一種混合式單牙輪鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種混合式單牙輪鉆頭，屬于鉆探領(lǐng)域。所述鉆頭包括一個(gè)牙掌和一個(gè)牙輪，牙輪表面鑲裝有用以破碎巖石的牙齒，其特征在于：牙掌掌背延長(zhǎng)線和軸頸斜面延長(zhǎng)線的交點(diǎn)P在高度上低于牙輪牙齒齒頂；在牙掌底部加工布齒面，布齒面上安裝切削元件。本實(shí)用新型的有益效果是牙輪上牙齒和牙掌上的切削元件共同破碎井底巖石，在一個(gè)鉆頭上實(shí)現(xiàn)了固定式鉆頭和牙輪鉆頭兩種方式破巖；鉆頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可靈活設(shè)計(jì)牙掌上切削元件的數(shù)目和位置，以及切削元件的出露高度和牙輪上牙齒的出露高度差，以滿足鉆進(jìn)不同地層的需要，最大程度的提高破巖效率和鉆頭壽命；同時(shí)，牙掌向井底延申，占據(jù)了沒(méi)有被牙輪覆蓋的井底區(qū)域，使鉆頭成為一個(gè)滿眼鉆頭，有利于提高鉆頭的穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】一種混合式單牙輪鉆頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油天然氣、礦山工程、水文和地質(zhì)勘探鉆探設(shè)備領(lǐng)域，具體地講涉及一種混合式單牙輪鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆井中常用的鉆頭有兩類。一類是牙輪鉆頭，另一類是金剛石鉆頭。牙輪鉆頭中又有三牙輪鉆頭、兩牙輪鉆頭、單牙輪鉆頭。金剛石鉆頭中有PDC鉆頭、孕鑲鉆頭等。牙輪鉆頭通過(guò)牙齒對(duì)地層的沖擊和刮削破碎巖石，適用于軟硬交替地層，對(duì)地層適應(yīng)較好，其缺點(diǎn)是牙齒易磨損和斷裂，壽命較低。PDC鉆頭靠金剛石復(fù)合片對(duì)地層剪切破碎巖石，切削效率高，適宜破碎均質(zhì)地層，有較高的機(jī)械鉆速和壽命。由于牙輪鉆頭的的運(yùn)動(dòng)方式不同于roc鉆頭，不能直接將PDC復(fù)合片安裝在牙輪上作為切削齒使用。多年來(lái)，牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)是主切削齒安裝在牙輪上，位于牙輪小端的的切削齒破碎井底中心區(qū)域，位于牙輪大端切削齒切削井壁和井底外部區(qū)域。牙掌爪尖在井底之上，在爪尖處沒(méi)有安裝切削齒的空間，只能在牙掌上部安裝部分保徑齒，這種牙掌結(jié)構(gòu)決定了牙掌只起支撐牙輪的作用，不能起到破巖作用。鉆頭設(shè)計(jì)和使用者都致力于將金剛石材料用于牙輪鉆頭上，以期待提高鉆頭的破巖效率和壽命。人們?cè)鴮⒀垒喩系挠操|(zhì)合金切削齒替換成金剛石加強(qiáng)的硬質(zhì)合金齒，但這種齒也因質(zhì)量原因和成本較高并沒(méi)有在牙輪鉆頭上普遍采用。多年來(lái)牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有太大的變化，限制了金剛石切削元件的牙輪鉆頭上的使用。
[0003]目前只有球形單牙輪鉆頭在 油田使用。球形單牙輪鉆頭在井底依靠牙齒刮削破碎巖石，形成網(wǎng)狀的切削軌跡，在軟地層中有較高的機(jī)械鉆速和壽命，但在硬地層和研磨性強(qiáng)地層中由于硬質(zhì)合金牙齒先期磨損嚴(yán)重，鉆頭的平均機(jī)械鉆速和壽命較低，影響了單牙輪鉆頭的擴(kuò)大使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于:提出一種新的牙掌形式，與單牙輪結(jié)構(gòu)相結(jié)合，形成一種混合式單牙輪鉆頭。這種鉆頭既采用了 PDC鉆頭的破巖方式，又采用了牙輪鉆頭的破巖方式，從而提聞了鉆頭的破巖效率和使用壽命。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0006]一種混合式單牙輪鉆頭，包括一個(gè)牙掌和一個(gè)牙輪，牙輪表面鑲裝有用以破碎巖石的牙齒。其特征在于:牙掌掌背延長(zhǎng)線和軸頸斜面延長(zhǎng)線的交點(diǎn)P在高度上低于所有牙
