CN219012485U - 通井牙轮钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种通井牙轮钻头，包括钻头主体和两个牙轮；钻头主体具有安装端和钻头端，所述钻头端沿自身周向设有两个对称的安装面，所述安装面上设有轴承，所述轴承的中轴垂直于对应的所述安装面；两个牙轮分别设于对应的所述轴承上，两个所述牙轮的工作端相背设置，所述牙轮具有圆锥形的工作面，所述工作面沿所述牙轮的中轴线设有多圈复合钻齿，所述工作面的相背侧边能贴合井壁设置。本实用新型提供的通井牙轮钻头，钻头主体上具有两个倾斜设置的安装面，两个轴承相背设置，改变了现有的牙轮转向，使牙轮的工作面贴合井壁，大幅度提高了切斜面积，提高了通井效率；改变了牙轮的朝向，增加了设备的使用寿命。

Description

通井牙轮钻头

技术领域

本实用新型属于钻井工具技术领域，具体涉及一种通井牙轮钻头。

背景技术

牙轮钻头广泛的用于钻井工程内，在钻井过程中钻头与岩石摩擦会出现磨损，造成钻头缩小，最终导致井眼缩径，出现井口和下方井壁孔径不一，影响套管作业和下放设备，因此井眼钻成后下套管前需要用新钻头进行通井扩孔，使井内各位置的孔径保持一致。

当前钻井工具有两种钻头，PDC钻头(聚晶金刚石钻头)和三牙轮钻头，现有的PDC钻头(聚晶金刚石钻头)钻头为刮削掘进，在通井时极易卡钻，几千米长的钻柱井底卡钻，井口根本感受不到，钻柱继续旋转叠加的扭矩最终会导致联接螺纹断裂酿成严重的井下事故。三牙轮钻头通井作业只是外排齿切削，使用三牙轮钻头通井时轴承所在区域受到井壁的推力，使得轴承和牙轮反向受力，极易发生轴承断裂，造成设备损坏，效率低，安全性差，增加设备成本。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种通井牙轮钻头，旨在解决现有技术中采用PDC钻头通井时容易卡钻造成井下事故，采用三牙轮钻头通井时造成轴承断裂，导致设备成本增高的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种通井牙轮钻头，包括：

钻头主体，具有安装端和钻头端，所述钻头端沿自身周向设有两个对称的安装面，两个所述安装面沿远离所述安装端的方向逐渐靠拢，所述安装面上设有轴承，所述轴承的中轴垂直于对应的所述安装面；以及

两个牙轮，分别设于对应的所述轴承上，并通过所述轴承与对应的所述安装面转动配合，两个所述牙轮的工作端相背设置，所述牙轮具有圆锥形的工作面，所述工作面沿所述牙轮的中轴线设有多圈复合钻齿，所述工作面的相背侧边能贴合井壁设置。

在一种可能的实现方式中，所述牙轮具体包括：

牙轮主体，设有凹槽，所述凹槽的轴线和所述轴承的轴线重叠，所述轴承设于所述凹槽内，并与所述凹槽转动配合，所述凹槽的侧壁设有滚珠槽，所述牙轮主体形成所述工作面；以及

多个滚珠，设于所述滚珠槽内，所述轴承的外周开设有转槽，所述转槽和所述滚珠槽能够围合形成滚动通道，所述滚珠与所述滚动通道滚动配合。

在一种可能的实现方式中，所述牙轮主体上临近所述工作面的外周壁上开设有过孔，所述过孔与所述滚珠槽连通，所述滚珠通过所述过孔进入所述滚珠槽，所述过孔通过塞销进行封堵。

在一种可能的实现方式中，所述凹槽的侧壁与所述轴承之间还设有密封环。

在一种可能的实现方式中，所述钻头主体靠近所述钻头端的外周面布设有复合钻齿。

在一种可能的实现方式中，所述钻头主体的安装段外周设有外螺纹，所述外螺纹能够和钻杆的钻进端螺纹配合。

在一种可能的实现方式中，所述钻头主体内存在压力平衡系统，用以平衡所述钻头主体内的油压，所述压力平衡系统包括：

第一通道，设于所述轴承的内部，所述第一通道沿所述轴承的轴向延伸并贯穿所述轴承；

第二通道，设于所述钻头主体内部，所述第二通道的轴线平行于所述安装面，所述第二通道一端与所述第一通道连通，另一端延伸至所述钻头主体的侧壁，所述钻头主体对应所述第二通道远离所述第一通道的一端设有封堵槽；

