本實(shí)用新型涉及一種用于石油天然氣和采礦鉆井領(lǐng)域的牙輪鉆頭，尤其涉及一種鉆銑橋塞作業(yè)等使用的鋼鑲混合布齒牙輪鉆頭。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的牙輪鉆頭至少包括一個(gè)牙掌2和一個(gè)牙輪3，通常的牙輪鉆頭包括三個(gè)牙掌和三個(gè)牙輪?，F(xiàn)有的牙輪鉆頭的牙輪切削齒有鋼齒和鑲齒兩種，鋼齒牙齒表面敷焊有耐磨材料，鑲齒牙齒材料為硬質(zhì)合金，采用鋼齒切削結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭為鋼齒牙輪鉆頭，采用鑲齒切削結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭為鑲齒牙輪鉆頭。每個(gè)牙輪包含多個(gè)牙齒齒排，位于牙輪鉆頭最外側(cè)的齒排為外排齒，位于牙輪鉆頭最內(nèi)側(cè)靠近鉆頭中心的齒排為頂排齒，其余齒排為內(nèi)排齒。

鉆井過(guò)程中，鉆頭通過(guò)螺紋連接在鉆桿或螺桿等鉆具上，當(dāng)轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)，或者螺桿等鉆具進(jìn)行動(dòng)力輸出時(shí)，鉆頭發(fā)生旋轉(zhuǎn)，在一定的鉆壓作用下破碎地層，形成桶狀井眼。

近年來(lái)，隨著頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)及鉆井工藝的變化，橋塞被大量用于石油勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中分層注水、分層試油、分層壓裂酸化、分層生產(chǎn)及封閉水層、封閉干層和封閉廢棄層等的封層作業(yè)，牙輪鉆頭的使用領(lǐng)域也逐步擴(kuò)展到鉆銑橋塞作業(yè)，牙輪鉆頭鉆銑橋塞作業(yè)示意圖如圖1所示。從鉆塞效率、鉆塞效果、成本等多方面因素考慮，目前用于鉆銑橋塞作業(yè)的鉆頭主要為鋼齒牙輪鉆頭。

橋塞坐封時(shí)，通過(guò)中心管與外套件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使推筒運(yùn)動(dòng)壓縮膠筒和上下卡瓦，膠筒脹開(kāi)貼緊套管壁，達(dá)到封隔上下層的目的?？ㄍ哂啥鄠€(gè)小鑄鐵塊組裝而成，硬度較高，是橋塞最難鉆除的材料，易造成牙輪鉆頭鋼齒敷焊層崩落或嚴(yán)重磨損，由于牙輪外排齒及次外排齒直接作用于位于橋塞外圈的鑄鐵卡瓦，易出現(xiàn)鉆頭縮徑及軸承曠動(dòng)的情況，嚴(yán)重影響鉆頭的使用壽命。

現(xiàn)有牙輪鉆頭存在的不足是：在鉆銑橋塞等領(lǐng)域，雖然鋼齒牙輪鉆頭在鉆塞效率、鉆塞效果和成本方面有著較大的優(yōu)勢(shì)，但鉆遇鑄鐵卡瓦時(shí)牙輪鋼齒容易發(fā)生耐磨敷焊層崩落和嚴(yán)重磨損，單只鉆頭的鉆塞數(shù)量及鉆頭使用可靠性均較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足提供一種鋼鑲混合布齒牙輪鉆頭，它不僅具有較高的機(jī)械鉆速或鉆塞效率，而且耐磨性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為：一種鋼鑲混合布齒牙輪鉆頭，其包括至少一個(gè)牙掌和牙輪，在牙輪上安設(shè)有鋼齒齒排，其特征在于：在牙輪上的至少一排鋼齒的牙齒之間鑲裝有硬質(zhì)合金齒，形成鋼齒、鑲齒混合布齒齒排。

