CN209483222U - 一种单牙轮金刚石钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单牙轮金刚石钻头，包括钻头体、牙轮，牙轮安装于钻头体牙爪的轴颈上，牙轮体上布置有若干圈牙齿，还包括水力结构及牙轮防脱预警结构，所述水力结构包括钻头体与牙轮相对的斜面上设置的水力流道，所述水力流道包括与牙轮内偏心设置并与主流道连通的第一水力流道、第二水力流道，第一水力流道倾斜设置且与钻头和牙轮相对的斜面贯通，第二水力流道与第一水力流道非对称且与其的倾斜方向相反；所述牙轮防脱预警结构包括轴颈外壁上开设的放置槽及与其连通围绕轴颈外围环向设置的导向槽，导向槽的深度从与放置槽连接的一端到另一端呈逐渐递减的趋势；放置槽内设有滚柱。

Description

一种单牙轮金刚石钻头

技术领域

本实用新型涉及石油钻井工具技术领域，具体涉及一种单牙轮金刚石钻头。

背景技术

目前为止，地层适应范围最广的钻头，特别是钻进硬地层、研磨性强的地层只能依靠牙轮钻头。单牙轮金刚石钻头虽然与三牙轮钻头同属于牙轮类钻头，但两者的差异不仅仅是体现在牙轮数量上的不同，它具有独特的优势，比三牙轮钻头更适合于强度和塑性都大的岩石层，同时又适合用于PDC钻头难于应付的硬夹层和其他复杂地层。单牙轮金刚石钻头主要是由钻头体和牙轮组成，钻头体通过其下端偏置的牙掌轴颈与牙轮相连接，牙轮在运行时既随钻头体公转，又绕牙掌轴颈自转，以实现其刮削破碎岩石的任务。

在工作的过程中，钻井液对钻头体表面的冲洗、冷却是保证钻头正常工作的一个非常重要的条件。钻头而言，水力结构，尤其是中心喷嘴和冠部流道设计的重要性尤为重要。钻头体上设有水力结构，水力结构由钻头体内开设的水眼流道构成，用于流通和喷射高压钻井液，以便对井底和牙轮进行及时的清洗和冷却，同时清除井底岩屑将其携返地面。现有单牙轮金刚石钻头的水力部分大都为上、下水眼流道结构，且上、下水眼流道的中心线均位于钻头体对称中心平面内，牙轮钻头工作时，由于两个水眼的流体相交、相互干扰，这不仅使部分水流冲击能量受损，而且还影响井底的清屑性能，导致井底岩石重复破碎，从而影响牙轮钻头的钻凿性能和效率。

再有，现有的牙轮由于轴向定位结构可靠性不足，将导致牙轮从钻头上脱落，牙轮一旦落入井底，将会严重影响钻井进程，增加钻进成本。

实用新型内容

针对现有技术中所存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种单牙轮金刚石钻头，解决了现有技术中牙轮水力结构冲击能力受损，导致井底清屑性能低且钻头钻凿性能和效率低的技术问题；另外还解决了牙轮容易脱落的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：一种单牙轮金刚石钻头，包括钻头体、牙轮，牙轮安装于钻头体牙爪的轴颈上，牙轮体上布置有若干圈牙齿，还包括水力结构及牙轮防脱预警结构，所述水力结构包括钻头体与牙轮相对的斜面上设置的水力流道，所述水力流道包括与牙轮内偏心设置并与主流道连通的第一水力流道、第二水力流道，第一水力流道倾斜设置且与钻头和牙轮相对的斜面贯通，第二水力流道与第一水力流道非对称且与其的倾斜方向相反；所述牙轮防脱预警结构包括轴颈外壁上开设的放置槽及与其连通围绕轴颈外围环向设置的导向槽，导向槽的深度从与放置槽连接的一端到另一端呈逐渐递减的趋势；放置槽内设有滚柱。

其中，所述储油补偿系统包括设置在轴颈侧壁内相互连通的油嘴、油道，所述油道包括安装后与钻头同轴的进油通道、与进油通道连通且间隔环向设置的多个过油通道；所述钻头体内壁与过油通道相对的位置处环向开有多个凹槽，凹槽底部设有销塞，每个凹槽内与过油通道的出口相对位置处设有钢球。

进一步地，第一水力流道、第二水力流道的出口处均设有喷嘴。

进一步地，所述第一水力流道、第二水力流道的内径均为不规则设置。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1、第一水力流道、第二水力流道分别前后双向斜喷射设置，向后喷射流清洗井岩屑，不仅加强了牙轮以及井壁的清洗，还提高携带岩屑的上返速度，有利提高钻头工作指标和降低钻井成本；

2、第一水力流道、第二水力流道非对称设置，两水力流道的出水口射出的两股漫流不会相汇，避免漫流相撞击形成的上返流避开了钻头体对其的阻挡，便于井底岩屑的排出；

3、在使用过程中当轴承磨损量过大，轴承间隙过大时，放置槽内的滚柱有了一定的活动空间，钻头在工作的过程中受到震动或冲击力给滚柱一个驱动力，使滚柱进入导向槽内，在牙轮的带动下滚柱在导向槽内运动，导向槽的深度从与放置槽连接的一端到另一端呈逐渐递减的趋势，滚柱运动的过程中导向槽的深度越来越浅，给滚柱造成一个楔紧的趋势。在运动的过程中渐狭的导向槽使得滚柱发生变形，变形的滚柱产生一个阻力，在受到阻力的作用下转动速度逐渐减慢，直到滚柱的阻力增大到足以停止牙轮转动时，牙轮被锁紧、卡死在轴颈上面。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型牙轮的结构示意图；