储油囊，设于所述封堵槽内；以及

油孔，设于所述安装面上，所述油孔与所述第二通道连通，所述油孔设有丝堵。

在一种可能的实现方式中，所述钻头主体的钻头端还开设有相对设置的两个灌浆孔，所述钻头主体具有灌浆通道，所述安装端设有注浆槽，所述灌浆通道一端与所述注浆槽连通，另一端与所述灌浆孔连通，所述灌浆孔朝向所述牙轮设置。

在一种可能的实现方式中，所述灌浆孔内设有喷嘴。

在一种可能的实现方式中，所述安装端设有装配件，所述装配件能够和钻机的旋进作业端配合。

本申请提供的通井牙轮钻头，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)钻头主体上具有两个倾斜设置的安装面，两个轴承相背设置，改变了现有的牙轮转向，使牙轮的工作面贴合井壁，大幅度提高了切斜面积，提高了通井效率；

(2)改变了牙轮的朝向，在通井过程中，井壁给予两个牙轮相互靠近的力，两个牙轮相背设置，改变了轴承的中轴方向，增加了轴承的承压能力，轴承所在区域即使受到井壁的作用力也不会断裂，降低了设备损坏的风险，增加了设备的使用寿命；

(3)钻头主体上采用两个牙轮通井，两个牙轮的承载能力强，增加了安全性，提高了承受力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的通井牙轮钻头的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的通井牙轮钻头的截面图；

图3为本实用新型实施例一采用的钻头主体的结构示意图；

图4为本实用新型实施例一采用的钻头主体的俯视截面图；

图5为本实用新型实施例一采用的钻头主体的侧视截面图；

图6为图4中A的局部放大图；

图7为本实用新型实施例一采用的牙轮主体的结构示意图；

图8为本实用新型实施例一采用的牙轮主体的截面图；

图9为本实用新型实施例二提供的通井牙轮钻头的结构示意图。

附图标记说明：

1、钻头主体；10、安装面；11、外螺纹；12、封堵槽；13、灌浆孔；14、灌浆通道；15、注浆槽；16、装配件；

2、轴承；21、转槽；

3、牙轮；31、牙轮主体；311、凹槽；312、滚珠槽；313、密封环；314、过孔；32、滚珠；

4、压力平衡系统；41、第一通道；42、第二通道；43、储油囊；44、油孔；45、丝堵；

5、喷嘴；51、喷嘴主体；52、水孔橡胶圈；53、水孔挡圈；

6、复合钻齿。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，术语“长度”、“宽度”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对实用新型的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。此外，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图9，现对本实用新型提供的通井牙轮钻头进行说明。通井牙轮钻头包括钻头主体和两个牙轮3，钻头主体1具有安装端和钻头端，钻头端沿自身周向设有两个对称的安装面10，两个安装面10沿远离安装端的方向逐渐靠拢，安装面10上设有轴承2，轴承2的中轴垂直于对应的安装面10；两个牙轮3分别设于对应的轴承2上，并通过轴承2与对应的安装面转动配合，两个牙轮3的工作端相背设置，牙轮3具有圆锥形的工作面，工作面沿牙轮3的中轴线设有多圈复合钻齿6，工作面的相背侧边能贴合井壁设置。

需要说明的是，参阅图1和图2，图中空白箭头所在端为安装端，阴影箭头所在端为钻头端。

需要说明的是，轴承2和钻头主体1一体成型铸造。

需要说明的是，工作面的相背侧边指的是与井壁摩擦的侧边，两个牙轮3的相背侧边互相平行；相向侧边指的是两个牙轮3距离较近的侧边。

本实施例提供的通井牙轮钻头，与现有技术相比，(1)钻头主体1上具有两个倾斜设置的安装面10，两个轴承2相背设置，改变了现有的牙轮3转向，使牙轮3的工作面贴合井壁，大幅度提高了切斜面积，提高了通井效率；

(2)改变了牙轮3的朝向，在通井过程中，井壁给予两个牙轮3相互靠近的力，两个牙轮3相背设置，改变了轴承2的中轴方向，增加了轴承2的承压能力，轴承2所在区域即使受到井壁的作用力也不会断裂，降低了设备损坏的风险，增加了设备的使用寿命，

(3)钻头主体1上采用两个牙轮3通井，两个牙轮3的承载能力强，增加了安全性，提高了承受力。

在一些实施例中，参阅图2、图7和图8，牙轮3具体包括牙轮主体31和多个滚珠32。牙轮主体31设有与对应的轴承2适配的凹槽311，凹槽311的轴线和轴承2的轴线重叠，轴承2设于凹槽311内，并与凹槽311转动配合，凹槽311的侧壁设有滚珠槽312，牙轮主体31形成工作面；多个滚珠32设于滚珠槽312内，轴承2的外周开设有转槽21，转槽21和滚珠槽312能够围合形成滚动通道，滚珠32与滚动通道滚动配合。

本实施例提供的牙轮3，滚珠32能够减小轴承2和凹槽311侧壁之间的摩擦力，轴承2的外周和凹槽311的侧壁转动配合，滚动通道由滚珠槽312和转槽21组成，使得滚珠32只会在滚珠槽312和转槽21内滚动，同时滚珠32作为锁紧件填充在滚动通道内，将凹槽311和轴承2锁定，避免牙轮主体31从轴承2上脱落，保证牙轮3的正常转动。

在一些实施例中，参阅图7和图8，牙轮主体31上临近工作面的外周壁开设有过孔314，过孔314与滚珠槽312连通，滚珠32通过过孔314进入滚珠槽312，过孔314通过塞销进行封堵。

在本实施例中提供了滚珠32的安装路径，待牙轮主体31安装在轴承2上，转槽21和滚珠槽312围合成滚动通道后，从过孔314塞入滚珠32，滚珠32顺着过孔314进入滚动通道，实现了将滚珠32安装至滚动通道内，安装简单，方便操作，加快了安装效率。当滚珠32安装完毕后，牙轮主体31上通过插销7封堵过孔314，避免在通井牙轮钻头工作时滚珠32从滚动通道脱离，造成牙轮3和轴承2的配合关系变弱，增加了设备损害的风险。

在一些实施例中，参阅图2，凹槽311的侧壁与轴承2之间还设有密封环313。密封环313能够封堵轴承2和凹槽311的缝隙，避免在牙轮主体31转动时，尘土或泥浆等杂质沿缝隙进入滚动通道影响滚珠32的滚动，造成牙轮主体31转动困难，甚至造成设备损坏，影响工作效率和工作进度。

在一些实施例中，参阅图1，钻头主体1靠近钻头端的外周面布设有复合钻齿6。钻头主体1的外周同样设有复合钻齿6，在通井过程中先通过牙轮主体1对井壁进行切削，再通过钻头主体1上的复合钻齿6进行重复切削，提高了通井牙轮钻头通井的效果和效率，不会出现有切削不完整的位置，保证钻井整体的孔径一致。

在一些实施例中，参阅图1和图3，钻头主体1的安装端外周设有外螺纹11，外螺纹11能够和钻杆的钻进端螺纹配合，使得钻头主体1能够随钻杆转动，保证能够正常通井。

在一些实施例中，参阅图4，钻头主体1内存在压力平衡系统4，用以平衡钻头主体1内的油压，压力平衡系统包括第一通道41、第二通道42、储油囊43和油孔44。第一通道41设于轴承2的内部，第一通道41沿轴承2的轴向延伸并贯穿轴承2；第二通道42设于钻头主体1内部，第二通道42的轴线平行于安装面10，第二通道42一端与第一通道41连通，另一端延伸至钻头主体1的侧壁，钻头主体1对应第二通道42远离第一通道41的一端设有封堵槽12；储油囊43设于封堵槽12内；油孔44设于安装面10上，油孔44与第二通道42连通，油孔44设有丝堵45。

需要说明的是，压力平衡系统具有两套，两套压力平衡系统相对设置。

需要说明的是，储油囊43通过压盖固定在封堵槽12内，

需要说明的是，密封环313、轴承2和凹槽311围合形成了封闭的压力空间。

本实施例提供的压力平衡系统，通过第一通道41和凹槽311和轴承2配合形成的压力空间连通，当压力空间内的压力减小时，通过储油囊43进行油补，使润滑油进入第二通道42，再从第二通道42进入第一通道41，最终进入压力空间实现压力调节，保证在钻孔过程中压力空间内的压力稳定，使得牙轮3能够正常转动，丝堵45能够封闭第二通道42，以达到封闭压力平衡系统的目的。

在一些实施例中，参阅图5，钻头主体1的钻头端还开设有相对设置的两个灌浆孔13，钻头主体1具有灌浆通道14，安装端设有注浆槽15，灌浆通道14一端与注浆槽15连通，另一端与灌浆孔13连通，灌浆孔13朝向牙轮3设置。

需要理解的是，灌浆孔13的朝向对应牙轮3使得从灌浆孔13喷出的泥浆能够准确落到牙轮3上，泥浆的喷出路径通过灌浆孔13的朝向控制。

在通井过程中牙轮3对井壁进行切削，在切削过程中牙轮和岩石接触因摩擦升温，为减小碎石对牙轮3的影响和高温影响，桨液从注浆槽15进灌浆通道14，再从灌浆孔13喷至牙轮3上实现对牙轮3的冲洗，对牙轮3进行清洁和降温，延长牙轮3的工作时长，保证牙轮3的工作效率。

在一些实施例中，参阅图5和图6，灌浆孔13内设有喷嘴5。喷嘴5能够喷射泥浆，保证泥浆能顺利喷至牙轮3上。

具体实施时，参阅6，喷嘴5包括喷嘴主体51、水孔橡胶圈52以及水孔挡圈53。水孔挡圈53能够对水孔橡胶圈52进行限位，水孔橡胶圈52对喷嘴主体51和灌浆孔13的缝隙进行密封，提高了喷嘴5处的密封性。

在一些实施例中，参阅图9，安装端设有装配件16，装配件16能够和钻机的旋进作业端配合。装配件16能够实现钻头主体1随钻具转动，提高钻头主体1的通井效率。

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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通井牙轮钻头，其特征在于，包括：

钻头主体，具有安装端和钻头端，所述钻头端沿自身周向设有两个对称的安装面，两个所述安装面沿远离所述安装端的方向逐渐靠拢，所述安装面上设有轴承，所述轴承的中轴垂直于对应的所述安装面；以及

两个牙轮，分别设于对应的所述轴承上，并通过所述轴承与对应的所述安装面转动配合，两个所述牙轮的工作端相背设置，所述牙轮具有圆锥形的工作面，所述工作面沿所述牙轮的中轴线设有多圈复合钻齿，所述工作面的相背侧边能贴合井壁设置。

2.如权利要求1所述的通井牙轮钻头，其特征在于，所述牙轮具体包括：

牙轮主体，设有凹槽，所述凹槽的轴线和所述轴承的轴线重叠，所述轴承设于所述凹槽内，并与所述凹槽转动配合，所述凹槽的侧壁设有滚珠槽，所述牙轮主体形成所述工作面；以及

多个滚珠，设于所述滚珠槽内，所述轴承的外周开设有转槽，所述转槽和所述滚珠槽能够围合形成滚动通道，所述滚珠与所述滚动通道滚动配合。

3.如权利要求2所述的通井牙轮钻头，其特征在于，所述牙轮主体上临近所述工作面的外周壁上开设有过孔，所述过孔与所述滚珠槽连通，所述滚珠通过所述过孔进入所述滚珠槽，所述过孔通过塞销进行封堵。

4.如权利要求2所述的通井牙轮钻头，其特征在于，所述凹槽的侧壁与所述轴承之间还设有密封环。

5.如权利要求1所述的通井牙轮钻头，其特征在于，所述钻头主体靠近所述钻头端的外周面布设有复合钻齿。

6.如权利要求1所述的通井牙轮钻头，其特征在于，所述钻头主体的安装段外周设有外螺纹，所述外螺纹能够和钻杆的钻进端螺纹配合。

7.如权利要求1所述的通井牙轮钻头，其特征在于，所述钻头主体内存在压力平衡系统，用以平衡所述钻头主体内的油压，所述压力平衡系统包括：

第一通道，设于所述轴承的内部，所述第一通道沿所述轴承的轴向延伸并贯穿所述轴承；

第二通道，设于所述钻头主体内部，所述第二通道的轴线平行于所述安装面，所述第二通道一端与所述第一通道连通，另一端延伸至所述钻头主体的侧壁，所述钻头主体对应所述第二通道远离所述第一通道的一端设有封堵槽；

储油囊，设于所述封堵槽内；以及

油孔，设于所述安装面上，所述油孔与所述第二通道连通，所述油孔设有丝堵。

8.如权利要求1所述的通井牙轮钻头，其特征在于，所述钻头主体的钻头端还开设有相对设置的两个灌浆孔，所述钻头主体具有灌浆通道，所述安装端设有注浆槽，所述灌浆通道一端与所述注浆槽连通，另一端与所述灌浆孔连通，所述灌浆孔朝向所述牙轮设置。

9.如权利要求8所述的通井牙轮钻头，其特征在于，所述灌浆孔内设有喷嘴。

10.如权利要求1所述的通井牙轮钻头，其特征在于，所述安装端设有装配件，所述装配件能够和钻机的旋进作业端配合。

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