專利名稱：一種牙輪鉆頭的牙齒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及鉆頭，具體是一種牙輪鉆頭的牙齒。
背景技術(shù)：
牙輪鉆頭主要由牙輪殼體和布置于牙輪殼體上的多個牙齒構(gòu)成，是一種應(yīng)用廣泛的鉆削巖層工具。目前，常用的牙齒有楔形齒、錐球齒、球齒等，這些牙齒均由齒柱部分和齒冠部分組成，齒柱部分為圓柱形，安裝時齒柱部分被過盈鑲嵌進(jìn)牙輪殼體的齒孔中，使牙齒與牙輪殼體成為一體，齒冠部分凸起裸露在牙輪殼體表面，在鉆井過程中，齒冠部分直接與巖石接觸，參與破碎巖石。因而，牙齒的齒冠部分結(jié)構(gòu)直接決定了牙輪鉆頭的運動性能及對巖石的破碎性能。上述常用牙齒的齒冠部分基本采用回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，現(xiàn)以楔形齒做詳細(xì)說明。楔形齒齒冠部分是一截頭圓錐，在圓錐表面對稱加工有兩個斜面，形成頂窄、底寬的楔形狀，齒冠部分的齒頂為具有一定寬度的平面，齒頂平面上的齒頂線與齒柱軸線垂直，在鉆井過程中，齒冠部分的齒頂最先吃入巖石。由于牙輪殼體的牙齒布齒表面為近似球面結(jié)構(gòu)，而牙輪殼體上的齒孔軸線一般與牙輪布齒表面是近于垂直的，使得牙輪殼體上產(chǎn)生牙輪布齒面半錐角α，布置于牙輪殼體上的楔形齒的齒柱軸線與鉆柱軸線之間產(chǎn)生鉆頭軸傾角β。這樣的話，在鉆井過程中，牙輪殼體上布置的楔形齒受力分成兩種情況(參見


圖1 )。其一，少部分楔形齒的鉆頭軸傾角β等于0°，當(dāng)楔形齒隨牙輪轉(zhuǎn)動處于最低位時，楔形齒的齒柱軸線與鉆柱軸線處于平行，楔形齒齒冠部分的齒頂線與鉆柱軸線垂直，巖石對楔形齒的反作用力F平行于鉆柱軸線，楔形齒只能軸向受力，幾乎不會產(chǎn)生側(cè)向力，進(jìn)而對井底巖石進(jìn)行軸向的切削，切削效果優(yōu)異；其二，大部分楔形齒的鉆頭軸傾角β不等于0°，當(dāng)楔形齒隨牙輪轉(zhuǎn)動處于最低位時，楔形齒的齒柱軸線與鉆柱軸線傾斜形成交叉，楔形齒齒冠部分的齒頂線與鉆柱軸線亦形成傾斜交叉，巖石對楔形齒的反作用力F就始終無法與鉆柱軸線平行，而是分解為平行于鉆柱軸線方向的分力Fl和垂直于鉆柱軸線方向的分力F2，各楔形齒平行于鉆柱軸線方向的分力Fl平衡總鉆壓，F(xiàn)2則成為鉆頭所受的側(cè)向力，該側(cè)向力通過鉆頭直接作用在井壁上，對井壁形成側(cè)向切削，進(jìn)而造成井斜。通過上述分析我們可以清楚的看出，在鉆井過程中，牙輪殼體上布置的牙齒受力分成兩種情況的現(xiàn)象，是由牙齒齒冠部分的結(jié)構(gòu)所決定，齒冠部分結(jié)構(gòu)對整個牙齒所受的巖石反作用力有很大的影響，進(jìn)而直接影響鉆頭切削方向。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于:針對上述現(xiàn)有牙輪殼體上牙齒的受力現(xiàn)象，提供一種牙輪鉆頭的牙齒，該牙齒鉆進(jìn)穩(wěn)定、破巖效率高、能夠有效減小鉆頭的側(cè)向受力。本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種牙輪鉆頭的牙齒，包括齒柱部分和齒冠部分，兩部分為整體結(jié)構(gòu)，牙齒在牙輪上具有特征參數(shù):牙輪布齒面半錐角α、鉆頭軸傾角β ;所述齒冠部分在垂直于鉆柱軸線方向的投影輪廓上有一直線段，該直線段與齒柱軸線相交形成夾角Θ，其值為θ=β + α，且α不等于90° _β，當(dāng)牙齒隨牙輪轉(zhuǎn)動處于最低位時，該直線段與鉆柱軸線垂直。進(jìn)一步的,所述齒柱部分與齒冠部分傾斜相貫,齒柱軸線與齒冠軸線相交形成夾角 Φ，其值為 Φ =90° - ( β + α )。本實用新型的有益效果是:上述牙齒的齒冠部分具有一個投影輪廓呈直線段的面，且該面上的直線在牙齒隨牙輪轉(zhuǎn)動至最低位時，與鉆柱軸線垂直，牙齒通過該投影輪廓呈直線段的面最先吃入巖石，對巖石進(jìn)行切削，這就使牙齒的鉆頭軸傾角β無論等于0°與否，均能夠使巖石對牙齒的反作用力平行于鉆柱軸線，確保牙齒只能軸向受力，進(jìn)行軸向的切削，不會產(chǎn)生側(cè)向力，有效提高了鉆頭的穩(wěn)定性，破巖效率高，降低、甚至杜絕鉆進(jìn)井眼的偏移，有利于保證鉆井質(zhì)量。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的內(nèi)容作進(jìn)一步的說明。