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輪牙齒齒頂，在牙掌底部加工一布齒面，布齒面面積S的范圍為.<s< ￥_，其中D為鉆

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頭直徑；布齒面上鑲裝或焊接切削元件，與牙輪上的牙齒共同破碎井底巖石。
[0007]本實(shí)用新型的特點(diǎn)包括:
[0008](I)布齒面的形狀為回轉(zhuǎn)錐面或曲面，回轉(zhuǎn)軸為鉆頭旋轉(zhuǎn)中心。
[0009](2)鉆頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，牙輪小端部位的牙齒切削井底外部區(qū)域和井壁，起保徑作用；牙輪大端部位的牙齒切削井底中心區(qū)域。
[0010](3)布齒面切削元件包絡(luò)面輪廓母線與牙輪齒頂包絡(luò)面輪廓母線相對(duì)于鉆頭軸線對(duì)稱或牙輪齒頂包絡(luò)面輪廓母線比布齒面切削元件包絡(luò)面輪廓母線低I?10mm。
[0011]作為優(yōu)選，切削元件可以為PDC齒、金剛石復(fù)合齒、孕鑲金剛石齒。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果:牙掌布齒面上安裝切削元件形成固定切削結(jié)構(gòu)，如同PDC鉆頭樣破碎巖石，可以輔助牙輪上牙齒破碎巖石。在一個(gè)鉆頭上實(shí)現(xiàn)了 PDC鉆頭和牙輪鉆頭兩種方式破巖。這樣既結(jié)合了兩種鉆頭的的優(yōu)點(diǎn)又邇補(bǔ)了缺點(diǎn)。鉆頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可靈活設(shè)計(jì)牙掌上切削元件的數(shù)目和位置，以及切削元件的出露高度和牙輪上牙齒的出露高度差，以滿足鉆進(jìn)不同地層的需要，最大程度的提高破巖效率和牙齒壽命；同時(shí)，牙掌向井底延申，布齒面占據(jù)了沒(méi)有被牙輪覆蓋的井底區(qū)域，使鉆頭成為一個(gè)滿眼鉆頭，有利于提高鉆頭的穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的混合式單牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為圖1所示結(jié)構(gòu)沿鉆頭軸線俯視(逆鉆頭鉆進(jìn)方向)時(shí)的視圖；
[0015]圖3為牙掌布齒面的示意圖；
[0016]圖4為牙掌掌背延長(zhǎng)線和軸頸斜面延長(zhǎng)線的交點(diǎn)P的示意圖；
[0017]圖5為牙齒齒頂包絡(luò)面輪廓母線與布齒面切削元件包絡(luò)面輪廓母線對(duì)稱時(shí)的示意圖；
[0018]圖6為牙齒齒頂包絡(luò)面輪廓母線比布齒面切削元件包絡(luò)面輪廓母線低H時(shí)的示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0020]實(shí)施例1:
[0021 ] 如圖1、2所示，本單牙輪鉆頭主要由牙掌I和牙輪2組成，牙掌上有鉆頭柄3，軸頸等4。牙輪2裝配在軸頸4上，并能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。牙輪上鑲裝有能破碎巖石的牙齒5;牙掌掌背和軸頸斜面的交點(diǎn)P在高度上低于牙輪牙齒齒頂，在牙掌底部加工一布齒面6,在布齒面上焊接切削元件7。
