴颈（15）的一端固定有固定切削结构（8），所述固定切削结构（8）上均布有固定切削齿（9）。本发明的优点是有利于提高钻头破岩效率，有效防止钻头泥包，延长其使用寿命。

Description

一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头
技术领域
本发明涉及石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备技术领域，特别是一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头。
背景技术
牙轮钻头作为一种破碎岩层的主要工具，在石油钻井和地质钻探中已被广泛应用，其主要包括单牙轮钻头、三牙轮钻头和多牙轮钻头等。牙轮钻头上的牙轮通过轴承系统与钻头体形成转动连接，钻头工作时，钻头体旋转带动牙轮绕钻头轴线旋转，同时牙轮绕自身的轴线转动，牙轮上的牙齿在以上两种运动的复合下做复杂运动，其属于非固定切削齿钻头。
牙轮钻头在旋转时具有冲击、压碎和剪切破碎地层岩石的作用，所以牙轮钻头能够适应软、中、硬的各种地层。单牙轮钻头是牙轮钻头中的一种，是钻井工程中使用的主要破岩工具之一，特别是在深井超深井的小井眼钻井中应用广泛。单牙轮钻头主要利用牙轮上的牙齿对岩石进行挤压和刮切作用，牙齿在井底形成网状刮切形式以破碎岩层。
钻头性能的不断改进，能够提高钻头的机械钻速和使用寿命，也是降低钻井成本的有效途径之一，其中钻头切削功能结构的改进是提高钻头的机械钻速最直接的方法。目前单牙轮钻头的水眼喷口一般位于牙轮上部的钻头体上，或在牙轮前部增设水眼孔，工作时，牙轮下半部分与井底之间存在水力不足，不能及时带走牙齿破碎岩石所产生的岩屑，牙轮与井底之间滞留的岩屑容易形成泥包，影响了钻头的钻进速度，限制了钻头的使用性能。同时现有单牙轮钻头只有一套轴承系统，轴承在高转速下容易造成点蚀、裂纹等损坏，因此轴承也成为限制单牙轮钻头使用寿命的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头，有利于提高钻头破岩效率，有效防止钻头泥包，延长其使用寿命。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头，包括钻头体、牙轮、牙轮牙齿和牙掌轴颈，所述钻头体上设置有保径齿，所述牙掌轴颈设置在钻头体下端，所述牙轮与牙掌轴颈转动连接，牙轮上设置有牙轮牙齿，所述牙轮上转动连接有滚动齿圈，滚动齿圈的内圈与牙轮之间设置有滚针轴承，用于实现牙轮与滚动齿圈的相对转动，滚动齿圈上布置有滚动齿圈牙齿，牙掌轴颈的一端固定有固定切削结构，所述固定切削结构上均布有固定切削齿。
具体地，所述的牙掌轴颈与牙轮之间设置有密封圈B，密封圈B为矩形密封圈。
具体地，所述的固定切削结构与所述牙掌轴颈通过锁紧螺钉固定连接。
具体地，所述的锁紧螺钉的中部设置有泥浆通孔，用于通水清洗井底岩屑。
具体地，所述的牙掌轴颈与牙轮之间设置有滚珠轴承A。
具体地，所述滚动齿圈的两端面与固定切削结构和牙轮的端面之间均设置有滚珠轴承B。
具体地，所述滚动齿圈的两端面与固定切削结构和牙轮的端面之间均设置有矩形密封圈A。
具体地，所述固定切削结构上的固定切削齿可选为聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石复合齿、热稳定聚晶金刚石切削齿、天然金刚石切削齿、孕镶金刚石切削齿、硬质合金切削齿、立方氮化硼切削齿、陶瓷切削齿、包含金刚石或立方氮化硼的切削齿中的一种。
具体地，所述的滚针轴承的滚针为单排或双排滚针。
本发明具有以下优点：（1）本次发明的滚动齿圈和牙轮形成双自转的运动方式，滚动齿圈上的牙齿地层适应能力强，固定切削结构上切削齿和滚动齿圈及牙轮上的牙齿联合破岩，破岩效率进一步提高；（2）本发明具有双轴承结构，滚针轴承的承载能力较强，且能够合理分配轴承的受力情况，从而延长轴承和钻头的使用寿命；（3）锁紧螺钉开设有泥浆通孔，具有中心通水功能以清洗井底岩屑；同时利用滚动齿圈的旋转，与牙轮之间形成相对运动，可以进一步清除牙轮上的岩屑，有效防止钻头泥包；（4）固定切削结构、滚动齿圈和牙轮为可拆卸式，装配结构简单，钻头体可重复利用，降低了钻井成本。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图；
图2 为单排滚针的滚针轴承结构示意图；
图3 为双排滚针的滚针轴承结构示意图；
图4 为锁紧螺钉的结构示意图；
图5 为本发明的正视结构示意图；
图6 为滚动齿圈的结构示意图；
图7 为牙轮的结构示意图；
图中：1-钻头体，2-保径齿，3-牙轮，4-牙轮牙齿，5-滚珠轴承A，6-滚动齿圈，7-滚珠轴承B，8-固定切削结构，9-固定切削齿，10-锁紧螺钉，11-滚针轴承，12-矩形密封圈A，13-滚动齿圈牙齿，14-矩形密封圈B，15-牙掌轴颈，16-滚针，17-保持架，18-泥浆通孔。
具体实施方式
