一种前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头的制作方法
【专利摘要】本发明属于石油钻井领域，具体公开了一种前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头，包括一种前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头，包括牙轮(1)和钻头基体(2)，所述钻头基体(2)的端部设有斜向内伸出的大轴(15)，大轴(15)上设有牙轮(1)，钻头基体(2)的内部设有注水孔(6)以及与注水孔(6)相通的前向斜水孔(7)和后向斜水孔(5)，所述前向斜水孔(7)与大轴(15)倾向相同，所述后向斜水孔(5)与大轴(15)倾向相背；所述牙轮(1)上设有多排旋转轨迹等距错位的齿孔，齿孔内过盈安装有切削齿(22)。本发明的这种方案具有钎焊固齿稳定、牙轮轴承空间大以及破岩更加全面等优点。
【专利说明】
一种前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头
技术领域
[0001]本发明涉及石油钻井领域，尤其是涉及一种前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头。
【背景技术】
[0002]进几年来在岩石钻头领域里出现使用的混合钻头同时具有牙轮钻头齿和PDC钻头齿联合破岩技术，提高了钻头工作指标和降低了钻井成本，是钻头两项技术的最新发展。
[0003]专利号:200880016630，专利的名称是“一种混合钻头及其钻进方法”；专利号:2012105525560，专利名称“一种强化心部切削功能的混合钻头”。
[0004]上述的两种混合钻头在制造上都是采用圆柱形聚晶复合齿柱，在工艺上存在一些缺点，一是把卧式复合齿柱钎焊在刀翼端面的圆柱形的凹槽面上，钎焊温度不易控制，固牢复合齿的可靠性差，二是牙轮体积太小能容纳轴承的空间小，牙轮转速高轴承寿命低易失效，三是牙轮齿只是在复合齿圆弧部分井底参与复合齿联合破岩。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头，克服了钎焊固齿不稳定、牙轮轴承空间小以及破岩局限性小的缺点。
[0006]为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
[0007]—种前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头，包括牙轮和钻头基体，其特征在于，所述钻头基体的端部设有斜向内伸出的大轴，大轴上设有牙轮，钻头基体的内部设有注水孔以及与注水孔相通的前向斜水孔和后向斜水孔，所述前向斜水孔与大轴倾向相同，所述后向斜水孔与大轴倾向相背；
[0008]所述牙轮上设有多排旋转轨迹等距错位的齿孔，齿孔内过盈安装有切削齿，所述切削齿的切削面烧结有聚晶金刚石层；
[0009]所述牙轮内设有台阶状安装盲孔，所述台阶状安装盲孔的大孔靠近台阶处设有内壁弧形槽，大轴上设置有与所述内壁弧形槽对应的外壁弧形槽，所述外壁弧形槽与内壁弧形槽之间安装有多个滚珠，在所述大轴端面和台阶状安装盲孔的台阶之间设有止推圈；
[0010]所述大轴根部设有轴台阶，所述台阶状安装盲孔的大孔靠近开口处设有牙轮槽，在大轴与牙轮槽之间设有轮金属环，在所述轮金属环与牙轮槽之间设有轮密封圈；
[0011]所述钻头基体上设有传压孔，所述大轴的外壁上设置有储油槽，大轴的端部设有小圆柱孔，小圆柱孔中过盈安装有小轴，小轴内设有轴油孔，小轴与小圆柱孔之间设有储油囊，所述储油囊分别与所述传压孔、储油槽和轴油孔相通。
[0012]进一步地，所述牙轮上设有三排前齿孔组和三排后齿孔组，所述前齿孔组与所述后齿孔组间隔设置。
[0013]进一步地，所述前齿孔组包含七个齿孔，所述后齿孔组包含六个齿孔。
[0014]进一步地，所述轮金属环的外径密封面包含斜面和平面，所述牙轮槽底面包含与轮金属环的径向密封面对应的斜面和平面。
[0015]进一步地，所述前伸斜水孔和后伸斜水孔内分别安装有喷嘴，喷嘴外设有喷嘴套，喷嘴套与喷嘴之间安装有喷嘴密封圈。
[0016]进一步地，所述的喷嘴为内六方硬合金喷嘴。
[0017]进一步地，所述轮密封圈为氢化丁腈橡胶制造，轮金属环为高速工具钢制成。
