CN208252023U - 具有轴向冲击功能的分体式钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有轴向冲击功能的分体式钻头，其主要由钻头本体、钻头本体接头、牙轮上体、牙轮下体、冲击发生器组成。钻头本体通过其偏置的牙掌轴颈与牙轮下体相连接，牙轮上体安装在牙轮下体的上端轴颈上，冲击发生器安装在钻头本体内，钻头本体与钻头本体接头通过螺纹连接；在运行时，牙轮下体既随钻头体公转，又绕着钻头本体的牙掌轴颈自转，牙轮上体既随钻头体公转，又绕着牙轮下体的上端轴颈自转，钻头以旋切方式破碎岩石的同时，牙轮下体的自转运动为冲击发生器提供驱动力，冲击发生器产生周期性的微幅轴向冲击，有助于提高钻井时效；牙轮采用分体式结构，小端齿圈和中间齿圈的牙齿刮削效率得以提高，有助于提高钻头破岩效率。

Description

具有轴向冲击功能的分体式钻头

技术领域

本实用新型涉及一种用于石油钻井、矿山开采、地质钻探等领域中的具有轴向冲击功能的分体式钻头。

背景技术

随着石油天然气资源的不断开采，钻井过程中所面临的问题也越来越多，在钻井过程中，地层硬度和钻井难度随着井深的增加是呈指数形式增加的，提高硬地层钻速是被世界所公认的难题之一。目前，我国大部分可开采油气资源埋藏于深部地层，钻井已经逐步向深井和超深井发展，这些油田基本上都已经进入高含水和高采出程度的开发后期，稳产压力越来越大，要使油田得以持续稳定地发展，勘探开发深部坚硬地层将是油田在未来增储上产的关键，但是钻井深度不断增加，岩石在底层围压作用下硬度和强度都会有明显增加，导致钻头破岩效率不高。钻头在钻进深井地层时，普遍存在钻进速度很慢、钻井花费的成本高，而钻井速度的提高关键在于如何提高钻头的破岩效率。根据现场实验实践研究数据表明，在旋转钻进的同时对钻头施加周期性冲击载荷，有利于提高钻头的破岩效率，提高钻进的速度。

在石油钻井中，钻头是破碎岩石的主要工具，在钻井过程中，通常配合使用钻井工具，提供额外的振动冲击，辅助钻头破岩。国内外各大研究机构研制了各种各样的轴向振动冲击钻井工具，为钻头提供轴向冲击，从而提高中深井、硬地层钻井速度、坚硬打滑地层的钻进时效。在目前生产使用的钻头中，钻头自身不能产生轴向振动，为了改善钻头和岩石的受力情况，仅靠轴向振动冲击钻井工具提供额外的轴向冲击，如果轴向振动冲击钻井工具发生故障，将无法为钻头提供额外的轴向冲击，这将会影响钻井效率。

实用新型内容

本实用新型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的一种有助于提速增效，提高破岩效率的具有轴向冲击功能的分体式钻头。

本实用新型的技术方案是：具有轴向冲击功能的分体式钻头主要由钻头本体、钻头本体接头、牙轮上体、牙轮下体、冲击发生器组成；其特征是：所述的钻头本体设置有导油孔c、注油孔、泥浆通道a、泥浆通道b、螺纹孔，钻头本体顶部镶装有牙齿，钻头本体中部镶装有保径齿和PDC齿，喷嘴a、喷嘴b分别安装在泥浆通道a、泥浆通道b出口；所述的牙轮上体设置有塞销孔b，牙轮上体镶装有牙齿；所述的牙轮下体设置有塞销孔a、导油孔a、导油孔b，牙轮下体镶装有牙齿；所述的冲击发生器包括旋转轴、冲击锤、弹簧、冲击发生器上壳体、销钉、调心球轴承、冲击发生器下壳体、锥齿轮b、钢球c、塞子、顶套、钢球d，旋转轴上段表面设置有滑道，冲击锤中段设置有开孔，冲击发生器上壳体的大端设置有沉头孔和环形槽，顶套设置有开孔，安装冲击发生器时，将销钉装入冲击锤中段的开孔，将旋转轴从冲击锤下端装入，将弹簧、冲击锤依次装入冲击发生器上壳体，冲击锤与冲击发生器上壳体采用型面连接，实现冲击锤的周向定位，将调心球轴承、冲击发生器下壳体依次从旋转轴下端装入，冲击发生器上壳体与冲击发生器下壳体通过螺纹连接，将钢球d、锥齿轮b依次装入顶套，将钢球c装入顶套的开孔，用塞子堵住顶套的开孔，最后将锥齿轮b与旋转轴通过螺纹连接；组装具有轴向冲击功能的分体式钻头时，先将O型密封圈装入冲击发生器上壳体的环形槽内，将冲击发生器装入钻头本体，冲击发生器上壳体与钻头本体采用型面连接，以实现冲击发生器的周向定位，用螺钉将冲击发生器上壳体与钻头本体固定，以实现冲击发生器的周向和轴向定位，钻头本体接头与钻头本体通过螺纹连接，再将锥齿轮a、卡套依次装入牙轮下体的下端轴颈，锥齿轮a与牙轮下体的下端轴颈采用型面连接，实现锥齿轮a的周向定位，卡套与牙轮下体的下端轴颈固定，实现锥齿轮a的轴向定位，然后将矩形密封圈b安装在牙轮下体底端内圈，将牙轮下体套入钻头本体的牙掌轴颈，将钢球b放入塞销孔a内，将塞销a安装在塞销孔a内，最后将矩形密封圈a安装在牙轮上体底端内圈，将牙轮上体套入牙轮下体的上端轴颈，将钢球a放入塞销孔b，将塞销b安装在塞销孔b内；组装完成后，通过注油孔添加润滑油，并用丝堵封闭注油孔。

