CN1734054A - 凸形齿顶切削齿 - Google Patents

凸形齿顶切削齿 Download PDF

Info

Publication number
CN1734054A
CN1734054A CN 200510019419 CN200510019419A CN1734054A CN 1734054 A CN1734054 A CN 1734054A CN 200510019419 CN200510019419 CN 200510019419 CN 200510019419 A CN200510019419 A CN 200510019419A CN 1734054 A CN1734054 A CN 1734054A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tooth
convex
gear
tip
curve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 200510019419
Other languages
English (en)
Other versions
CN100359126C (zh
Inventor
樊孝兵
闫秋荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sinopec Oilfield Equipment Corp
Original Assignee
Kingdream PLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kingdream PLC filed Critical Kingdream PLC
Priority to CNB2005100194192A priority Critical patent/CN100359126C/zh
Publication of CN1734054A publication Critical patent/CN1734054A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100359126C publication Critical patent/CN100359126C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于石油、天然气和地质钻井牙轮钻头上的凸形齿顶切削齿。它包括有齿柱和齿冠，所述的齿冠由锥形冠基和对应设置的两个楔面构成，两个楔面上端与齿顶交汇，其特征在于齿顶是由一段外凸曲线绕一轴线旋转切割锥形冠基而构成的回转曲面。构成齿顶回转曲面的外凸曲线两端各有一段与之位于同一平面内并与之相切或圆滑连接的曲线，绕同一轴线旋转切割锥形冠基形成同一回转曲面，构成相贯一体的凸形齿顶和齿顶两侧的对应楔面。本发明的有益效果在于易于破碎岩石，提高牙轮钻头切削齿的切削效率，降低钻井的综合成本；降低齿顶及齿顶与相邻曲面之间的连接部应力分布，提高了齿的强度和使用寿命，齿顶及齿冠回转曲面易于加工和实施。

