專利名稱：準漸開線形牙齒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種準漸開線形牙齒，用于三牙輪鉆頭，特別適用于石油天然氣鉆進極軟至中硬地層，可提高鉆頭的機械鉆速，延長牙齒使用壽命。
牙齒是影響三牙輪鉆頭破巖效率的主要因素，牙齒形狀的改變不但直接影響三牙輪鉆頭的機械鉆速，還影響其工作壽命，因此，國內(nèi)外都很重視對牙齒齒形的研究，設(shè)計了一系列適合于各類地層的齒形。針對極軟至中硬地層，目前國際上認為最佳的齒形是美國休斯公司新推出的“鏟齒”和“超級鏟齒”，這兩種齒的特點是其引導(dǎo)面與尾隨面為圓弧面(形)?！俺夌P齒”的引導(dǎo)面與尾隨面的相交處偏移了齒中心線，決定引導(dǎo)面與尾隨面形狀和位置的是它們各自的圓半徑和圓心位置，設(shè)計這種形狀牙齒的目的是為了使牙齒吃入地層過程中垂直于井底表面，從而改善其受力狀態(tài)，防止斷齒，同時能有效地吃入地層，帶出部分巖屑，提高破巖效率，但實際上，目前的齒形設(shè)計基本上都只是孤立地考慮牙齒形狀，這種形狀的牙齒在吃入地層的各種吃入角下不能保持與井底表面基本垂直，因而不能滿足其設(shè)計理論要求，影響了其破巖效率的提高。
本實用新型的目的在于提供一種改進的準漸開線形牙齒，可保證牙齒在任何吃入角下都能垂直于井底表面，有效地防止斷齒，提高鉆頭破巖效率。
本實用新型描述的準漸開線形牙齒，將鉆頭，牙輪和牙齒在牙輪上的位置以及牙齒破巖運動過程綜合考慮，推出了適合各種鉆頭上不同齒圈上使用的牙齒齒形方程式，牙齒齒形的前部引導(dǎo)面和后部尾隨面均為準漸開線形曲面，其曲面方程分別為X＝R(sinψ－ψcosψ)＋W(ψ)cosψ引導(dǎo)面曲面方程Y＝R(cosψ＋ψsinψ)－W(ψ)sinψX＝R(sinψ－ψcosψ)－W(ψ)cosψ尾隨面曲面方程Y＝R(cosψ＋ψsinψ)＋W(ψ)sinψ其中R＝R1＋H，R1為該牙齒中心所在牙輪上齒圈的圓半徑，H為齒高的百分之二十，ψ為吃入角，W(ψ)為強度要求的半齒寬。
本實用新型所描述牙齒的特點還在于其引導(dǎo)面與尾隨面之間的中面是標準的漸開線形曲面，中面上任一點在其法線上與引導(dǎo)面和尾隨面的交點之間的距離相等，中面曲面方程為X＝R(sinψ－ψcosψ)中面曲面方程
Y＝R(cosψ＋ψsinψ)
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明附


圖1為本實用新型所描述牙齒吃入井底時的工作原理圖。
附圖2為本實用新型所描述一種典型牙齒的外形圖。其中左圖為牙齒正視圖，右圖為牙齒側(cè)視圖。
附
圖1中，1為牙輪，2為牙齒，3為井底表面，ψ為吃入角，R1為牙齒中心所在齒圈的圓半徑，ω為牙輪轉(zhuǎn)動角速度，X、Y為座標軸。
附圖2中，1為引導(dǎo)面，2為中面，3為尾隨面，其引導(dǎo)面和面尾隨面為準漸開線形曲面，其中面為漸開線形曲面，在任何吃入角下，該曲面與井底表面相交處的中面切平面都垂直于井底表面，這樣就保證了在任何吃入角下，該牙齒均能保持垂直吃入地層。
本實用新型準漸開線形牙齒不僅可鑲裝在鑲齒三牙輪鉆頭的各內(nèi)排及外排齒圈上，而且也可作為銑齒三牙輪鉆頭牙齒齒形。試驗結(jié)果表明，使用本實用新型后，顯著地提高了三牙輪鉆頭的破巖效率，有效地防止了斷齒。
權(quán)利要求1.一種準漸開線形牙齒，其特征在于，牙齒的引導(dǎo)面和尾隨面均為準漸開線形曲面，牙齒的中面為漸開線形曲面。
2.按權(quán)利要求1所述的準漸開線形牙齒，其特征在于牙齒中面上任意一點在其法線上與引導(dǎo)面和尾隨面交點之間的距離相等。
專利摘要一種用于三牙輪鉆頭的準漸開線形牙齒，其特點在于牙齒前部引導(dǎo)面和牙齒后部尾隨面均為準漸開線形曲面，牙齒中面為漸開線形曲面，且中面上任意一點在其法線上與引導(dǎo)面和尾隨面交點之間的距離相等，從而使牙齒在任何吃入角下部能始終保持垂直吃入地層，改善了牙齒受力狀態(tài)，有效地防止了斷齒，明顯提高了破巖效率。
文檔編號E21B10/16GK2101740SQ9121463
公開日1992年4月15日 申請日期1991年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月15日
發(fā)明者周德勝, 馬德坤, 侯季康 申請人:西南石油學(xué)院