上述方案中的塞销a与塞销孔a、塞销b与塞销孔b均采用过盈配合，导油孔a、导油孔b、导油孔c与钻头本体的牙掌轴颈沟道、牙轮下体的上端轴颈沟道构成导油通道，形成良好的润滑环境。

上述方案中的牙齿为硬质合金齿；钻头本体的牙掌轴颈、牙轮下体的上端轴颈均经过强化处理，其强度高，耐冲击韧性好；旋转轴上段表面设置的滑道经过强化处理，其耐磨性好。

上述方案中矩形密封圈a、矩形密封圈b均为金属密封圈，并且密封圈表面经过强化处理，其耐磨性好。

本实用新型的有益效果是：（1）具有轴向冲击功能的分体式钻头的牙轮采用分体式结构，在钻进过程中，牙轮下体将绕着钻头本体的牙掌轴颈自转，牙轮上体将绕着牙轮下体的上端轴颈自转，牙轮体小端齿圈以及中间齿圈的牙齿刮削效率得以提高，有助于提速增效；（2）利用牙轮下体的自转运动，为冲击发生器提供驱动力，冲击发生器将产生周期性的微幅轴向冲击，有助于提高钻井时效；（3）钻头以旋切方式破岩，切削齿破岩行为兼有冲击与切削的综合作用，有助于提高钻头心部破岩效率；（4）钻头本体的牙掌轴颈、牙轮下体的上端轴颈均经过强化处理，其强度高，耐冲击韧性好，导油通道可以提供良好的润滑环境。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的俯视图。

图3是本实用新型的侧视图。

图4是本实用新型图2的A-A截面图。

图5是本实用新型图3的B-B截面图。

图6是本实用新型图4的Ⅰ部分放大图。

图7是本实用新型中牙轮下体的结构示意图。

图8是本实用新型中牙轮上体的结构示意图。

图9是本实用新型中导油通道的示意图。

图10是本实用新型中钻头本体的结构示意图。

图11是本实用新型中泥浆通道a、泥浆通道b、注油孔的分布示意图。

图12是本实用新型中钻头本体的侧视图。

图13是本实用新型图12的E-E截面图。

图14是本实用新型图12的F-F截面图。

图中1.喷嘴a，2.保径齿，3.钻头本体接头，4.钻头本体，5.喷嘴b，6.PDC齿，7.牙轮上体，8.牙齿，9.牙轮下体，10.塞销a，11.塞销b，12.钢球a，13.矩形密封圈a，14.钢球b，15.矩形密封圈b，16.旋转轴，17.冲击锤，18.弹簧，19.冲击发生器上壳体，20.O型密封圈，21.螺钉，22.销钉，23.调心球轴承，24.冲击发生器下壳体，25.卡套，26.锥齿轮a，27.锥齿轮b，28.钢球c，29.塞子，30.顶套，31.钢球d，32.塞销孔a，33.牙轮下体底端内圈，34.导油孔a，35.导油孔b，36.牙轮上体底端内圈，37.塞销孔b，38.导油孔c，39.注油孔，40.泥浆通道a，41.泥浆通道b，42.螺纹孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

