CN208203132U - 一种防憋钻钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防憋钻钻头，包括上本体、下本体、牙轮和牙齿，其中：下本体悬挂连接于上本体下方，且上本体和下本体之间构成旋转限位配合；牙轮呈锥体结构，牙轮沿其中心轴线与下本体构成旋转配合；在牙轮腰锥段悬挂有滚轮组件，滚轮组件沿牙轮中心轴线形成轴向滑动、周向滚动配合。本实用新型实现了在钻压过大和钻头扭矩过大时，对牙齿吃入岩石深度的限制，减小了牙轮钻头转动阻力和扭矩，避免憋钻个松扣，保护钻头牙齿，减小了对钻头和钻柱都产生的破坏力，并能够改变扭矩控制器将钻头所承受的扭矩限定在一定范围。

Description

一种防憋钻钻头

技术领域

本实用新型涉及石油钻井工具领域的一种防憋钻工具，尤其是一种防憋钻钻头。

背景技术

常规牙轮钻头利用牙齿是在钻头旋转时，在一定钻压下牙齿冲击压入岩石并滑动剪切破岩。当钻压增加时，牙轮滚动阻力增加，牙齿压入岩石过深，滑动剪切破岩阻力增大。当钻压过大时，牙轮滚动阻力陡增，牙轮钻头产生憋钻，扭矩持续增加，等扭矩达到破岩临界点时，牙轮扭矩瞬间释放，钻头转速徒增。这时容易损伤牙齿，钻头转速瞬间超过钻柱转速，钻柱中间的接头容易松扣，对钻头和钻柱都产生较大的破坏力。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种防憋钻钻头，以实现在钻压过大和钻头扭矩过大时，对牙齿吃入岩石深度的限制，减小了牙轮钻头转动阻力，减小钻头所受扭矩，避免牙轮钻头憋钻，保护钻头牙齿，避免钻柱接头松扣，减小了对钻头和钻柱都产生的破坏力，并能够改变扭矩控制器将钻头所承受的扭矩限定在一定范围。

为了解决以上技术问题，本实用新型是通过采用以下技术方案方式实现的：

一种防憋钻钻头，包括上本体1、下本体6、牙轮13和分布在上本体1、下本体6、牙轮13上的牙齿，其中：下本体6悬挂连接于上本体1下方，且上本体1和下本体6之间构成旋转限位配合；牙轮13呈锥体结构，牙轮13沿其中心轴线与下本体6构成旋转配合；在牙轮13腰锥段悬挂有滚轮组件，滚轮组件沿牙轮13中心轴线形成轴向滑动、周向滚动配合。

上述方案进一步包括：

上本体1下方通过悬挂装置12与下本体6连接，在上本体1和下本体6的对合部通过扭矩控制器4进行旋转限位配合，在上本体1下表面伸出环形凸台，该环形凸台上设有齿构成上齿轮3；下本体6内设有向内向下倾斜的凹槽，下本体6内设凹槽内设有外圆内方的四方套筒8；在牙轮13内设有顶孔9，下本体6内设凹槽与牙轮13内设顶孔9保持同轴线；四方套筒8向下深入到牙轮13内设顶孔9内，四方套筒8内装有外方的四方轴套10，四方轴套10与四方套筒8构成轴向滑动和周向限定转动的螺旋传动副；在四方轴套10轴向设有螺纹孔，螺纹孔内装有螺栓7，螺栓顶部固定连接有与上齿轮3互相啮合的下齿轮5；在四方轴套10底部悬挂有驱动臂15，四方轴套10和驱动臂15构成旋转配合，且四方轴套10与螺栓7轴向旋转配合并带动驱动臂15沿牙轮中心轴线往复运动；牙轮13腰锥表面开设有底孔11，驱动臂15装在牙轮13内，滚轮17通过推力轴承16连接在驱动臂15外周；驱动臂15连同滚轮17沿螺栓7轴向运动上止点时，滚轮17缩入牙轮13外表面；前述驱动臂15、推力轴承16和滚轮17组成滚轮组件。

上述方案还包括：

所述驱动臂15为多叉臂结构，牙轮表面也对应叉臂数量开设有多个底孔11，每个叉臂的外周都通过推力轴承16连接滚轮17。

所述驱动臂15为十字形四叉臂结构；牙轮13数量是3个；每个牙轮13上均装有一个滚轮组件。

所述扭矩控制器4包括分别固定在上本体1和下本体6上的上凸台18和下凸台20，上凸台18和下凸台20之间装有弹性的形变装置19。

所述形变装置19为弹簧。

所述扭矩控制器4在沿钻头截面圆周布置多个。

所述悬挂装置12包括悬挂轴承2。

在所述四方轴套10和顶孔9内壁之间安装有扶正器14。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：（1）在钻压过大时，滚轮随着钻头扭矩增大而伸出牙轮表面，限制了牙齿吃入岩石深度，避免牙轮钻头憋钻；（2）在钻头扭矩过大时，突出的滚轮可以自转，减小了牙轮钻头转动阻力，减小钻头所受扭矩；（3）通过改变扭矩控制器将钻头所承受的扭矩限定在一定范围；（4）保护钻头牙齿，避免钻柱接头松扣，减小了对钻头和钻柱都产生的破坏力。

