CN207879261U - 一种单牙轮钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单牙轮钻头，涉及钻进工具技术领域。本实用新型包括钻头体和球形牙轮，钻头体通过其下端的轴颈与牙轮相配接，球形牙轮的布齿面包括自上而下依次的第一布齿面和第二布齿面，且第一布齿面与第二布齿面上均设有切削齿，切削齿包括楔形切削齿和锥球状切削齿，楔形切削齿、锥球状切削齿分别镶嵌于所述第一布齿面和第二布齿面。本实用新型优化了单牙轮钻头牙轮的切削结构，使牙轮切削齿的耐磨性能、使用性能和使用寿命得到进一步的提高，也使钻井综合成本进一步降低；同时亦提高了钻头在钻进过程中的稳定性、地层破碎效率以及机械钻速。
Description
技术领域
本实用新型涉及钻井工具技术领域，更具体的是涉及一种单牙轮钻头。
背景技术
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发挥着重要的作用。
在现有的单牙轮钻头的切削结构中，在牙轮布齿面上，牙轮上的切削齿都为同样的齿形，这样的布齿并不尽合理。单牙轮钻头布齿面按工作状态通常分为永久接触区和轮换接触区两个区域。在永久接触区切削齿始终与井底接触破岩，在轮换接触区切削齿轮换与井底接触破岩。根据单牙轮钻头的运动原理，单牙轮钻头牙轮布齿面的不同区域内切削齿切削井底的规律是不一样的。对于牙轮前端的切削齿来讲，其寿命往往低于轮换接触区，因为永久接触区的切削齿始终处于工作状态，牙轮前端的转动不能给其上的切削齿带来轮换的效果。钻头钻进过程中牙轮绕钻头轴线旋转的同时还绕自身的轴线自转，牙轮上的切削齿相对井底岩石的刮切方向在不断的变化：牙轮永久接触区上的切削齿在刮切岩石过程中，其相对岩石的刮切方向在0～360°之间不断变化；牙轮轮换接触区上的切削齿在刮切岩石过程中，其相对岩石的刮切方向在0～180°之间变化
单牙轮钻头在井底工作时，牙轮上的切削齿磨损不均匀，其永久接触区的切削齿磨损较快、最严重。因此，在牙轮上布设相同的切削齿，易产生切削齿磨损不均现象，这使钻头机械钻速下降，加快钻头的失效，致使钻头寿命降低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：为了解决单牙轮钻头在不同的切削齿磨损不均、钻头使用寿命较低的问题，本实用新型提供一种单牙轮钻头。
本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种单牙轮钻头，包括钻头体和球形牙轮，钻头体通过其下端的轴颈与牙轮相配接，球形牙轮的布齿面包括自上而下依次的第一布齿面和第二布齿面，球形牙轮的横截面与钻头旋转轴线垂直，且所述第一布齿面与第二布齿面上均设有切削齿，切削齿包括楔形切削齿和锥球状切削齿，楔形切削齿错落镶嵌于第一布齿面，锥球状切削齿错落镶嵌于第二布齿面。
在本实用新型较佳的实施例中，第二布齿面表面积与球形牙轮表面积的比值为1:4～8。
在本实用新型较佳的实施例中，楔形切削齿相对于第一布齿面的的高度高于所述锥球状切削齿相对于第二布齿面的高度2～5mm。
在本实用新型较佳的实施例中，切削齿是由聚晶金刚石复合片、孕镶金刚石以及硬质合金材质中的一种或多种材质制成的切削齿。
在本实用新型较佳的实施例中，第二布齿面顶部中央位置处设有与钻头体内的内流道相连通的喷嘴孔。
在本实用新型较佳的实施例中，球形牙轮的第一布齿面上设有多道槽型流道，所述槽型流道的宽度由槽口至槽底逐渐递减。
本实用新型的有益效果如下：本实用新型提供的一种单牙轮钻头通过其切削机理和运行规律，在球形牙轮设置了分别镶有楔形切削齿和锥球状切削齿的第一布齿面和第二布齿面，楔形切削齿可在钻头旋转的作用下吃入岩石并能够通
过侧向的作用力挤破岩石，而锥球状切削齿可在钻头高速运转的情况下提供较强的冲击力用以破碎地层，其具有较强的抗磨损能力。锥球状切削齿具有较强的抗磨损能力和韧性，可先以强大的冲击力破碎地层，可保持钻进过程中钻头方向的稳定性，同时抓入岩石和破岩能力较强的楔形切削齿作用于地层，刮挤破碎岩石，二者相互配合使其适应单牙轮钻头在井底的运行规律，从而优化了单牙轮钻头牙轮的切削结构，使牙轮切削齿的耐磨性能、使用性能和使用寿命得到进一步的提高，也使钻井综合成本进一步降低；同时亦提高了钻头在钻进过程中的稳定性、地层破碎效率以及机械钻速。
附图说明
为了更清楚地说明本使用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。
图1是本实用新型提供的一种单牙轮钻头的结构示意图；
附图标记：1-球形牙轮；2-钻头体；11-第一布齿面；13-第二布齿面；15-喷嘴孔；111-楔形锥削齿；113-槽型流道；131-锥球状切削齿。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
