新型单牙轮钻头牙轮高效流道系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钻井工具技术领域，尤其涉及一种新型单牙轮钻头牙轮高效流道系统。
【背景技术】
[0002]单牙轮钻头是在地壳中破碎岩石的一种工具，广泛应用与石油、天然气钻井以及其他矿产资源钻探和开发等领域。
[0003]众所周知，地表上有许多地方如海洋、江湖、大沙漠、沼泽地带，人口稠密的城市、港口、交通枢纽、工业重镇、军事要塞等地，都不大可能用钻直井的方法来勘探和开发石油和天然气。另外还有地质开发和工程上的原因，例如裂缝性油气藏、断层油气藏、油层溥，油稠，底水离油层近而且非常活跃的油藏，钻探直井根本没有多大开发价值。十年前由于钻井技术落后，因此钻探的油气井多数是直井(我国这种情况尤为凸出)。油田油层都有一定厚度，油气层位、储量有大有小有多有少。导致直井生产周期寿命短。近几年来世界油气价格持续低迷，新技术新能源持续发展，世界经济以及人类的生产生活对石油依赖层度日益下降。而开发一口新油气井轻则几千万，重则数亿元资金。同时开发新油气井也会对生态环境造成永久致命的伤害。如何降低钻探行业的生产成本和保护我们赖以生存的生态环境，是整个钻井工具技术领域和钻探行业必须思考和急待解决的难题。
[0004]钻井工具的发展才能推动钻井技术的前进。钻井技术的发展就像树木生长的“根深叶茂”、‘本固枝荣’规律一样，有着它自已的发展规律，以前的钻井基本上都是直井，有钻井技术低的关糸，也有世界经济以及人类的生产生活对石油依赖层度高导致油价高昂原因、还有油气层浅且储量大、人类对自然生态环境保护意识溥弱、钻探生产成本低等原因。而现如今不得不向更多领域开拓空间，油气井也开始向“横” “深” “小” “巧”方向发展。一口主井开数口天窗钻小井眼丛井，水平井，延伸井；老井开天窗钻小井眼定向井提尚广能。才是降低生产成本、保护自然生态环境、多找油、创高产的主要发展方向。发展新型钻探工具好比是钻井的“根”，钻井技术是“本”，钻井技术有好的“根本”才能“枝叶繁茂”，钻探工具进步才能推动钻井技术的发展，为油气勘探开发开辟新的途径。
[0005]钻探技术如何顺应时代发展，向“横” “深” “小” “巧”方向发展，有必要大力开发主要用于钻探定向小井眼和深井的重要钻井工具:单牙轮钻头。苏联是最早使用与研宄单牙轮钻头的国家，我国这几年有开始大量使用，主要用于钻探深井、小井眼丛井、老井开窗和加深增产。采取螺杆钻具与单牙轮钻头组合使用，此举降低了钻探周期，节约了成本，提高了产量，取得了很好的经济效益。
[0006]单牙轮钻头与三牙轮钻头相比，牙轮自转比公转转速低，转速比约0.3:1，而三牙轮钻头牙轮自转与公转转速比为1.5:1，因此复合钻井时单牙轮钻头轴承寿命更长。又因为单牙轮钻头比三牙轮钻头轴承尺寸大得多，因而能承受更大的钻压和冲击载荷。
[0007]但是现有的单牙轮钻头缺点又很明显，它主要表现在:
1、现有的槽形流道形式，工作时泥浆功效较低，容易形成井底井壁岩肩辅垫，磨损牙轮壳体和牙齿，导致钻头先期损坏。又因为磨损牙轮壳体和牙齿同时也会产生高温使轴承密封系统失致。
[0008]2、现有的槽形流道形式，由于布齿量少，尤其在牙轮顶部与井底的永久接触区，因此钻头牙齿磨损和损坏成为单牙轮钻头短时间失效的重要原因。
[0009]3、现有的槽形流道形式，牙轮旋转到槽形流道时，没有牙齿切入地层，牙轮转动不通畅转速慢，机械钻速低。
[0010]4、现有的槽形流道形式，钻头制造生产生时牙轮压入牙齿工序，牙轮顶齿很容易压裂壳体，并且固齿力小。
[0011]5、现有的槽形流道形式，钻头在使用过程中如受到异常大载荷，或使用后期，会出现牙轮壳体裂开成两半的严重后果。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种新型单牙轮钻头牙轮高效流道系统，克服现有的单牙轮钻头牙轮流道的不足以及满足钻采领域的需求。
[0013]本发明为实现上述目的，采用以下技术方案:一种新型单牙轮钻头牙轮高效流道系统，其特征在于:包括牙轮壳体主球面、牙轮顶部流道、牙轮主体流道，所述牙轮顶部流道设置在所述牙轮壳体主球面的顶部表层，所述牙轮主体流道设置在所述牙轮壳体主球面的表层，以一道或多道槽形流道构成，流道槽底为圆弧形，与牙轮轴线形成夹角或螺旋环绕。相对于现有的平行于牙轮轴线的流道槽形式，不但可以增加一道或多道流道槽，利于泥浆大量顺利通过和有效清洗井底，而且可以多布20-30%的牙齿。由于现有的平行于牙轮轴线的流道槽，在牙轮旋转到流道槽位置时没有牙齿压入井底，因此牙轮在工作时会出现断续而跳动，而新型单牙轮钻头主体流道由于与牙轮轴线形成夹角或螺旋环绕，总有牙齿切入地层，因而牙轮工作平稳有效。