图3为本实用新型牙轮防脱预警结构的原理示意图。

图中：牙轮1、钻头体2、第一水力流道3、喷嘴31、第二水力流道4、牙爪5、主流道6、轴颈7、油嘴71、进油通道72、过油通道73、导向槽8、滚柱9。

具体实施方式

参见图1-图3，本实用新型的为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：一种单牙轮1钻头，包括钻头体2、牙轮1，牙轮1安装于钻头体2牙爪5的轴颈7上，牙轮1体上布置有若干圈牙齿，还包括水力结构及牙轮1防脱预警结构，所述水力结构包括钻头体2与牙轮1相对的斜面上设置的水力流道，所述水力流道包括与牙轮1内偏心设置并与主流道6连通的第一水力流道3、第二水力流道4，第一水力流道3倾斜设置且与钻头和牙轮1相对的斜面贯通，第二水力流道4与第一水力流道3非对称且与其的倾斜方向相反；第一水力流道3、第二水力流道4的出口处均设有喷嘴31。第一水力流道3、第二水力流道4分别前后双向斜喷射设置，向后喷射流清洗井岩屑，不仅加强了牙轮1以及井壁的清洗，还提高携带岩屑的上返速度，有利提高钻头工作指标和降低钻井成本；第一水力流道3、第二水力流道4非对称设置，两水力流道的出水口射出的两股漫流不会相汇，避免漫流相撞击形成的上返流避开了钻头体2对其的阻挡，便于井底岩屑的排出。

再有，所述牙轮1防脱预警结构包括轴颈7外壁上开设的放置槽及与其连通围绕轴颈 7外围环向设置的导向槽8，导向槽8的深度从与放置槽连接的一端到另一端呈逐渐递减的趋势；放置槽内设有滚柱8。在使用过程中当轴承磨损量过大，轴承间隙过大时，放置槽内的滚柱8有了一定的活动空间，钻头在工作的过程中受到震动或冲击力给滚柱8一个驱动力，使滚柱8进入导向槽8内，在牙轮1的带动下滚柱8在导向槽8内运动，导向槽 8的深度从与放置槽连接的一端到另一端呈逐渐递减的趋势，滚柱8运动的过程中导向槽 8的深度越来越浅，给滚柱8造成一个楔紧的趋势。在运动的过程中渐狭的导向槽8使得滚柱8发生变形，变形的滚柱8产生一个阻力，在受到阻力的作用下转动速度逐渐减慢，直到滚柱8的阻力增大到足以停止牙轮1转动时，牙轮1被锁紧、卡死在轴颈7上面，工作人员起钻即可，防止钻头脱落，同时具有预警的作用。

其中，所述储油补偿系统包括设置在轴颈7侧壁内相互连通的油嘴71、油道，所述油道包括安装后与钻头同轴的进油通道72、与进油通道72连通且间隔环向设置的多个过油通道73(图中未视出)；所述钻头体2内壁与过油通道73相对的位置处环向开有多个凹槽，凹槽底部设有销塞，每个凹槽内与过油通道73的出口相对位置处设有钢球(图中未视出)。

所述第一水力流道3、第二水力流道4的内径均为不规则设置。不规则设置增加流道内的水压，在喷出时压力变大，增强井底岩屑排出能力。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种单牙轮金刚石钻头，包括钻头体、牙轮，牙轮安装于钻头体牙爪的轴颈上，牙轮体上布置有若干圈牙齿，还包括水力结构及牙轮防脱预警结构，其特征在于：

所述水力结构包括钻头体与牙轮相对的斜面上设置的水力流道，所述水力流道包括与牙轮内偏心设置并与主流道连通的第一水力流道、第二水力流道，第一水力流道倾斜设置且与钻头和牙轮相对的斜面贯通，第二水力流道与第一水力流道非对称且与其的倾斜方向相反；

所述牙轮防脱预警结构包括轴颈外壁上开设的放置槽及与其连通围绕轴颈外围环向设置的导向槽，导向槽的深度从与放置槽连接的一端到另一端呈逐渐递减的趋势；放置槽内设有滚柱。

2.根据权利要求1所述的一种单牙轮金刚石钻头，其特征在于：还包括储油补偿系统，所述储油补偿系统包括设置在轴颈侧壁内相互连通的油嘴、油道，所述油道包括安装后与钻头同轴的进油通道、与进油通道连通且间隔环向设置的多个过油通道；所述钻头体内壁与过油通道相对的位置处环向开有多个凹槽，凹槽底部设有销塞，每个凹槽内与过油通道的出口相对位置处设有钢球。

3.根据权利要求1所述的一种单牙轮金刚石钻头，其特征在于：第一水力流道、第二水力流道的出口处均设有喷嘴。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种单牙轮金刚石钻头，其特征在于：所述第一水力流道、第二水力流道的内径均为不规则设置。