参见附图，具有轴向冲击功能的分体式钻头其特征在于：具有轴向冲击功能的分体式钻头主要由钻头本体4、钻头本体接头3、牙轮上体7、牙轮下体9、冲击发生器组成；其特征是：所述的钻头本体4设置有导油孔c38、注油孔39、泥浆通道a40、泥浆通道b41、螺纹孔42，钻头本体4顶部镶装有牙齿8，钻头本体4中部镶装有保径齿2和PDC齿6，喷嘴a1、喷嘴b5分别安装在泥浆通道a40、泥浆通道b41出口；所述的牙轮上体7设置有塞销孔b37，牙轮上体7镶装有牙齿8；所述的牙轮下体9设置有塞销孔a32、导油孔a34、导油孔b35，牙轮下体9镶装有牙齿8；所述的冲击发生器包括旋转轴16、冲击锤17、弹簧18、冲击发生器上壳体19、销钉22、调心球轴承23、冲击发生器下壳体24、锥齿轮b27、钢球c28、塞子29、顶套30、钢球d31，旋转轴16上段表面设置有滑道，冲击锤17中段设置有开孔，冲击发生器上壳体19的大端设置有沉头孔和环形槽，顶套30设置有开孔，安装冲击发生器时，将销钉22装入冲击锤17中段的开孔，将旋转轴16从冲击锤17下端装入，将弹簧18、冲击锤17依次装入冲击发生器上壳体19，冲击锤17与冲击发生器上壳体19采用型面连接，实现冲击锤17的周向定位，将调心球轴承23、冲击发生器下壳体24依次从旋转轴16下端装入，冲击发生器上壳体19与冲击发生器下壳体24通过螺纹连接，将钢球d31、锥齿轮b27依次装入顶套30，将钢球c28装入顶套30的开孔，用塞子29堵住顶套30的开孔，最后将锥齿轮b27与旋转轴16通过螺纹连接；组装具有轴向冲击功能的分体式钻头时，先将O型密封圈20装入冲击发生器上壳体19的环形槽内，将冲击发生器装入钻头本体4，冲击发生器上壳体19与钻头本体4采用型面连接，以实现冲击发生器的周向定位，用螺钉21将冲击发生器上壳体19与钻头本体4固定，以实现冲击发生器的周向和轴向定位，钻头本体接头3与钻头本体4通过螺纹连接，再将锥齿轮a26、卡套25依次装入牙轮下体9的下端轴颈，锥齿轮a26与牙轮下体9的下端轴颈采用型面连接，实现锥齿轮a26的周向定位，卡套25与牙轮下体9的下端轴颈固定，实现锥齿轮a26的轴向定位，然后将矩形密封圈b15安装在牙轮下体底端内圈33，将牙轮下体9套入钻头本体4的牙掌轴颈，将钢球b14放入塞销孔a32内，将塞销a10安装在塞销孔a32内，最后将矩形密封圈a13安装在牙轮上体底端内圈36，将牙轮上体7套入牙轮下体9的上端轴颈，将钢球a12放入塞销孔b37，将塞销b11安装在塞销孔b37内；组装完成后，通过注油孔39添加润滑油，并用丝堵封闭注油孔39。

上述方案中的塞销a10与塞销孔a32、塞销b11与塞销孔b37均采用过盈配合，导油孔a34、导油孔b35、导油孔c38与钻头本体4的牙掌轴颈沟道、牙轮下体9的上端轴颈沟道构成导油通道，形成良好的润滑环境。

上述方案中的牙齿8为硬质合金齿；钻头本体4的牙掌轴颈、牙轮下体9的上端轴颈均经过强化处理，其强度高，耐冲击韧性好；旋转轴16上段表面设置的滑道经过强化处理，其耐磨性好。

上述方案中的矩形密封圈a13、矩形密封圈b15均为金属密封圈，并且密封圈表面经过强化处理，其耐磨性好。

所述的具有轴向冲击功能的分体式钻头的钻头本体4通过其偏置的牙掌轴颈与牙轮下体9相连接，牙轮上体7安装在牙轮下体9的上端轴颈上，冲击发生器安装在钻头本体4内，钻头本体4与钻头本体接头3通过螺纹连接；在运行时，牙轮下体9既随钻头体公转，又绕着钻头本体4的牙掌轴颈自转，牙轮上体7既随钻头体公转，又绕着牙轮下体9的上端轴颈自转，钻头以旋切方式破岩的同时，牙轮下体9的自转运动为冲击发生器提供驱动力，驱使旋转轴16转动，带动销钉22在旋转轴16上段表面设置的滑道内周期性地移动，将旋转轴16的旋转运动转化为冲击锤17的周期性的轴向移动，弹簧18受压变形存储的能量，驱使冲击锤17撞击冲击发生器下壳体24，产生周期性的微幅轴向冲击，有助于提高钻井时效；牙轮采用分体式结构，小端齿圈以及中间齿圈的牙齿刮削效率得以提高，有助于提高钻头破岩效率。

