專利名稱：偏轉(zhuǎn)鑲齒三牙輪鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鑲齒三牙輪鉆頭，特別適用于石油與天然氣鉆井中極軟至中硬地層，用以提高鉆頭破巖效率。
目前國(guó)內(nèi)外所使用的鑲齒三牙輪鉆頭主要都是由牙爪、牙輪及鑲嵌的牙齒所組成，其中楔形齒和勺形齒的鑲裝方式都是使牙齒齒頂中心線與牙輪錐體母線平行，這種結(jié)構(gòu)的鉆頭在一定程度上影響了牙齒在井底的破巖效率，鉆進(jìn)時(shí)的機(jī)械鉆速較低。這是由于當(dāng)三牙輪鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，牙齒在井底會(huì)產(chǎn)生徑向滑動(dòng)和切向滑動(dòng)。切向滑動(dòng)速度是與牙齒的軌跡園相切的滑動(dòng)速度，徑向滑動(dòng)速度是指牙齒沿牙輪軸線在井底投影方向上的滑動(dòng)速度，切向滑動(dòng)速度與徑向滑動(dòng)速度的合速度就是牙齒在井底的滑動(dòng)速度?，F(xiàn)有的各型鉆頭的牙齒都是按牙齒齒頂中心線與牙輪錐體母線平行的結(jié)構(gòu)鑲裝而成的，這種結(jié)構(gòu)的三牙輪鉆頭因牙齒齒頂中心線不與牙齒在井底的滑動(dòng)速度方向垂直，故牙齒在井底的刮切面積較小，破巖效率較低。本實(shí)用新型的目的在于提供一種可高效破巖的偏轉(zhuǎn)鑲齒三牙輪鉆頭，可相應(yīng)增大牙齒刮切面積，提高破巖效率。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有各型鉆頭相比，組成的部件相同，主要都是由牙爪、牙輪和牙齒組成，不同之處在于本實(shí)用新型鑲齒三牙輪鉆頭上內(nèi)部各齒圈所鑲牙齒齒頂中心線相對(duì)于牙輪錐體母線偏轉(zhuǎn)了一定角度θ，各牙輪不同齒圈上的牙齒偏轉(zhuǎn)角基本不同，偏轉(zhuǎn)方向應(yīng)保證當(dāng)鉆頭在倒置位置時(shí)，面對(duì)牙輪，牙齒齒頂中心線相對(duì)于牙輪錐體母線方向反時(shí)針偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角的選擇應(yīng)保證各排齒圈上的牙齒齒頂中心線與牙齒在井底滑動(dòng)速度方向相垂直。
偏轉(zhuǎn)角θ的大小可由下列代數(shù)式確定θ=1nΣi=1narctg(λrrω2ρω0-λ2rωi)]]>
其中λr=0.5rcosβ2sin2α-Csinβsinα-Scosαρ]]>λt=Ccosα-Ssinβsinα+rsinβρ]]>ρ=(C+rsinβcosα)2+(rsinα-S)2]]>r為齒圈半徑，ωo為鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，ωi為牙輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，β為鉆頭軸線與牙輪軸線夾角的余角，S為牙輪移軸距，C為齒圈中心到鉆頭軸線在牙輪軸面上投影的距離，α為牙齒齒頂中心線上一點(diǎn)繞牙輪軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。這些參數(shù)都可由理論和實(shí)驗(yàn)確定。本實(shí)用新型利用了牙齒的偏轉(zhuǎn)，使三個(gè)牙輪各排齒圈上的牙齒齒頂中心線與牙齒在井底滑動(dòng)速度方向相垂直，有效地增大了牙齒刮削面積，提高了鉆井的機(jī)械鉆速。本實(shí)用新型在原有鑲齒三牙輪鉆頭基礎(chǔ)上改進(jìn)后，鉆頭加工成本基本不變。
以下結(jié)合附圖
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明附圖為本實(shí)用新型所描述鑲齒三牙輪鉆頭的總裝圖；1為牙爪；2為牙輪；3為牙齒，A向視圖表征偏轉(zhuǎn)角θ的偏轉(zhuǎn)方向，本實(shí)用新型所描述的牙齒齒頂中心線最佳偏轉(zhuǎn)角θ在0°～40°范圍內(nèi)。
使用本實(shí)用新型進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，采用本實(shí)用新型后，顯著地提高了鑲齒三牙輪鉆頭的破巖效率，機(jī)械鉆速可提高18.9％～80％，大大地降低了鉆井成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求1.一種用于石油與天然氣鉆井的鑲齒三牙輪鉆頭，主要由牙爪，牙輪和牙齒組成，其特征在于所說(shuō)的牙齒齒頂中心線相對(duì)于牙輪錐體母線方向偏轉(zhuǎn)一定角度。
2.按權(quán)利要求1所述的鑲齒三牙輪鉆頭，其特征在于鉆頭處于倒置位置時(shí)牙齒齒頂中心線應(yīng)相對(duì)牙輪錐體母線方向反時(shí)針偏轉(zhuǎn)0°～40°角。
專利摘要本實(shí)用新型是一種用于石油與天然氣鉆井的鑲齒三牙輪鉆頭，與現(xiàn)有的鑲齒三牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)不同，其特點(diǎn)在于這種鉆頭所鑲牙齒的齒頂中心線不與牙輪錐體母線平行，而是在鉆頭處于倒置位置時(shí)所鑲牙齒的齒頂中心線相對(duì)于牙輪錐體母線方向反時(shí)針偏轉(zhuǎn)了一定角度。根據(jù)不同地層條件，只要各牙輪不同齒圈采用不同的偏轉(zhuǎn)角，而不改變其它結(jié)構(gòu)參數(shù)，即可大大提高破巖效率，降低鉆井成本。
文檔編號(hào)E21B10/46GK2082755SQ9121413
公開(kāi)日1991年8月14日 申請(qǐng)日期1991年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1991年2月2日
發(fā)明者馬德坤, 侯季康, 林玉龍, 李樹(shù)盛, 楊迎新 申請(qǐng)人:西南石油學(xué)院