[0018]进一步地，所述钻头基体上设置有四组保径齿，每组保径齿分别为两个。
[0019]进一步地，所述保径齿的切削面上烧结有聚晶金刚石层。
[0020]本发明在提高钻头工作指标，降低钻井成本方面具有显著的有益效果:(I)在本发明技术方案的这种牙轮钻头中设计的两组双向斜喷射系统分别向前后，向后喷射流清洗井岩肩，不仅加强了牙轮以及井壁的清洗，还提高携带岩肩的上返速度，有利提高钻头工作指标和降低钻井成本；(2)解决聚晶復合齿的齿型及固齿技术问题，把圆柱形聚晶復合齿改进成类似牙轮钻头的齿型在切削齿面烧结一层聚晶金刚层，提高齿耐磨性，固齿工艺用牙轮齿的固齿技术，使牙轮齿在井底高效全面破碎井底岩石；(3)牙轮采用球形牙轮可为轴承提供较大的轴承空间提高轴寿命，轴承直径和零件尺寸比三牙轮钻头约大一倍，可提高轴寿命，实现用聚晶復合齿镶装在牙轮上与牙轮储油密封高速滑动轴承一体化；(4)对于钻头的保径，采用的保径齿是一种切削面烧结有聚晶金刚石层硬质合金齿，这种保径齿更加耐磨，保径效果更好；(5)本发明技术方案所设计的六排齿孔组，共计镶装39颗齿，其破岩效果更好。
【附图说明】
[0021]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0022]图1是本发明的一种前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头的主视图；
[0023]图2是图1俯视图；
[0024]图3是图1的局部放大图。
[0025]图中:1、牙轮;2、钻头基体;3、传压孔;4、保径齿;5、后向斜水孔;6、注水孔;7、前向斜水孔;8、喷嘴套;9、喷嘴密封圈；10、喷嘴；11、浮动环；12、轮金属环；13、轮密封圈；14、大轴套；15、大轴；16、滚珠；17、止推环；18、小轴；19、轴油孔;20、储油囊;21、储油槽;22、切削齿;23、前排齿孔组;24、后排齿孔组。
【具体实施方式】
[0026]参照图1，本发明的一种前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头的结构示意图，钻头基体2端部设有斜向内伸出有大轴15，大轴15上设有牙轮I，钻头基体2的内部设有注水孔6以及与注水孔6相通的前向斜水孔7和后向斜水孔5，前向斜水孔7与大轴15倾向相同，后向斜水孔5与大轴15倾向相背。前伸斜水孔7和后伸斜水孔5内分别安装有喷嘴10，喷嘴10外设有喷嘴套8，喷嘴套8与喷嘴1之间安装有喷嘴密封圈9。
[0027]从前向斜水孔7的喷出的高速泥浆喷向牙轮I两侧，清洗牙轮I并携带井底岩肩上返;从后向斜水孔5喷出的高速泥浆喷向牙轮I后侧，清洗牙轮并携带底岩肩，这种清洗方式更加尚效，可提尚钻头工作指标以及降低钻井成本。
[0028]参照图2，牙轮I上设有多排旋转轨迹等距错位的齿孔，具体为间隔分布的三排前排齿孔组23和三排后排齿孔组24，所述前排齿孔组23包含七个齿孔，后排齿孔组24包含六个齿孔，齿孔内过盈安装有切削齿22，切削齿22的切削面烧结有聚晶金刚石层。牙轮I上共布39颗切削齿，其破岩更加充分。
[0029]牙轮I内设有台阶状安装盲孔，台阶状安装盲孔的大孔靠近台阶处设有内壁弧形槽，大轴15上设置有与内壁弧形槽对应的外壁弧形槽，在外壁弧形槽与内壁弧形槽之间安装有多个滚珠16防止牙轮I脱落，在大轴15端面和台阶状安装盲孔的台阶之间设有止推圈17对牙轮I进行轴向限位。
[0030]钻头基体2上设有传压孔3，大轴15的外壁上设置有储油槽21，大轴15的端部设有小圆柱孔，小圆柱孔中过盈安装有小轴18，小轴18内设有轴油孔19，小轴18与小圆柱孔之间设有储油囊20，储油囊20分别与传压孔3、储油槽21和轴油孔19相通。
[0031]钻头工作时牙轮I产生轴向串动使由大轴15、大轴套14、滚珠16和止推环17组成的轴承内外产生压力差，储油囊20的轴向变形通过传压孔3与泥浆相通来平衡轴承内外的压差，推动储油囊20内的钻头脂从轴油孔19进入大轴15间隙，使其大轴套14和止推环17交替工作，可提尚轴承的寿命。
[0032]参照图3，大轴15根部设有轴台阶，台阶状安装盲孔的大孔靠近开口处设有牙轮槽，在大轴与牙轮槽之间设有轮金属环12，在轮金属环12与牙轮槽之间设有轮密封圈13;轮金属环12的外径密封面包含斜面和平面，所述牙轮槽底面包含与轮金属环12的径向密封面对应的斜面和平面。轮密封圈13为氢化丁腈橡胶制造，轮金属环12为高速工具钢制成。被径向和轴向压缩的轮密封圈13推动轮金属环12，使其端面贴紧浮动环11上端面并使其下端面贴紧的轴台阶，组成两组可相互转动密封端面，实现高速旋转条件下轮金属环12端面的轴向动密封和轮密封圈13的径向静密封。