Description

凸形齿顶切削齿
技术领域
本发明涉及一种用于石油、天然气和地质钻井牙轮钻头上的凸形齿顶切削齿。
背景技术
牙轮钻头被广泛应用于油田、矿山和工程钻探领域，在镶齿牙轮钻头的牙轮上镶装有多排切削齿，现有的牙轮钻头的切削齿有楔形齿和勺形齿等，其齿顶一般呈平直圆弧面状，即齿顶为水平柱面状。在牙轮钻头的实际钻探过程中，由于切削齿吃入地层时，整段齿顶同时与地层接触，导致接触面积较大，不利于岩石破碎，影响了牙轮钻头的切削效率，增加了钻井成本；且由于边缘效应，齿顶两端产生应力集中现象，使得齿顶两端易发生疲劳剥落，降低了合金切削齿的使用寿命。中国专利98235654.4是仅将勺形齿顶设计成凸顶，没有给出明确的实施方案，难以实施，且难以保证凸顶与相邻曲面之间成光滑过渡，因而在工作过程中，齿顶与相邻曲面之间的连接部位会产生应力集中现象，降低齿的性能和寿命。
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一种易于破碎岩石、能提高切削效率并可改善切削齿吃入地层时齿顶及相邻曲面间应力分布状况的凸形齿顶切削齿。
为解决上述提出的问题，本发明采用以下的技术方案：包括有齿柱和齿冠，所述的齿冠由锥形冠基和对应设置的两个楔面构成，两个楔面上端与齿顶交汇，其不同之处在于齿顶是由一段外凸曲线绕一轴线旋转切割锥形冠基而构成的回转曲面。
按上述方案，所述的构成齿顶回转曲面的外凸曲线两端各有一段与之位于同一平面内并与之相切或圆滑连接的曲线，绕同一轴线旋转切割锥形冠基形成同一回转曲面，构成相贯一体的凸形齿顶和齿顶两侧的对应楔面。
按上述方案，所述的轴线与齿柱轴线垂直相交(两线位于同一平面)或垂直立体交叉(两线不在同一平面)。
按上述方案，所述的构成齿顶回转曲面的外凸曲线为圆弧，或椭圆弧，或抛物线，或双曲线，或其它曲线；所述的构成齿冠楔面的回转曲面的曲线是圆弧，或直线段，或椭圆弧，或抛物线，或双曲线，或其它曲线。所述的切削齿可由硬质合金制成，构成硬质合金切削齿。
本发明的有益效果在于：1、具有向上凸起的回转曲面齿顶的切削齿在工作时，其齿顶是由齿顶中部最上部位开始到齿顶两端，逐步与岩石接触的，在刚开始与岩石接触时，只有齿顶中部与岩石接触，接触面积小，使得岩石上产生的局部接触应力较高，更利于岩石破碎，因而可提高齿的切削效率，也即增强了牙轮钻头的切削性能，使牙轮钻头的机械钻速和进尺得到有效的提高，从而较大幅度地降低钻井的综合成本；2、钻头使用的钻压较小。一般情况下，在相同或相近的钻井条件下，使用牙轮钻头时，钻压越高，获得的机械钻速越高。而安设本发明的牙轮钻头可在较低的钻压下工作，钻井的机械钻速反而还高于安装普通平顶勺形齿的钻头。3、由于齿顶中部高，两端低，降低了齿顶两端由于边缘效应产生的高应力，减少齿顶两端发生破损的机率，提高了齿的寿命；4、由于齿顶与相邻的其它齿冠曲面是光滑连接的，消除了连接的应力集中现象，有效改善合金齿吃入地层时齿顶及齿顶与相邻曲面之间的连接部应力分布状况，减少齿顶与相邻的其它齿冠曲面的连接部位发生破碎的机率，增强了齿冠的强度，进一步提高了齿的寿命；5、由于齿顶曲面与相贯楔面的旋转轴线为同一轴线，易于加工和实施。
本发明在岩性为较难钻进的灰色、深灰色白云质凝灰岩、凝灰质泥岩和凝灰质砂砾岩互层的地质钻探中的对比实验情况如下：
安设本发明的三牙轮钻头(81/2HJ447G钻头)比安装普通平顶勺形齿的三牙轮钻头(81/2HJT517G钻头)在一段相同井段地层中使用数据对比见表1。
表1
  钻头型号 片段(m)   进尺(m)   泥浆密度(g/cm3)   粘度(s)   钻压(KN)   转速(r/min)   泵压(MPa)   排量(L/s)   纯钻时间(h)   机械钻速(m/h)
  8 1/2HJT517G   3349～3454   105   1.06   49   160   60   13   26   48.92   2.15
  8 1/2HJ447G   3464～3637   173   1.05   49   140   60   14   28   59.17   2.92
从表1可以看到，在基本相同的条件下，本发明钻头的机械钻速比8 1/2HJT517G钻头高35.8％，进尺多，钻压相对低，齿的抗破碎性能也有明显的改善。
附图说明
图1为现有的一种用于牙轮钻头切削齿的正视图。
图2为图1的左视图。
图3为本发明第一个实施例的正视图。
图4为图3的左视图。
图5为本发明第一个实施例的立体图。
图6为本发明第二个实施例的正视图。
图7为图6的左视图。
图8为本发明第三个实施例的正视图。
图9为图8的左视图。
图10为本发明第四个实施例的正视图。
图11为图10的左视图。
图12为本发明第五个实施例的正视图。
图13为图12的左视图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例，第一个实施例如图3、图4、图5所示，包括有齿柱1和齿冠2，所述的齿冠由锥形冠基9和对应设置的两个楔面8构成，两个楔面上端与齿顶3交汇，齿顶和两个楔面是由位于同一平面的相切的外凸曲线5、外凸曲线4和外凸曲线6同时绕轴线7旋转切割锥形冠基9而构成，所述的曲线均为圆弧，其中齿顶3是由外凸曲线5、两个楔面由外凸曲线4、6，三条曲线相切连接绕轴线7旋转切割锥形冠基9而构成。构成齿顶外凸曲线5的曲率半径R为5-50毫米，通常为10-30毫米；轴线7位于切削齿对称平面上，且与齿柱轴线垂直相交，同时与上述的三条外凸曲线位于同一平面内，且位于构成齿顶的外凸曲线5的内凹侧。这种齿在工作时，其齿顶是由齿顶中部最上部位开始到齿顶两端，逐步与岩石接触的，在刚开始与岩石接触时，只有齿顶中部与岩石接触，接触面积小，使得岩石上产生的局部接触应力较高，更利于岩石破碎，因而可提高齿的切削效率，降低钻井的综合成本；由于其齿冠是由外凸圆弧旋转而成的，就象拱形结构一样，具有很高的强度，提高了齿的承载能力和寿命；降低了齿顶两端由于边缘效应产生的高应力，减少齿顶两端发生破损的机率，进一步提高了齿的寿命；由于齿顶与相邻的其它齿冠曲面是光滑连接的，消除了连接部位的应力集中现象，减少了连接部位发生破碎的机率，进一步提高了齿的寿命；易于加工和实施。
本发明的第二个实施例如图6、图7所示，与第一个实施例的主要不同之处在于两个楔面中的一个楔面是由一条内凹曲线6a绕轴线7旋转切割锥形冠基9而构成，即齿顶和两个楔面是由位于同一平面的相切的外凸曲线5、外凸曲线4和内凹曲线6a同时绕轴线7旋转切割锥形冠基9而构成，形成两个不对称的楔面，所述的内凹曲线为内凹圆弧，其它部分与上一实施例相同。
本发明的第三个实施例如图8、图9所示，与第一个实施例的主要不同之处在于形成两个楔面的曲线均为直线段4b、6b，即齿顶和两个楔面是由位于同一平面的相切的外凸曲线5、直线段4b、6b同时绕轴线7旋转切割锥形冠基9而构成，其它部分与第一个实施例相同。
本发明的第四个实施例如图10、图11所示，与第一个实施例的主要不同之处在于整个齿顶3相对齿柱轴线平行偏移一段距离e，e的取值范围是0.5-20毫米，常用为1-10毫米。
本发明的第五个实施例如图12、图13所示，与第一个实施例的主要不同之处在于形成两个楔面的外凸曲线4、6是不对称的，其中一条较短，其它部分与上一实施例相同。