请参照图1，本实施例提供一种单牙轮钻头，包括钻头体2和球形牙轮1，钻头体2通过其下端的轴颈(图未示)与牙轮相配接。球形牙轮的横截面与钻头旋转轴线垂直，球形牙轮1的布齿面包括自上而下依次的第一布齿面11和第二布齿面13。
此外，第一布齿面11与第二布齿面13上均设有切削齿，切削齿包括楔形切削齿和锥球状切削齿131。相应的，楔形切削齿镶嵌于第一布齿面11，锥球状切削镶嵌于第二布齿面13。
进一步地，楔形切削齿相对于第一布齿面11的的高度高于所述锥球状切削齿131相对于第二布齿面13的高度2～5mm。在钻头钻进的过程中，楔形切削齿和锥球状切削齿131在切削岩层的同时，亦防止球形牙轮1基体磨损。与轮换接触区的接触的第一布齿面11上具有高度相对大的楔形切削齿可在一定程度上增加钻头对岩层的切削能力，提高钻头的钻速。
楔形切削齿可在钻头旋转的作用下吃入岩石并能够通过侧向的作用力挤破岩石，而锥球状切削齿131可在钻头高速运转的情况下提供较强的冲击力用以破碎地层，其具有较强的抗磨损能力。锥球状切削齿131具有较强的抗磨损能力和韧性，可先以强大的冲击力破碎地层，可保持钻进过程中钻头方向的稳定性，同时抓入岩石和破岩能力较强的楔形切削齿作用于地层，刮挤破碎岩石，二者相互配合使其适应单牙轮钻头在井底的运行规律，从而优化单牙轮钻头牙轮的切削结构，使牙轮切削齿的耐磨性能、使用性能和使用寿命得到进一步的提高，也使钻井综合成本进一步降低；同时亦提高了钻头在钻进过程中的稳定性、地层破碎效率以及机械钻速。
进一步地，切削齿是由聚晶金刚石复合片、孕镶金刚石以及硬质合金材质中的一种或多种材质制成的切削齿。聚晶金刚石复合片是由聚晶金刚石附着在硬质合金衬底的复合材料，聚晶金刚石复合片兼具有聚晶金刚石极高的耐磨性和硬质合金的高冲击性，聚晶金刚石层刃口锋利且具有自锐性能够始终保持切削齿的锐利，因此非常适用于石油和地质钻探中的钻头。孕镶金刚石切削齿可在硬岩中微压裂、压碎体积剪切破碎岩石，在软岩中则以微切削来破碎岩石。钻头在工作过程中，胎体磨耗和金刚石磨耗存在一定的差异，是金刚石不断出露，产生自锐，以保证钻头始终具有恒定的破岩能力。具体地，在钻井过程中可根据具体岩石的性质、强度、研磨性和完整程度来选择相应的钻头。
进一步地，第二布齿面13表面积与球形牙轮1表面积的比值为1:4～8。具体地，根据钻头在钻进过程中的运动规律，在提供相应钻速的同时，减少第一布齿面11和第二布齿面13与岩层的接触面积，有效减少钻头的磨损。
进一步地，第二布齿面13顶部中央位置处设有与钻头体2内的内流道相连通的喷嘴孔15。钻井液可通过喷嘴孔15喷出起到清洁井底，携带岩屑，保持井底清洁，避免钻头重复切削，减少磨损，提高效率；降低钻头温度，减少钻头磨损；提高钻具的使用寿命降低岩屑沉降速度，避免沉沙卡钻；钻井液通过喷嘴所形成的高速射流能够直接破碎或辅助破碎岩石。
球形牙轮1的第一布齿面11上设有多道均匀分布的槽型流道113，槽型流道113的宽度由槽口至槽底逐渐递减。钻井过程中产生的石屑尘沙在钻井液的高压作用下向上溅出，槽型流道113便于岩屑的输送，减少卡钻的几率，保证钻头的正常使用。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1.一种单牙轮钻头，其特征在于，包括钻头体和球形牙轮，所述钻头体通过其下端的轴颈与牙轮相配接，所述球形牙轮的布齿面包括自上而下依次的第一布齿面和第二布齿面，所述球形牙轮的横截面与钻头旋转轴线垂直，且所述第一布齿面与第二布齿面上均设有切削齿，所述切削齿包括楔形切削齿和锥球状切削齿，所述楔形切削齿错落镶嵌于第一布齿面，所述锥球状切削齿错落镶嵌于第二布齿面；所述第二布齿面表面积与球形牙轮表面积的比值为1:4～8，所述楔形切削齿相对于第一布齿面的高度高于所述锥球状切削齿相对于第二布齿面的高度2～5mm。
2.根据权利要求1所述的一种单牙轮钻头，其特征在于，所述切削齿是由聚晶金刚石复合片、孕镶金刚石以及硬质合金材质中的一种或多种材质制成的切削齿。
3.根据权利要求1所述的一种单牙轮钻头，其特征在于，所述第二布齿面顶部中央位置处设有与钻头体内的内流道相连通的喷嘴孔。
4.根据权利要求1所述的一种单牙轮钻头，其特征在于，所述球形牙轮的第一布齿面上设有多道均匀分布的槽型流道，所述槽型流道宽度由槽口至槽底逐渐递减。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111963059A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-11-20 | 盐城加美机电科技有限公司 | 一种用于石油钻井和地质勘探的单牙轮钻头 |
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2018
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