[0014]优选地，所述牙轮顶部流道所处的整体球面低于所述牙轮壳体主球面l-8mm。相对于现有的槽形流道形式，有利于泥浆大量顺利通过和有效清洗井底。
[0015]优选地，所述牙轮顶部流道有两种形式，一种形式为整体球面，一种形式为整体球面上有较浅流道槽。相对于现有的槽形流道形式，不但有利于泥浆大量顺利通过和有效清洗井底，而且牙轮制造压入牙齿时不会出压裂壳体现象，同时固齿力更大更有效。并且由于单牙轮钻头顶部与井底是永久接触区，镶嵌齿的多少直接影响钻头的机械钻速和寿命，此结构牙轮顶部可以多布齿，提高钻头的机械钻速和寿命。顶部流道凹于牙轮主球面多少，顶齿就高于主球面上的牙齿多少，井底曲线平滑。
[0016]本发明的有益效果是:新型单牙轮钻头牙轮流道系统，满足了钻探领域的需求，大幅提高了单牙轮钻头的机械钻速和寿命，更加安全可靠。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的一种结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3为本发明的另一种结构示意图；
图4是图3的俯视图； 图5为现有单牙轮钻头牙轮流道系统结构示意图；
图6为图5的俯视图；
图7为本发明的井下工作示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的【具体实施方式】。如图1和图2所示:一种新型单牙轮钻头牙轮流道系统，包括牙轮壳体主球面、牙轮顶部流道1、牙轮主体流道2，牙轮顶部流道1、牙轮主体流道2相连或相容构成单牙轮钻头牙轮流道系统。
[0019]所述牙轮顶部流道，在牙轮制造压入牙齿时不会出压裂壳体现象，同时固齿力更大更有效。由于单牙轮钻头顶部与井底是永久接触区，镶嵌齿的多少直接影响钻头的机械钻速和寿命，此结构牙轮顶部可以多布齿来提高钻头的机械钻速和寿命。
[0020]牙轮顶部流道凹于牙轮主球面多少，顶齿就高于主球面上的牙齿多少，井底曲线平滑。
[0021]所述牙轮主体流道由于与牙轮轴线形成夹角或螺旋环绕，以一道或多道槽形流道构成，流道槽底为圆弧形，相对于现有的平行于牙轮轴线的流道槽形式，可以增加一道或多道流道槽，利于泥浆大量顺利通过和有效清洗井底。相对于现有的槽形流道形式可以多布20-30%的牙齿。
[0022]现有平行于牙轮轴线的流道槽，在牙轮旋转到流道槽位置时没有牙齿压入井底，因此牙轮在工作时会出现断续而跳动，而新型单牙轮钻头主体流道由于与牙轮轴线形成夹角或螺旋环绕，总有牙齿切八地层，因而牙轮工作平稳有效。
[0023]制作工艺:
牙轮顶部流道:一种流道形式由车床在车削牙轮壳体球体面时一并车削制成。另一种流道形式先由车床在车削牙轮壳体球体面时一并车削制成整体球面，首先把牙轮壳体固定在工装上，再用R铣刀或槽形铣刀在牙轮壳体轴心与牙轮顶平面相交处沿壳体球面走刀，走刀同时牙轮壳体旋转，就可以铣出槽形流道。
[0024]铣制牙轮主体流道流程如下:首先把牙轮壳体固定在工装上，用R铣刀从牙轮壳体轴心与牙轮顶平面相交处沿壳体球面走刀，走刀同时牙轮壳体旋转，就可以铣出主体流道。
[0025]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种新型单牙轮钻头牙轮高效流道系统，其特征在于:包括牙轮壳体主球面、牙轮顶部流道、牙轮主体流道，所述牙轮顶部流道设置在所述牙轮壳体主球面的顶部表层，所述牙轮主体流道设置在所述牙轮壳体主球面的表层，以一道或多道槽形流道构成，流道槽底为圆弧形，与牙轮轴线形成夹角或螺旋环绕。
2.根据权利要求1所述的新型单牙轮钻头牙轮高效流道系统，其特征在于:所述牙轮顶部流道所处的整体球面低于所述牙轮壳体主球面l-8mm。
3.根据权利要求2所述的新型单牙轮钻头牙轮高效流道系统，其特征在于:所述牙轮顶部流道有两种形式，一种形式为整体球面，一种形式为整体球面上有较浅流道槽。
【专利摘要】本发明涉及钻井工具技术领域，尤其涉及一种新型单牙轮钻头牙轮高效流道系统，包括牙轮壳体主球面、牙轮顶部流道、牙轮主体流道，所述牙轮顶部流道设置在所述牙轮壳体主球面的顶部表层，所述牙轮主体流道设置在所述牙轮壳体主球面的表层，以一道或多道槽形流道构成，流道槽底为圆弧形，与牙轮轴线形成夹角或螺旋环绕。相对于现有的平行于牙轮轴线的流道槽形式，不但可以增加一道或多道流道槽，利于泥浆大量顺利通过和有效清洗井底，而且可以多布20-30％的牙齿。
【IPC分类】E21B10-08
【公开号】CN104653109
【申请号】CN201510091181
【发明人】陈斌, 胡友生
【申请人】天津立林钻头有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月28日