Claims (4)

1.具有轴向冲击功能的分体式钻头，主要由钻头本体（4）、钻头本体接头（3）、牙轮上体（7）、牙轮下体（9）、冲击发生器组成；其特征是：所述的钻头本体（4）设置有导油孔c（38）、注油孔（39）、泥浆通道a（40）、泥浆通道b（41）、螺纹孔（42），钻头本体（4）顶部镶装有牙齿（8），钻头本体（4）中部镶装有保径齿（2）和PDC齿（6），喷嘴a（1）、喷嘴b（5）分别安装在泥浆通道a（40）、泥浆通道b（41）出口；所述的牙轮上体（7）设置有塞销孔b（37），牙轮上体（7）镶装有牙齿（8）；所述的牙轮下体（9）设置有塞销孔a（32）、导油孔a（34）、导油孔b（35），牙轮下体（9）镶装有牙齿（8）；所述的冲击发生器包括旋转轴（16）、冲击锤（17）、弹簧（18）、冲击发生器上壳体（19）、销钉（22）、调心球轴承（23）、冲击发生器下壳体（24）、锥齿轮b（27）、钢球c（28）、塞子（29）、顶套（30）、钢球d（31），旋转轴（16）上段表面设置有滑道，冲击锤（17）中段设置有开孔，冲击发生器上壳体（19）的大端设置有沉头孔和环形槽，顶套（30）设置有开孔，安装冲击发生器时，将销钉（22）装入冲击锤（17）中段的开孔，将旋转轴（16）从冲击锤（17）下端装入，将弹簧（18）、冲击锤（17）依次装入冲击发生器上壳体（19），冲击锤（17）与冲击发生器上壳体（19）采用型面连接，实现冲击锤（17）的周向定位，将调心球轴承（23）、冲击发生器下壳体（24）依次从旋转轴（16）下端装入，冲击发生器上壳体（19）与冲击发生器下壳体（24）通过螺纹连接，将钢球d（31）、锥齿轮b（27）依次装入顶套（30），将钢球c（28）装入顶套（30）的开孔，用塞子（29）堵住顶套（30）的开孔，最后将锥齿轮b（27）与旋转轴（16）通过螺纹连接；组装具有轴向冲击功能的分体式钻头时，先将O型密封圈（20）装入冲击发生器上壳体（19）的环形槽内，将冲击发生器装入钻头本体（4），冲击发生器上壳体（19）与钻头本体（4）采用型面连接，以实现冲击发生器的周向定位，用螺钉（21）将冲击发生器上壳体（19）与钻头本体（4）固定，以实现冲击发生器的周向和轴向定位，钻头本体接头（3）与钻头本体（4）通过螺纹连接，再将锥齿轮a（26）、卡套（25）依次装入牙轮下体（9）的下端轴颈，锥齿轮a（26）与牙轮下体（9）的下端轴颈采用型面连接，实现锥齿轮a（26）的周向定位，卡套（25）与牙轮下体（9）的下端轴颈固定，实现锥齿轮a（26）的轴向定位，然后将矩形密封圈b（15）安装在牙轮下体底端内圈（33），将牙轮下体（9）套入钻头本体（4）的牙掌轴颈，将钢球b（14）放入塞销孔a（32）内，将塞销a（10）安装在塞销孔a（32）内，最后将矩形密封圈a（13）安装在牙轮上体底端内圈（36），将牙轮上体（7）套入牙轮下体（9）的上端轴颈，将钢球a（12）放入塞销孔b（37），将塞销b（11）安装在塞销孔b（37）内；组装完成后，通过注油孔（39）添加润滑油，并用丝堵封闭注油孔（39）。

2.根据权利要求1所述的具有轴向冲击功能的分体式钻头，其特征是：塞销a（10）与塞销孔a（32）、塞销b（11）与塞销孔b（37）均采用过盈配合，导油孔a（34）、导油孔b（35）、导油孔c（38）与钻头本体（4）的牙掌轴颈沟道、牙轮下体（9）的上端轴颈沟道构成导油通道，形成良好的润滑环境。

3.根据权利要求1所述的具有轴向冲击功能的分体式钻头，其特征是：牙齿（8）为硬质合金齿；钻头本体（4）的牙掌轴颈、牙轮下体（9）的上端轴颈均经过强化处理，其强度高，耐冲击韧性好；旋转轴（16）上段表面设置的滑道经过强化处理，其耐磨性好。

4.根据权利要求1所述的具有轴向冲击功能的分体式钻头，其特征是：矩形密封圈a（13）、矩形密封圈b（15）均为金属密封圈，并且密封圈表面经过强化处理，其耐磨性好。