[0033]钻头基体2上设置有四组保径齿4，每组保径齿4分别为两个，保径齿4的切削面上烧结有聚晶金刚石层。这种结构可加强钻头保径和提高钻头工作稳定性。
[0034]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头，包括牙轮(I)和钻头基体(2)，其特征在于，所述钻头基体(2)的端部设有斜向内伸出的大轴(15)，大轴(15)上设有牙轮(I)，钻头基体(2)的内部设有注水孔(6)以及与注水孔(6)相通的前向斜水孔(7)和后向斜水孔(5)，所述前向斜水孔(7)与大轴(15)倾向相同，所述后向斜水孔(5)与大轴(15)倾向相背； 所述牙轮(I)上设有多排旋转轨迹等距错位的齿孔，齿孔内过盈安装有切削齿(22)，所述切削齿(22)的切削面烧结有聚晶金刚石层； 所述牙轮(I)内设有台阶状安装盲孔，所述台阶状安装盲孔的大孔靠近台阶处设有内壁弧形槽，大轴(15)上设置有与所述内壁弧形槽对应的外壁弧形槽，所述外壁弧形槽与内壁弧形槽之间安装有多个滚珠(16)，在所述大轴(15)端面和台阶状安装盲孔的台阶之间设有止推圈(17); 所述大轴(15)根部设有轴台阶，所述台阶状安装盲孔的大孔靠近开口处设有牙轮槽，在大轴与牙轮槽之间设有轮金属环(12)，在所述轮金属环(12)与牙轮槽之间设有轮密封圈(13)； 所述钻头基体(2)上设有传压孔(3)，所述大轴(15)的外壁上设置有储油槽(21)，大轴(15)的端部设有小圆柱孔，小圆柱孔中过盈安装有小轴(18)，小轴(18)内设有轴油孔(19)，小轴(18)与小圆柱孔之间设有储油囊(20)，所述储油囊(20)分别与所述传压孔⑶、储油槽(21)和轴油孔(19)相通。2.根据权利要求1所述的前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头，其特征在于，所述牙轮(I)上设有三排前齿孔组(23)和三排后齿孔组(24)，所述前齿孔组(23)与所述后齿孔组(24)间隔设置。3.根据权利要求2所述的前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头，其特征在于，所述前齿孔组(23)包含七个齿孔，所述后齿孔组(24)包含六个齿孔。4.根据权利要求1所述的前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头，其特征在于，所述轮金属环(12)的外径密封面包含斜面和平面，所述牙轮槽底面包含与轮金属环(12)的径向密封面对应的斜面和平面。5.根据权利要求1所述的前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头，其特征在于，所述前伸斜水孔(7)和后伸斜水孔(5)内分别安装有喷嘴(1)，喷嘴(10)外设有喷嘴套(8)，喷嘴套(8)与喷嘴(1)之间安装有喷嘴密封圈(9)。6.根据权利要求5所述的前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头，其特征在于，所述的喷嘴(10)为内六方硬合金喷嘴。7.根据权利要求1所述的前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头，其特征在于，所述轮密封圈(13)为氢化丁腈橡胶制造，轮金属环(12)为高速工具钢制成。8.根据权利要求1所述的前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头，其特征在于，所述钻头基体(2)上设置有四组保径齿(4)，每组保径齿(4)分别为两个。9.根据权利要求8所述的前后喷射式聚晶复合单牙轮钻头，其特征在于，所述保径齿(4)的切削面上烧结有聚晶金刚石层。
【文档编号】E21B10/24GK105863515SQ201610377424
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】孙泰林, 刘新军, 尚明, 张鹏
【申请人】陕西金刚石油机械有限公司