下面结合附图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1～7所示，一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头，包括钻头体1、牙轮3、牙轮牙齿4和牙掌轴颈15，所述钻头体1上设置有保径齿2，所述牙掌轴颈15设置在钻头体1下端，所述牙轮3与牙掌轴颈15转动连接，牙轮3上设置有牙轮牙齿4，所述牙轮3上转动连接有滚动齿圈6，牙轮3与滚动齿圈6的外圆面圆弧过渡，滚动齿圈6的内圈与牙轮3之间设置有滚针轴承11，滚动齿圈6与牙轮3之间设置有环形槽，滚针轴承11安装在环形槽内，其滚针17为圆柱形滚针或圆锥形滚针，在滚针轴承11之间安装有保持架18，用于实现牙轮3与滚动齿圈6的相对转动，牙轮3与钻头体1形成转动连接，而滚动齿圈6又与牙轮3形成转动连接，钻头工作时，钻头体1旋转带动牙轮3绕钻头轴线旋转，牙轮3绕自身的轴线转动，同时滚动齿圈6也绕牙轮轴线旋转，滚动齿圈6上布置有滚动齿圈牙齿13，牙掌轴颈15的一端固定有固定切削结构8，所述固定切削结构8上均布有固定切削齿9。
进一步地，所述的牙掌轴颈15与牙轮3之间设置有密封圈B14，密封圈B14为矩形密封圈，密封圈B14设置在牙掌轴颈15靠近钻头体1的一端，起到密封的作用。
进一步地，所述固定切削结构8顶端开有沉头通孔，沉头通孔内设置锁紧螺钉10将固定切削结构8与所述牙掌轴颈15固定连接，牙掌轴颈15的内部设置有通孔，通孔上设置以后螺纹，锁紧螺钉10螺纹连接牙掌轴颈15的螺纹。
进一步地，所述的锁紧螺钉10的中部设置有泥浆通孔18，用于通水清洗井底岩屑。
进一步地，所述的牙掌轴颈15与牙轮3之间设置有滚珠轴承A5，或者采用钢球代替滚珠轴承A，均是为了实现相对转动。
进一步地，所述滚动齿圈6的两端面与固定切削结构8和牙轮3的端面之间均设置有滚珠轴承B7。
进一步地，所述滚动齿圈6的两端面与固定切削结构8和牙轮3的端面之间均设置有矩形密封圈A12，矩形密封圈A12设置在滚珠轴承B7的一侧，用于密封，防止杂质影响轴承的转动。
进一步地，所述固定切削结构8上的固定切削齿9可选为聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石复合齿、热稳定聚晶金刚石切削齿、天然金刚石切削齿、孕镶金刚石切削齿、硬质合金切削齿、立方氮化硼切削齿、陶瓷切削齿、包含金刚石或立方氮化硼的切削齿中的一种。
进一步地，所述滚针轴承11由滚针17和保持架18所组成，所述的滚针轴承11的滚针17为单排或双排滚针。
本发明由固定切削结构8、滚动齿圈6和牙轮3复合而成，在滚动齿圈6与牙轮3之间和牙轮3与牙掌轴颈15之间形成具有双自转和双轴承式的结构，以及前端固定切削结构8和牙轮3非固定切削结构进行联合破岩。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头，包括钻头体(1)、牙轮(3)、牙轮牙齿(4)和牙掌轴颈(15)，所述钻头体(1)上设置有保径齿(2)，所述牙掌轴颈(15)设置在钻头体(1)下端，所述牙轮(3)与牙掌轴颈(15)转动连接，牙轮(3)上设置有牙轮牙齿(4)，其特征在于：所述牙轮(3)上转动连接有滚动齿圈(6)，滚动齿圈(6)的内圈与牙轮(3)之间设置有滚针轴承(11)，用于实现牙轮(3)与滚动齿圈(6)的相对转动，滚动齿圈(6)上布置有滚动齿圈牙齿(13)，牙掌轴颈(15)的一端固定有固定切削结构(8)，所述固定切削结构(8)上均布有固定切削齿(9)，所述的固定切削结构(8)与所述牙掌轴颈(15)通过锁紧螺钉(10)固定连接，所述的锁紧螺钉(10)的中部设置有泥浆通孔(18)，用于通水清洗井底岩屑。
2.根据权利要求1所述的一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头，其特征在于：所述的牙掌轴颈(15)与牙轮(3)之间设置有密封圈B(14)，密封圈B(14)为矩形密封圈。
3.根据权利要求1所述的一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头，其特征在于：所述的牙掌轴颈(15)与牙轮(3)之间设置有滚珠轴承A(5)。
4.根据权利要求1所述的一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头，其特征在于：所述滚动齿圈(6)的两端面与固定切削结构(8)和牙轮(3)的端面之间均设置有滚珠轴承B(7)。
5.根据权利要求1所述的一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头，其特征在于：所述滚动齿圈(6)的两端面与固定切削结构(8)和牙轮(3)的端面之间均设置有矩形密封圈A(12)。
6.根据权利要求1所述的一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头，其特征在于：所述固定切削结构(8)上的固定切削齿(9)为聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石复合齿、热稳定聚晶金刚石切削齿、天然金刚石切削齿、孕镶金刚石切削齿、硬质合金切削齿、立方氮化硼切削齿、陶瓷切削齿、包含金刚石或立方氮化硼的切削齿中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种具有滚动齿圈的组合式单牙轮钻头，其特征在于：所述的滚针轴承(11)的滚针(17)为单排或双排滚针。
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