[0022]布齒面6的形狀為回轉(zhuǎn)錐面，回轉(zhuǎn)軸為鉆頭旋轉(zhuǎn)中心8。
[0023]鉆頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，牙輪小端部位的牙齒切削井底外部區(qū)域和井壁，起保徑作用；牙輪大端部位的牙齒切削井底中心區(qū)域。
[0024]鉆頭安裝完成后，牙輪上牙齒齒頂包絡(luò)面輪廓母線9與布齒面切削元件包絡(luò)面輪廓母線10相對(duì)于鉆頭軸線8對(duì)稱，如附圖5所示
[0025]作為優(yōu)選，切削元件7可以為PDC齒、金剛石復(fù)合齒、孕鑲金剛石齒。
[0026]實(shí)施例2:
[0027]鉆頭安裝完成后，如果將牙齒5齒頂包絡(luò)面輪廓母線9繞鉆頭旋轉(zhuǎn)中心8旋轉(zhuǎn)180°后，母線9表示為線段11。線段11與布齒面切削元件7包絡(luò)面輪廓母線10相比較，在高度上，線段11比布齒面切削元件7包絡(luò)面輪廓母線10低H，H取值范圍為I?10mm，如附圖6所示。鉆頭在破巖時(shí)，由牙輪上的牙齒5在井底壓出一系列破碎坑，再由PDC齒7切削破碎坑周圍高出的巖脊，這樣可提高鉆頭的破巖效率。
[0028] 以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種單牙輪鉆頭，包括一個(gè)牙掌(I)和一個(gè)牙輪(2)，牙輪(2)表面鑲裝有用以破碎巖石的牙齒(5)，其特征在于:所述牙掌(I)掌背延長(zhǎng)線和軸頸斜面延長(zhǎng)線的交點(diǎn)P在高度上低于所述牙齒(5)齒頂；牙掌(I)底部加工布齒面(6)，所述布齒面(6)的面積S的范圍為HE.<S< 其中D為所述單牙輪鉆頭的直徑;布齒面(6)上安裝切削元件(7)，與牙 60 8齒(5)共同破碎井底巖石。
2.如權(quán)利要求1所述的單牙輪鉆頭，其特征在于:所述布齒面(6)的形狀為回轉(zhuǎn)錐面或回轉(zhuǎn)曲面，回轉(zhuǎn)軸為所述單牙輪鉆頭旋轉(zhuǎn)中心(8)。
3.如權(quán)利要求1所述的單牙輪鉆頭，其特征在于:鉆頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述牙輪(2)小端部位的牙齒切削井底外部區(qū)域和井壁，大端部位的牙齒切削井底中心區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1所述的單牙輪鉆頭，其特征在于:所述切削元件(7)包絡(luò)面輪廓母線(10 )與牙齒(5 )齒頂包絡(luò)面輪廓母線(9 )相對(duì)于鉆頭旋轉(zhuǎn)中心(8 )對(duì)稱。
5.如權(quán)利要求1所述的單牙輪鉆頭，其特征在于:所述牙齒(5)齒頂包絡(luò)面輪廓母線(9)繞旋轉(zhuǎn)中心(8)旋轉(zhuǎn)180°后，與切削元件(7)包絡(luò)面輪廓母線(10)相比較，所述牙齒(5 )齒頂包絡(luò)面輪廓母線(9 )在高度上比所述切削元件(7 )包絡(luò)面輪廓母線(10 )低H，H取值范圍為l〈H〈10mm。
6.如權(quán)利要求1所述的單牙輪鉆頭，其特征在于:所述切削元件(7)為PDC復(fù)合片。
7.如權(quán)利要求1所述的單牙輪鉆頭，其特征在于:所述切削元件(7)為金剛石復(fù)合齒。
8.如權(quán)利要求1所述的單牙輪鉆頭，其特征在于:所述切削元件(7)為孕鑲金剛石齒。
【文檔編號(hào)】E21B10/16GK203701972SQ201420014479
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】鄧嶸, 楊松, 董偉龍, 唐東, 鄧清源, 安美 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)