圖1是牙輪殼體上布置的楔形齒受力示意圖。圖2是本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是牙輪殼體上布置的本實用新型受力示意圖。
具體實施方式
實施例1參見圖2和圖4:本實用新型包括齒柱部分I和齒冠部分2,兩部分為整體結(jié)構(gòu)，牙齒在牙輪上具有特征參數(shù):牙輪布齒面半錐角α、鉆頭軸傾角β。齒冠部分2為楔形狀錐體，即在錐體曲面上對稱切削有兩塊斜平面，將錐體曲面的頂端作截頭處理，使齒冠部分2的頂部具有一平面的頂面，齒冠部分2頂面的一端被切除形成一個新平面，該新平面從齒冠部分2在垂直于鉆柱軸線3方向的投影輪廓上看上去為一直線段5，該直線段5與齒柱軸線4相交形成夾角Θ，夾角Θ值=β + α，且α不等于90° _β，當(dāng)牙齒隨牙輪轉(zhuǎn)動處于最低位時，該直線段5應(yīng)當(dāng)與鉆柱軸線3垂直。這樣的話，無論本實用新型的鉆頭軸傾角β等于0°與否，均能夠使本實用新型切削井底底面巖石時，齒冠部分的一個面與鉆柱軸線垂直，在牙輪旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中，牙輪上所有正在切削井底底面巖石的牙齒都有一個與鉆柱軸線垂直的面，通過該面對巖石最先吃入、并進(jìn)行切削，切削形成的井底巖石表面呈階梯狀，巖石對牙齒的反作用力F垂直向上，平行于鉆柱軸線，確保牙齒只能軸向受力，不會產(chǎn)生側(cè)向力。實施例2參見圖3:本實施例的其他內(nèi)容與實施例1相同，不同之處在于:整體結(jié)構(gòu)的齒冠部分2在齒柱部分I上形成了彎頭狀，即齒柱部分I與齒冠部分2傾斜相貫成整體結(jié)構(gòu),齒柱軸線4與齒冠軸線6相交形成夾角Φ，夾角Φ=90°- (β + α)。實施例3本實用新型包括齒柱部分和齒冠部分，兩部分為整體結(jié)構(gòu)，牙齒在牙輪上具有特征參數(shù):牙輪布齒面半錐角α、鉆頭軸傾角β。齒冠部分為錐球狀，即齒冠部分的頂面為球形面，該球形面被切除一部分，形成一個平面，要求該平面從齒冠部分在垂直于鉆柱軸線方向的投影輪廓上看上去為一直線段，該直線段與齒柱軸線相交形成夾角Θ，夾角Θ值= β + α，且α不等于90° _β，當(dāng)牙齒隨牙輪轉(zhuǎn)動處于最低位時，該投影直線段應(yīng)當(dāng)與鉆柱軸線垂直，即齒冠部分被切割加工出來的平面在切削井底底面巖石時，平面上的線與鉆柱軸線垂直。實施例4本實用新型包括齒柱部分和齒冠部分，兩部分為整體結(jié)構(gòu)，牙齒在牙輪上具有特征參數(shù):牙輪布齒面半錐角α、鉆頭軸傾角β。齒冠部分為馬勺狀錐體，即在錐體曲面上加工有一內(nèi)凹曲面，將錐體曲面的頂端作截頭處理，使齒冠部分的頂部具有一平面的頂面，齒冠部分頂面的一端被切除形成一個新平面，該新平面從齒冠部分在垂直于鉆柱軸線方向的投影輪廓上看上去為一直線段，該直線段與齒柱軸線相交形成夾角Θ，夾角Θ值=β + α,且α不等于90° _β，當(dāng)牙齒隨牙輪轉(zhuǎn)動處于最低位時，該直線段應(yīng)當(dāng)與鉆柱軸線垂直。實施例5本實用新型包括齒柱部分和齒冠部分，兩部分為整體結(jié)構(gòu)，牙齒在牙輪上具有特征參數(shù):牙輪布齒面半錐角α、鉆頭軸傾角β。