Claims (10)

1、一种凸形齿顶切削齿，包括有齿柱和齿冠，所述的齿冠由锥形冠基和对应设置的两个楔面构成，两个楔面上端与齿顶交汇，其特征在于齿顶是由一段外凸曲线绕一轴线旋转切割锥形冠基而构成的回转曲面。
2、按权利要求1所述的凸形齿顶切削齿，其特征在于所述的构成齿顶回转曲面的外凸曲线两端各有一段与之位于同一平面内并与之相切或圆滑连接的曲线，绕同一轴线旋转切割锥形冠基形成同一回转曲面，构成相贯一体的凸形齿顶和齿顶两侧的对应楔面。
3、按权利要求1或2所述的凸形齿顶切削齿，其特征在于所述的轴线与齿柱轴线垂直相交或垂直立体交叉。
4、按权利要求1或2所述的凸形齿顶切削齿，其特征在于所述的构成齿顶回转曲面的外凸曲线为圆弧或椭圆弧或抛物线或双曲线。
5、按权利要求2所述的凸形齿顶切削齿，其特征在于所述的构成齿冠楔面的回转曲面的曲线是圆弧或直线段或椭圆弧或抛物线或双曲线。
6、按权利要求1或2所述的凸形齿顶切削齿，其特征在于切削齿可由硬质合金制成，构成硬质合金切削齿。
7、按权利要求1或2所述的凸形齿顶切削齿，其特征在于构成齿顶外凸曲线(5)的曲率半径R为5-50毫米。
8、按权利要求1或2所述的凸形齿顶切削齿，其特征在于整个齿顶相对齿柱轴线平行偏移一段距离e，e的取值范围是1-10毫米。
9、按权利要求2或5所述的凸形齿顶切削齿，其特征在于所述齿顶和两个楔面是由位于同一平面的相切的外凸曲线(5)、外凸曲线(4)和外凸曲线(6)同时绕轴线(7)旋转切割锥形冠基(9)而构成。
10、按权利要求2或5所述的凸形齿顶切削齿，其特征在于所述齿顶和两个楔面是由位于同一平面的相切的外凸曲线(5)、外凸曲线(4)和内凹曲线(6a)同时绕轴线(7)旋转切割锥形冠基(9)而构成。
CNB2005100194192A 2005-09-09 2005-09-09 凸形齿顶切削齿 Expired - Fee Related CN100359126C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100194192A CN100359126C (zh) 2005-09-09 2005-09-09 凸形齿顶切削齿