附图说明

图1为本实用新型的防憋钻钻头的结构示意图。

图2为本实用新型的防憋钻钻头一种工作姿态时的剖视图。

图3为本实用新型的防憋钻钻头另一种工作姿态时的剖视图。

图4为图2沿A-A截面的剖视图。

图5为图2沿B-B截面的剖视图。

图6为图2沿C-C截面的剖视图。

图中标记：1、上本体，2、悬挂轴承，3、上齿轮，4、扭矩控制器，5、下齿轮，6、下本体，7、螺栓，8、四方套筒，9、顶孔，10、四方轴套，11、底孔，12、悬挂装置，13、牙轮，14、扶正器，15、驱动臂，16、推力轴承，17、滚轮，18、上凸台，19、形变装置（弹簧），20、下凸台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

参照附图1，本实用新型的一种防憋钻钻头是一种牙轮钻头，包括本体、水眼、牙轮和分布在本体和牙轮上的牙齿（切削齿）。

参照图2、3和4，本体自上而下分为上本体1和下本体6，下本体6通过悬挂装置12与上本体1连接；悬挂装置12通过悬挂轴承2限定下本体6只能相对上本体1做旋转运动。上本体1和下本体6的相对转动受扭矩控制器4控制，扭矩控制器4包括分别固定在上本体1和下本体6上的上凸台18和下凸台20，上凸台18和下凸台20之间装有弹性的形变装置19，形变装置19根据上凸台18和下凸台20间的扭力大小产生形变，使上凸台18和下凸台20的距离发生变化。

在本实施例中，悬挂装置12为内外凸沿搭接配合；形变装置19为弹簧；扭矩控制器4可以在沿钻头截面圆周布置多个，调整扭矩和形变的比例关系。

参照图5和6，牙轮13呈一定斜度悬挂在下本体6上（悬挂方式与上本体1和下本体6悬挂方式相类似），在牙轮13内设有顶孔9，下本体6内设有外圆内方的四方套筒8，四方套筒8向下深入顶孔9内。四方套筒8内装有外方的四方轴套10，四方轴套10与四方套筒8构成能相对滑动和限定转动的四方轴套配合。在四方轴套10和顶孔9内壁之间安装有扶正器14。四方轴套10上方开有螺纹孔，螺纹孔内装有螺栓7，螺栓7顶部固定连接下齿轮5。上本体1下表面伸出环形凸台构成上齿轮3，上齿轮3和下齿轮5互相啮合构成齿轮传动，将上本体1相对下本体6的转动转变为螺栓7的转动，螺栓7的转动使四方轴套10相对四方套筒8滑动。

四方轴套10底部悬挂有驱动臂15，四方轴套10和驱动臂15构成旋转配合，且四方轴套10可以带动驱动臂15沿牙轮中心线往复运动。驱动臂15为多叉臂结构，每个叉臂的末端都通过推力轴承16连接滚轮17。牙轮13中央表面（也称腰锥）开设有底孔11，驱动臂15装在牙轮13内且每个叉臂末端由底孔11伸出。滚轮17呈圆环形套装在牙轮13中部的驱动臂15上，驱动臂15不能相对牙轮13转动，滚轮17能够相对牙轮13转动。驱动臂15带动滚轮17沿牙轮13转动的轴线运动时，滚轮17就能伸出或者缩入牙轮13表面（参照图2和3）。

上本体1和下本体6的相对转动量或者相对转动角度受扭矩控制器4控制。当牙轮钻头所受扭矩过大时，扭矩控制器4中的形变装置19受压变形，上本体1和下本体6相对转动一定角度，由于上齿轮3和下齿轮5互相啮合，螺栓7的转动使四方轴套10带动驱动臂15沿牙轮13轴线滑动，滚轮17伸出牙轮13表面。随着滚轮17伸出牙轮13表面部分增加，钻压一部分加载到滚轮17上，由于牙齿吃入岩石深度受限，并且滚轮17自转阻力很小，这样，牙轮钻头转动阻力减小，钻头所受扭矩减小。与上述过程相反，上凸台18和下凸台20的形变装置19的变形开始恢复，上本体1和下本体6相对转动角度减小，螺栓7通过四方轴套10带动驱动臂15沿牙轮13轴线反方向滑动，伸出牙轮13表面部分减小，牙齿吃入岩石增加。