齒冠部分為楔形狀錐體，即在錐體曲面上對稱切削有兩塊斜平面，將錐體曲面的頂端作截頭處理，使齒冠部分的頂部具有一平面的頂面，齒冠部分頂面的一端被切割形成一個外凸的曲面，該外凸曲面從齒冠部分在垂直于鉆柱軸線方向的投影輪廓上看上去為一直線段，該直線段與齒柱軸線相交形成夾角Θ，夾角Θ值= β + α，且α不等于90° _β，當(dāng)牙齒隨牙輪轉(zhuǎn)動處于最低位時，該直線段應(yīng)當(dāng)與鉆柱軸線垂直，即齒冠部分被切割加工出來的外凸曲面在切削井底底面巖石時，曲面表面上平行于曲面軸線的線與鉆柱軸線垂直。實施例6本實用新型包括齒柱部分和齒冠部分，兩部分為整體結(jié)構(gòu)，牙齒在牙輪上具有特征參數(shù):牙輪布齒面半錐角α、鉆頭軸傾角β。齒冠部分為楔形狀錐體，即在錐體曲面上對稱切削有兩塊斜平面，將錐體曲面的頂端作截頭處理，使齒冠部分的頂部具有一平面的頂面，齒冠部分頂面的一端被切割形成一個內(nèi)凹的曲面，該內(nèi)凹曲面從齒冠部分在垂直于鉆柱軸線方向的投影輪廓上看上去為一直線段，該直線段與齒柱軸線相交形成夾角Θ，夾角Θ值= β + α，且α不等于90° _β，當(dāng)牙齒隨牙輪轉(zhuǎn)動處于最低位時，該直線段應(yīng)當(dāng)與鉆柱軸線垂直，即齒冠部分被切割加工出來的內(nèi)凹曲面在切削井底底面巖石時，曲面表面上平行于曲面軸線的線與鉆柱軸線垂直。實施例7本實用新型在牙輪上具有特征參數(shù):牙輪布齒面半錐角α、鉆頭軸傾角β。本實用新型包括齒柱部分和齒冠部分，齒冠部分在齒柱部分上形成了彎頭狀，即齒柱部分與齒冠部分傾斜相貫成整體結(jié)構(gòu)，齒柱軸線與齒冠軸線相交形成夾角Φ，夾角Φ=90°-(β + α )。齒冠部分為球狀，即齒冠部分的頂面為球形面，該球形面被切除一部分，形成一個平面，要求該平面從齒冠部分在垂直于鉆柱軸線方向的投影輪廓上看上去為一直線段，該直線段與齒柱軸線相交形成夾角Θ，夾角Θ值= β + α，且α不等于90° -β，當(dāng)牙齒隨牙輪轉(zhuǎn)動處于最低位時，該投影直線段應(yīng)當(dāng)與鉆柱軸線垂直，即齒冠部分被切割加工出來的平面在切削井底底面巖石時，平面上的線與鉆柱軸線垂直。
權(quán)利要求1.一種牙輪鉆頭的牙齒，包括齒柱部分(I)和齒冠部分(2)，兩部分為整體結(jié)構(gòu)，牙齒在牙輪上具有特征參數(shù):牙輪布齒面半錐角α、鉆頭軸傾角β ;其特征在于，所述齒冠部分(2)在垂直于鉆柱軸線(3)方向的投影輪廓上有一直線段(5)，該直線段(5)與齒柱軸線(4)相交形成夾角Θ，其值為0=0 + 0，且0不等于90° _β，當(dāng)牙齒隨牙輪轉(zhuǎn)動處于最低位時，該直線段(5)與鉆柱軸線(3)垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述牙輪鉆頭的牙齒，其特征在于，所述齒柱部分(I)與齒冠部分(2)傾斜相貫，齒柱軸線(4)與齒冠軸線(6)相交形成夾角Φ，其值為Φ=90°- (β + α )0
專利摘要本實用新型公開了一種牙輪鉆頭的牙齒，包括齒柱部分和齒冠部分，兩部分為整體結(jié)構(gòu)，牙齒在牙輪上具有特征參數(shù)牙輪布齒面半錐角α、鉆頭軸傾角β；所述齒冠部分在垂直于鉆柱軸線方向的投影輪廓上有一直線段，該直線段與齒柱軸線相交形成夾角θ，其值為θ=β+α，且α不等于90o-β，當(dāng)牙齒隨牙輪轉(zhuǎn)動處于最低位時，該直線段與鉆柱軸線垂直。本實用新型牙齒的鉆頭軸傾角β無論等于0°與否，均能夠使巖石對牙齒的反作用力平行于鉆柱軸線，確保牙齒只能軸向受力，進(jìn)行軸向的切削，不會產(chǎn)生側(cè)向力，有效提高了鉆頭的穩(wěn)定性，破巖效率高，降低、甚至杜絕鉆進(jìn)井眼的偏移，有利于保證鉆井質(zhì)量。
文檔編號E21B10/16GK203008785SQ201220717959
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者朱澄清, 王希勇, 蔣祖軍, 胡大梁, 鄧嶸, 況雨春, 張玉勝, 朱禮平, 黃敏, 張德榮, 張生軍, 何畏 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司