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100194192A CN100359126C (zh) 2005-09-09 2005-09-09 凸形齿顶切削齿

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1734054A true CN1734054A (zh) 2006-02-15
CN100359126C CN100359126C (zh) 2008-01-02

Family

ID=36076639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100194192A Expired - Fee Related CN100359126C (zh) 2005-09-09 2005-09-09 凸形齿顶切削齿

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100359126C (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106460465A (zh) * 2014-03-11 2017-02-22 史密斯国际有限公司 具有非平面表面的切割元件以及采用该切割元件的井下切割工具
CN107191142A (zh) * 2017-06-19 2017-09-22 中铁上海工程局集团有限公司 一种四翼合金钻头的钻具及其使用方法
CN108222845A (zh) * 2018-04-09 2018-06-29 成都百施特金刚石钻头有限公司 钻采工具用环状切削合金齿
US10030452B2 (en) 2013-03-14 2018-07-24 Smith International, Inc. Cutting structures for fixed cutter drill bit and other downhole cutting tools
US10309156B2 (en) 2013-03-14 2019-06-04 Smith International, Inc. Cutting structures for fixed cutter drill bit and other downhole cutting tools
CN110185397A (zh) * 2019-07-11 2019-08-30 西南石油大学 一种圆弧-抛物线-圆弧的新型齿形结构
CN113338809A (zh) * 2021-06-07 2021-09-03 武汉科技大学 一种带有副切削齿的活动pdc齿

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4254840A (en) * 1978-10-05 1981-03-10 Reed Tool Company Drill bit insert
DE69230628D1 (de) * 1991-08-14 2000-03-09 Smith International Wolframkarbideinsätze für Gesteinsbohrmeissel
US5172779A (en) * 1991-11-26 1992-12-22 Smith International, Inc. Radial crest insert
US5421424A (en) * 1994-06-09 1995-06-06 Smith International, Inc. Bowed out chisel insert for rock bits
US5752573A (en) * 1996-08-12 1998-05-19 Baker Hughes Incorporated Earth-boring bit having shear-cutting elements
CN2336079Y (zh) * 1998-04-24 1999-09-01 江汉石油管理局钻头厂 一种用于镶齿牙轮钻头的勺形齿
CN2386180Y (zh) * 1999-07-07 2000-07-05 江汉石油钻头股份有限公司 用于牙轮钻头的一种牙齿
CN2828298Y (zh) * 2005-06-23 2006-10-18 江汉石油钻头股份有限公司 凸形齿顶切削齿