按上述技術(shù)方案，所述混合布齒齒排安設(shè)在牙輪的外排或內(nèi)排。

按上述技術(shù)方案，在牙輪上設(shè)有一個(gè)或一個(gè)以上的混合布齒齒排。

按上述技術(shù)方案，所述混合布齒齒排的兩相鄰鋼齒牙齒之間布設(shè)有一顆或一顆以上的硬質(zhì)合金齒。

按上述技術(shù)方案，所述混合布齒齒排中的鋼齒牙齒的出露高度大于或等于本齒排硬質(zhì)合金齒的出露高度，出露高度差在0～10mm之間。

按上述技術(shù)方案，所述鋼齒齒排中的牙齒采用直鋼齒、斜鋼齒中的一種或兩種結(jié)構(gòu)布置。

按上述技術(shù)方案，所述直鋼齒與牙輪軸線夾角為0°，斜鋼齒與牙輪軸線形成一傾斜角度α。

按上述技術(shù)方案，α的取值范圍為15°～45°。

按上述技術(shù)方案，所述鋼齒牙齒的表面設(shè)有耐磨敷焊層，所述耐磨敷焊層為全包耐磨敷焊層或半包耐磨敷焊層。

按上述技術(shù)方案，所述混合布齒齒排中硬質(zhì)合金齒直徑的取值范圍為4～50mm。

本實(shí)用新型所取得的有益效果為：

1、在鉆銑橋塞作業(yè)時(shí)，實(shí)用新型的鋼鑲混合布齒齒排覆蓋橋塞鑄鐵卡瓦范圍，可有效提高相應(yīng)齒圈的耐磨能力，避免鋼齒牙齒敷焊層崩落和嚴(yán)重磨損，避免發(fā)生鉆頭縮徑，從而達(dá)到提高牙輪鉆頭使用壽命、提高單只鉆頭鉆塞數(shù)量的目的；

2、混合布齒齒排中，鋼齒的較高的出露高度可保證牙輪鉆頭具有較高的機(jī)械鉆速或鉆塞效率；

3、斜鋼齒的結(jié)構(gòu)可有效提高長(zhǎng)度，更長(zhǎng)的鋼齒之間可以鑲裝更多數(shù)量的硬質(zhì)合金齒，提高布齒密度，進(jìn)而增強(qiáng)本齒圈的耐磨能力。

附圖說(shuō)明

圖1為牙輪鉆頭鉆銑橋塞作業(yè)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的鋼鑲混合布齒牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的鋼鑲混合布齒牙輪鉆頭仰視圖。

圖4a-4c為本實(shí)用新型中鋼鑲混合布齒牙輪鉆頭鋼齒敷焊方式示意圖。

圖5a-5d為本實(shí)用新型中例舉的鋼鑲混合布齒牙輪鉆頭牙輪布置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖2、3所示，該實(shí)施例的鉆頭為直徑120.65mm(4 3/4")的鋼鑲混合布齒牙輪鉆頭，包括三個(gè)牙掌2和三個(gè)牙輪3，在牙輪上安設(shè)有鋼齒齒排，在牙輪上的至少一排鋼齒4的牙齒之間鑲裝有硬質(zhì)合金齒5，形成鋼齒、鑲齒混合布齒齒排，鋼齒4牙齒的表面敷焊耐磨材料，形成牙齒的耐磨敷焊層，并可以采用全包耐磨敷焊層(如圖4a)或半包敷耐磨敷焊層(如圖4b、4c)進(jìn)行敷焊，本實(shí)施例中所述的鋼齒表面采用了全包耐磨敷焊層(如圖4a)。

鉆井或鉆橋塞過(guò)程中，鉆頭通過(guò)鉆頭1上部的螺紋連接在鉆桿或螺桿等鉆具上，當(dāng)轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)，或者螺桿等鉆具進(jìn)行動(dòng)力輸出時(shí)，鉆頭1發(fā)生旋轉(zhuǎn)并按預(yù)定的路線鉆進(jìn)，牙輪3上的鋼齒4和硬質(zhì)合金齒5不斷沖擊巖石或橋塞，進(jìn)而破碎巖石或橋塞。

如圖3所示，所述的鉆頭的三個(gè)牙輪采用了3-2-2的齒排數(shù)，在每個(gè)牙輪的外排和內(nèi)排均設(shè)置有混合布齒齒排。外排設(shè)置的硬質(zhì)合金齒齒數(shù)分別為9顆、12顆和9顆，內(nèi)排設(shè)置的硬質(zhì)合金齒齒數(shù)為6顆。其中，硬質(zhì)合金齒5直徑的取值根據(jù)牙輪鉆頭直徑及鑄鐵卡瓦的厚度進(jìn)行確定。優(yōu)選，本實(shí)施例中所述的硬質(zhì)合金齒直徑選取8mm和9.5mm這兩種尺寸。

所述的混合布齒齒排中，鋼齒牙齒的出露高度均高于本齒排硬質(zhì)合金齒，出露高度差在0.5～5mm之間，較高的出露高度可保證牙輪鉆頭具有較高的鉆塞效率。

如圖5a-5d所示，所述的鉆頭的三個(gè)牙輪的鋼齒采用了直鋼齒4a和斜鋼齒4b兩種結(jié)構(gòu)形式，所述的直鋼齒與牙輪軸線夾角為0°，所述的斜鋼齒與牙輪軸線形成±27°的傾斜角度(如圖中斜鋼齒4b與牙輪軸線夾角為27°，圖中斜鋼齒4c與牙輪軸線夾角為-27°)。斜鋼齒布置方式可以有效的提高布設(shè)硬質(zhì)合金齒的密度，進(jìn)而增強(qiáng)本齒圈的耐磨能力。