如此往复，即使钻压过大也能控制牙齿吃入岩石深度，减小了牙轮钻头转动阻力和所受扭矩，避免牙轮钻头憋钻，保护钻头牙齿，避免钻柱接头松扣，减小了对钻头和钻柱都产生的破坏力。

扭矩控制器4可以设置多个，通过调整形变装置19的数量和弹性模量来使钻头承受的扭矩维持在一个较为恒定的水平，也就是说调整扭矩控制器能够将钻头所承受的扭矩限定在一定范围；牙轮13数量可以是1至多个；驱动臂15为多叉臂结构，每个叉臂末端通过推力轴承16连接滚轮17，牙轮表面也对应叉臂数量开设有多个底孔11；每个牙轮13上可以串联多个滚轮17。

在本实施例中，扭矩控制器4均匀设置四个，形变装置19为弹簧或者碟簧。牙轮13数量是3个，驱动臂15的多叉臂结构为十字形四叉臂结构，牙轮表面也对应开设有四个底孔11，每个牙轮13上装有一个滚轮17。

Claims (9)

1.一种防憋钻钻头，包括上本体（1）、下本体（6）、牙轮（13）和分布在上本体（1）、下本体（6）、牙轮（13）上的牙齿，其特征在于：下本体（6）悬挂连接于上本体（1）下方，且上本体（1）和下本体（6）之间构成旋转限位配合；牙轮（13）呈锥体结构，牙轮（13）沿其中心轴线与下本体（6）构成旋转配合；在牙轮（13）腰锥段悬挂有滚轮组件，滚轮组件沿牙轮（13）中心轴线形成轴向滑动、周向滚动配合。

2.根据权利要求1所述的一种防憋钻钻头，其特征在于：上本体（1）下方通过悬挂装置（12）与下本体（6）连接，在上本体（1）和下本体（6）的对合部通过扭矩控制器（4）进行旋转限位配合，在上本体（1）下表面伸出环形凸台，该环形凸台上设有齿构成上齿轮（3）；下本体（6）内设有向内向下倾斜的凹槽，下本体（6）内设凹槽内设有外圆内方的四方套筒（8）；在牙轮（13）内设有顶孔（9），下本体（6）内设凹槽与牙轮（13）内设顶孔（9）保持同轴线；四方套筒（8）向下深入到牙轮（13）内设顶孔（9）内，四方套筒（8）内装有外方的四方轴套（10），四方轴套（10）与四方套筒（8）构成轴向滑动和周向限定转动的螺旋传动副；在四方轴套（10）轴向设有螺纹孔，螺纹孔内装有螺栓（7），螺栓顶部固定连接有与上齿轮（3）互相啮合的下齿轮（5）；在四方轴套（10）底部悬挂有驱动臂（15），四方轴套（10）和驱动臂（15）构成旋转配合，且四方轴套（10）与螺栓（7）轴向旋转配合并带动驱动臂（15）沿牙轮中心轴线往复运动；牙轮（13）腰锥表面开设有底孔（11），驱动臂（15）装在牙轮（13）内，滚轮（17）通过推力轴承（16）连接在驱动臂（15）外周；驱动臂（15）连同滚轮（17）沿螺栓（7）轴向运动上止点时，滚轮（17）缩入牙轮（13）外表面；前述驱动臂（15）、推力轴承（16）和滚轮（17）组成滚轮组件。

3.根据权利要求2所述的一种防憋钻钻头，其特征在于：所述驱动臂（15）为多叉臂结构，牙轮表面也对应叉臂数量开设有多个底孔（11），每个叉臂的外周都通过推力轴承（16）连接滚轮（17）。

4.根据权利要求3所述的一种防憋钻钻头，其特征在于：所述驱动臂（15）为十字形四叉臂结构；牙轮（13）数量是3个；每个牙轮（13）上均装有一个滚轮组件。

5.根据权利要求2所述的一种防憋钻钻头，其特征在于：所述扭矩控制器（4）包括分别固定在上本体（1）和下本体（6）上的上凸台（18）和下凸台（20），上凸台（18）和下凸台（20）之间装有弹性的形变装置（19）。

6.根据权利要求5所述的一种防憋钻钻头，其特征在于：所述形变装置（19）为弹簧。

7.根据权利要求6所述的一种防憋钻钻头，其特征在于：所述扭矩控制器（4）在沿钻头截面圆周布置多个。

8.根据权利要求2-7任意一项所述的一种防憋钻钻头，其特征在于：所述悬挂装置（12）包括悬挂轴承（2）。

9.根据权利要求2-7任一所述的一种防憋钻钻头，其特征在于：在所述四方轴套（10）和顶孔（9）内壁之间安装有扶正器（14）。