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10030452B2 (en) 2013-03-14 2018-07-24 Smith International, Inc. Cutting structures for fixed cutter drill bit and other downhole cutting tools
US10309156B2 (en) 2013-03-14 2019-06-04 Smith International, Inc. Cutting structures for fixed cutter drill bit and other downhole cutting tools
US11215012B2 (en) 2014-03-11 2022-01-04 Schlumberger Technology Corporation Cutting elements having non-planar surfaces and downhole cutting tools using such cutting elements
US10287825B2 (en) 2014-03-11 2019-05-14 Smith International, Inc. Cutting elements having non-planar surfaces and downhole cutting tools using such cutting elements
CN106460465B (zh) * 2014-03-11 2020-05-05 史密斯国际有限公司 具有非平面表面的切割元件以及采用该切割元件的井下切割工具
CN106460465A (zh) * 2014-03-11 2017-02-22 史密斯国际有限公司 具有非平面表面的切割元件以及采用该切割元件的井下切割工具
US12031384B2 (en) 2014-03-11 2024-07-09 Schlumberger Technology Corporation Cutting elements having non-planar surfaces and downhole cutting tools using such cutting elements
CN107191142A (zh) * 2017-06-19 2017-09-22 中铁上海工程局集团有限公司 一种四翼合金钻头的钻具及其使用方法
CN108222845A (zh) * 2018-04-09 2018-06-29 成都百施特金刚石钻头有限公司 钻采工具用环状切削合金齿
CN108222845B (zh) * 2018-04-09 2024-04-26 成都百施特金刚石钻头有限公司 钻采工具用环状切削合金齿
CN110185397A (zh) * 2019-07-11 2019-08-30 西南石油大学 一种圆弧-抛物线-圆弧的新型齿形结构
CN113338809A (zh) * 2021-06-07 2021-09-03 武汉科技大学 一种带有副切削齿的活动pdc齿
CN113338809B (zh) * 2021-06-07 2024-03-26 武汉科技大学 一种带有副切削齿的活动pdc齿

Also Published As

Publication number Publication date
CN100359126C (zh) 2008-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1734054A (zh) 凸形齿顶切削齿
CN201202408Y (zh) 表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片
CN101560869B (zh) 凸顶偏楔齿
CN2828298Y (zh) 凸形齿顶切削齿
CN108487865A (zh) 一种尖脊形切削齿
CN1308566C (zh) 锥形单牙轮钻头
CN200964794Y (zh) 一种新型防斜钻具组合装置
CN200952350Y (zh) 瓦斯抽排放钻机动力头可调导向支撑装置
CN109538127A (zh) 一种尖脊形切削齿
CN2777174Y (zh) Pdc全面钻进尖齿加强齿钻头
CN203248081U (zh) 一种宽镶齿牙轮钻头
CN212454253U (zh) 一种矢量布齿牙轮钻头
CN2743526Y (zh) 偏顶楔形齿
CN210888808U (zh) 钻头齿及具有该钻头齿的钻头
CN2886054Y (zh) 牙轮钻头偏顶锥楔齿
CN210118098U (zh) 一种圆弧-抛物线-圆弧的新型齿形结构
CN210946953U (zh) 一种具有预破碎功能的铣齿
CN1317479C (zh) 一种复合锥形单牙轮钻头
CN2677582Y (zh) 一种用于牙轮钻头的凸形楔面切削齿
CN2625558Y (zh) 一种具低阻力保径结构的多牙轮钻头
CN2549157Y (zh) 一种单牙轮钻头的保径结构
CN2727379Y (zh) 一种用于地层钻井的低阻力金刚石钻头
CN111720061B (zh) 非平面切削齿、固定齿钻头及其制造方法
CN2625557Y (zh) 一种具强化主动保径结构的牙轮钻头
CN206256883U (zh) 一种宽顶加强齿

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee
CP03 Change of name, title or address

Address after: 430223 Hubei city of Wuhan province science and Technology Park East Lake New Technology Development Zone, Road No. five

Patentee after: SINOPEC OILFIELD EQUIPMENT Corp.

Address before: 430223 Hubei city of Wuhan province East Lake high tech Development Zone Miaoshan Kingdream company

Patentee before: KINGDREAM PLC

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180223

Address after: 430223, No. 5, Chinese workers' garden, Temple Hill community, East Lake New Technology Development Zone, Wuhan, Hubei

Co-patentee after: SINOPEC OILFIELD EQUIPMENT Corp.

Patentee after: KINGDREAM PLC

Address before: 430223 Hubei city of Wuhan province science and Technology Park East Lake New Technology Development Zone, Road No. five

Patentee before: SINOPEC OILFIELD EQUIPMENT Corp.

TR01 Transfer of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080102

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee