專利名稱：一種用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一 種三牙輪鉆頭，尤其涉及一種用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆 頭，屬于地質(zhì)鉆探和石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的三牙輪鉆頭通常包括有一個鉆頭體，鉆頭體上有三片牙掌，牙輪安裝在 牙掌下端傾斜的牙掌軸上，牙掌軸與牙輪內(nèi)孔設(shè)置軸承副，將鉆壓和扭矩傳遞給牙輪。 目前，牙輪鉆頭軸承主要有滑動軸承和滾動軸承兩種形式。牙輪上有鋼齒或硬質(zhì)合金鑲 齒，鉆井液從鉆柱進入鉆頭流道，然后從三個噴嘴噴出。噴嘴安裝在噴嘴座中，鉆井液 沖擊井底后從噴嘴座兩側(cè)上返。噴嘴射流噴向兩個牙輪中間且靠近井壁。鉆頭牙輪的 外排齒上有三點接觸井壁，接觸點在每個牙輪的前側(cè)。在配合渦輪或高速螺桿高轉(zhuǎn)速鉆 井時，上述現(xiàn)有牙輪鉆頭存在下述問題滑動軸承不能承受高轉(zhuǎn)速，而滾動軸承難以承 受高鉆壓，因此軸承壽命顯著降低；高轉(zhuǎn)速鉆井同時要配合較高的鉆壓，牙齒所受的沖 擊相對明顯增大，鉆頭橫向和縱向振動更嚴重，因而牙齒磨損快，容易發(fā)生牙齒折斷， 從而降低鉆進效率。此外，高轉(zhuǎn)速鉆頭在硬地層使用，牙齒磨損發(fā)熱快，得不到及時冷 卻，導致牙齒過早失效。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種 用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆頭，它能在高轉(zhuǎn)速下配合較高的鉆壓進行工作，能夠減小牙 齒的沖擊力，增強破巖效率，從而提高牙輪鉆頭的鉆井效率和綜合效果。本實用新型為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為包括有三個牙掌和安 設(shè)在牙掌下端的牙輪，牙輪上布設(shè)牙齒，三個牙掌的上部相聯(lián)成一體構(gòu)成鉆頭體，在鉆 頭體上安設(shè)有噴嘴座，噴嘴座的噴孔中安設(shè)有噴嘴，其不同之處在于牙輪與牙掌軸間的 鉆頭軸承為滾柱與弧形滑塊間隔布置的滾滑復(fù)合軸承，并且牙輪與牙掌軸間的鉆頭軸承 密封為金屬密封。按上述方案，所述的滾滑復(fù)合軸承的弧形滑塊外圓弧面直徑與牙輪內(nèi)孔直徑相 同，長度與滾柱相同，弧形滑塊的徑向厚度大于滾柱直徑，大于量為0.03 2.00mm，大 于量與鉆頭直徑相關(guān)，鉆頭直徑從Φ75ιηιη到Φ660ιηιη;弧形滑塊節(jié)圓弧長(滑塊與滾 柱設(shè)計接觸點所在圓上的弧長)小于或等于2倍的滾柱直徑。按上述方案，在滾滑復(fù)合軸承與牙掌軸之間設(shè)置滑套；所述的滑套材料為工具 鋼。按上述方案，所述的弧形滑塊兩側(cè)側(cè)面相平行；弧形滑塊由工具鋼或彈簧鋼制 成，滾柱由軸承鋼制成。按上述方案，所述的牙掌掌背的上部后側(cè)向后延伸一段距離，形成延伸塊狀 體，延伸塊狀體的回轉(zhuǎn)直徑略小于牙輪鉆頭規(guī)徑，小于量為0.3 1.5mm，形成牙掌上部的保徑面，延伸塊狀體上鑲裝2 3排保徑齒，每排2 3個保徑齒，間隔交錯排列，由 此與牙輪一起構(gòu)成六個保徑點，即三個牙輪和三個掌背上各設(shè)置一個保徑點。所述的保 徑齒為硬質(zhì)合金齒或金剛石復(fù)合齒。按上述方案，所述的弧形滑塊內(nèi)、外圓弧面上均設(shè)置油槽，油槽與弧形滑塊軸 向端面的夾角為0 75°，油槽間隔平行設(shè)置；內(nèi)、外圓弧面上的油槽設(shè)置的位置和方 向相互交錯。按上述方案，所述的金屬密封為雙金屬密封，包括安設(shè)在牙掌軸上的橡膠密封 圈和金屬密封圈，安設(shè)在牙輪內(nèi)孔的橡膠密封圈和金屬密封圈，兩個金屬密封圈的端面 配合，形成端面旋轉(zhuǎn)動密封。按上述方案，所述的牙輪上布設(shè)的牙齒包括主切削齒和外排齒，主切削齒為凸 形齒頂齒，包括凸頂楔形齒(CN200510019419.2)，外排齒為楔形齒或球形齒。按上述方案，所述的牙掌掌背的上部后側(cè)的延伸塊狀體內(nèi)安設(shè)噴嘴座，噴嘴座 內(nèi)安設(shè)噴嘴，噴嘴射流噴射方向朝向后一個牙輪的的前方。按上述方案，所述的牙掌前側(cè)面整體向后偏斜，向后偏斜的角度為10° 30°，與前一個牙掌的后側(cè)形成螺旋回流通道，鉆井液沖擊井底后從螺旋回流通道上 返。本實用新型的有益效果在于1、滾滑復(fù)合軸承能承受高轉(zhuǎn)速和較高的負載，并 具備較強的抗沖擊性能，因而保證了牙輪鉆頭在高轉(zhuǎn)速和中高鉆壓條件下的軸承壽命， 而軸承密封采用適應(yīng)高轉(zhuǎn)速和高溫工況的金屬密封能夠使軸承壽命得到進一步的保證和 提高；2、在滾滑復(fù)合軸承與牙掌軸之間設(shè)置滑套以及在弧形滑塊上設(shè)置油槽改善了弧形 滑塊的滑動和潤滑狀況，有助于牙輪鉆頭在中高鉆壓條件下轉(zhuǎn)速的進一步提高；3、由于 凸形齒頂切削齒的攻擊性較強，易于破碎巖石，在高轉(zhuǎn)速狀態(tài)下既能提高牙輪鉆頭的鉆 進效率，又能保證牙齒在高轉(zhuǎn)速下的有效使用壽命；并且牙掌掌背的上部后側(cè)向后延伸 一段距離，形成牙掌上部的保徑面，六點保徑結(jié)構(gòu)增強了鉆頭的穩(wěn)定性，減小了鉆頭振 動所導致的牙齒折斷，使牙齒的使用壽命進一步提高；4、螺旋回流通道有利于井底巖屑 上返，定向噴射增強牙齒冷卻，有利鉆進效率的提高。本實用新型組合了滾滑復(fù)合軸承、金屬密封，牙掌掌背上部后側(cè)直徑加大形成 保徑面等技術(shù)，配合設(shè)計鉆頭切削結(jié)構(gòu)和水力結(jié)構(gòu)，形成的一種用于高轉(zhuǎn)速、中高鉆壓 鉆井的牙輪鉆頭，該鉆頭在使用中取得很好的效果，在鉆壓80 140KN、轉(zhuǎn)速400r/min 條件下，進尺和使用壽命比現(xiàn)有普通金屬密封鉆頭均提高兩倍以上，明顯具有較高的鉆 井效率和使用壽命。

圖1是本實用新型一個實施例的正視圖。圖2是本實用新型一個實施例中軸承部分的剖視圖。圖3是本實用新型一個實施例中金屬密封的剖視圖。圖4是本實用新型一個實施例中 弧形滑塊的俯視圖。圖5是本實用新型一個實施例的牙齒齒形立體圖。圖6是本實用新型一個實施例牙輪向下狀態(tài)的正視圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖進一步詳細說明本實用新型的實施例。一種三牙輪鉆頭，包括有三個牙掌3和安設(shè) 在牙掌下端的牙輪4，三個牙掌3的 上部通過組焊相聯(lián)成一體構(gòu)成鉆頭體，鉆頭體的上部設(shè)置有錐螺紋1，用以與鉆柱聯(lián)接； 牙輪通過鋼球20軸向定位于牙掌軸13上，在牙輪與牙掌軸間的鉆頭軸承6為滾柱7與弧 形滑塊8間隔布置的滾滑復(fù)合軸承，弧形滑塊8兩側(cè)側(cè)面10相平行并與弧形滑塊中線相 對稱，其外圓弧11直徑與牙輪內(nèi)孔12直徑相同，其徑向厚度W大于滾柱直徑d，大于量 為0.08 0.20mm ；其長度與滾柱相同，弧形滑塊節(jié)圓弧長S (滑塊與滾柱設(shè)計接觸點所 在圓上的弧長)與滾柱直徑d之比為1.5，弧形滑塊材料為工具鋼，滾柱由軸承鋼制成； 弧形滑塊8內(nèi)、外圓弧面上均設(shè)置油槽33，油槽33與滑塊軸向端面34的夾角為α，α 為45° ；內(nèi)、外圓弧面上油槽設(shè)置的方向(旋向)相反，相互交錯。在滑塊8、滾柱7 與牙掌軸13之間還設(shè)置有滑套14，滑套的單邊徑向厚度為2 4毫米，滑套材料為工具 鋼。牙輪與牙掌軸之間采用雙金屬密封22進行密封。雙金屬密封由一對金屬環(huán)25 和25’和一對橡膠圈26和26’以及牙掌3根部23的密封槽27和牙輪4內(nèi)孔孔口的密 封槽28構(gòu)成。金屬環(huán)25和25’的端面30緊密接觸，構(gòu)成軸向端面密封，此密封為旋 轉(zhuǎn)動密封，與普通橡膠O形圈動密封相比，可以承受更高的牙輪牙掌之間的相對轉(zhuǎn)速以 及更高的環(huán)境溫度，橡膠圈26和26’為O型圈，其中橡膠圈26’與牙掌3密封槽27的 接觸面為31，與金屬環(huán)25’的接觸面為29’，接觸面31和29’與牙掌軸承中心線成α 角，橡膠圈26與牙輪4密封槽28的接觸面為32，與金屬環(huán)25的接觸面為29，接觸面32 和29與牙掌軸承中心線成β角。橡膠圈26和26’主要作用在于保證兩個金屬環(huán)25和 25’緊密接觸，同時起靜密封作用。所述的牙輪4上布設(shè)有主切削齒5和外排齒21，主切削齒5為凸形齒頂齒，即齒 頂19為凸形曲面；外排齒21為楔形齒或球形齒。所述的牙掌前側(cè)面15整體向后偏斜， 向后偏斜的角度為20° 30°，與前一個牙掌的后側(cè)面形成螺旋回流通道，鉆井液沖擊 井底后從螺旋回流通道上返。所述的牙掌掌背的上部后側(cè)向后延伸一段距離，形成延伸 塊狀體，延伸塊狀體的回轉(zhuǎn)直徑略小于牙輪鉆頭規(guī)徑，小于量為1.0 1.5mm，形成牙掌 上部的保徑面，該延伸塊狀體上鑲裝2 3排保徑齒，每排2 3個保徑齒9，間隔交錯 排列，保徑齒處的回轉(zhuǎn)半徑比鉆頭半徑小0.5mm，并且從下到上、從前到后逐漸減小， 由此形成掌背上的三個保徑點。此外在牙掌上安設(shè)有2 3排保徑齒，每排4 8個保 徑齒。在牙掌掌背的上部后側(cè)的延伸塊狀體內(nèi)安設(shè)噴嘴座2和噴嘴16，噴嘴射流17噴射 方向朝向后一個牙輪的的前方18。
權(quán)利要求1.一種用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆頭，包括有三個牙掌和安設(shè)在牙掌下端的牙輪， 牙輪上布設(shè)牙齒，三個牙掌的上部相聯(lián)成一體構(gòu)成鉆頭體，在鉆頭體上安設(shè)有噴嘴座， 噴嘴座的噴孔中安設(shè)有噴嘴，其特征在于牙輪與牙掌軸間的鉆頭軸承為滾柱與弧形滑塊 間隔布置的滾滑復(fù)合軸承，并且牙輪與牙掌軸間的鉆頭軸承密封為金屬密封。
2.按權(quán)利要求1所述的用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆頭，其特征在于所述的滾滑復(fù)合軸 承的弧形滑塊外圓弧面直徑與牙輪內(nèi)孔直徑相同，長度與滾柱相同，弧形滑塊的徑向厚 度大于滾柱直徑，大于量為0.03 2.00mm ；弧形滑塊節(jié)圓弧長小于或等于2倍的滾柱直 徑。
3.按權(quán)利要求1或2所述的用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆頭，其特征在于在滾滑復(fù)合軸 承與牙掌軸之間設(shè)置滑套；所述的滑套材料為工具鋼。
4.按權(quán)利要求1或2所述的用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆頭，其特征在于所述的弧形滑 塊兩側(cè)側(cè)面相平行；弧形滑塊由工具鋼或彈簧鋼制成，滾柱由軸承鋼制成。
5.按權(quán)利要求1或2所述的用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆頭，其特征在于所述的牙掌掌 背的上部后側(cè)向后延伸一段距離，形成延伸塊狀體，延伸塊狀體的回轉(zhuǎn)直徑略小于牙輪 鉆頭規(guī)徑，小于量為0.3 1.5mm，形成牙掌上部的保徑面，延伸塊狀體上鑲裝2 3排 保徑齒，每排2 3個保徑齒。
6.按權(quán)利要求1或2所述的用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆頭，其特征在于所述的弧形滑 塊內(nèi)、外圓弧面上均設(shè)置油槽，油槽與弧形滑塊軸向端面的夾角為0 75°，油槽間隔 平行設(shè)置。
7.按權(quán)利要求6所述的用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆頭，其特征在于所述的內(nèi)、外圓弧 面上的油槽設(shè)置的位置和方向相互交錯。
8.按權(quán)利要求1或2所述的用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆頭，其特征在于所述的金屬密 封為雙金屬密封，包括安設(shè)在牙掌軸上的橡膠密封圈和金屬密封圈，安設(shè)在牙輪內(nèi)孔的 橡膠密封圈和金屬密封圈，兩個金屬密封圈的端面配合形成旋轉(zhuǎn)動密封。
9.按權(quán)利要求1或2所述的用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆頭，其特征在于所述的牙輪 上布設(shè)的牙齒包括主切削齒和外排齒，主切削齒為凸形齒頂齒，外排齒為楔形齒或球形 齒。
10.按權(quán)利要求5所述的用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆頭，其特征在于所述的牙掌掌背 的上部后側(cè)的延伸塊狀體內(nèi)安設(shè)噴嘴座，噴嘴座內(nèi)安設(shè)噴嘴，噴嘴射流噴射方向朝向后 一個牙輪的的前方。
11.按權(quán)利要求5所述的用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆頭，其特征在于所述的牙掌前側(cè) 面整體向后偏斜，向后偏斜的角度為10° 30°，與前一個牙掌的后側(cè)形成螺旋回流通 道，鉆井液沖擊井底后從螺旋回流通道上返。
專利摘要本實用新型涉及一種用于高轉(zhuǎn)速鉆井的三牙輪鉆頭，包括有三個牙掌和牙輪，牙輪上布設(shè)牙齒，三個牙掌的上部相聯(lián)成一體構(gòu)成鉆頭體，在鉆頭體上安設(shè)有噴嘴座，噴嘴座的噴孔中安設(shè)有噴嘴，其不同之處在于牙輪與牙掌軸間的鉆頭軸承為滾柱與弧形滑塊間隔布置的滾滑復(fù)合軸承，并且牙輪與牙掌軸間的鉆頭軸承密封為金屬密封。本實用新型的滾滑復(fù)合軸承能承受高轉(zhuǎn)速和較高的負載，并具備較強的抗沖擊性能，因而保證了牙輪鉆頭在高轉(zhuǎn)速和中高鉆壓條件下的軸承壽命；并且六點保徑結(jié)構(gòu)增強了鉆頭的穩(wěn)定性，減小了鉆頭振動所導致的牙齒折斷，使牙齒的使用壽命進一步提高。本實用新型的牙輪鉆頭適合高轉(zhuǎn)速、中高鉆壓使用條件，具有較高的鉆井效率和使用壽命。
文檔編號E21B10/18GK201802311SQ20102053925
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者樊孝兵, 田紅平, 邵增元 申請人:江漢石油鉆頭股份有限公司