一种镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头包括钻头基体(3)和牙轮(1)，钻头基体(3)的内部设有储油囊(2)、注水孔(6)以及与注水孔(6)相通的两个斜水孔(7)，钻头基体(3)的外部设有与储油囊(2)相通的传压孔，钻头基体(3)的端部斜向内伸出有台阶轴(18)，牙轮(1)的上设有与注水孔(6)相通的中心孔(15)，牙轮(1)的外部镶装有切削齿。该技术方案实现PDC钻头与牙轮钻头一体化，大大提高钻头工作指标，降低了钻头成本。
【专利说明】
一种镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头
技术领域
[0001]本发明涉及石油钻井领域，尤其是涉及一种镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头。
【背景技术】
[0002]目前凿岩钻头仍以三牙轮钻头为主要工具，但是单牙轮钻头有许多特点优于三牙轮钻头:(I)国内外高转速钻井多采螺杆钻具和涡沦钻具，钻头转速为300—600r/min，属于超高转速，三牙轮钻头牙轮的转速是钻头转速的1.5倍，其牙轮转速将达到450—900r/min，而单牙轮钻头牙轮的转速是钻头转速的0.75倍，其牙轮的转速约为225—450r/min，牙轮的转速约为三牙轮钻头牙轮转速的一半，因此用单轮钻头取代三牙轮钻头可以大副度提高钻头工作指标及降低钻井成本；(2)单牙轮钻头的球形牙轮能提供最大的轴承空间，其轴承承载面积比三个锥形牙轮提供轴承空间之和大得多，承载面积可扩大5-8倍，有利于最大限度地提高轴承寿命；(3)单牙轮钻头的球形牙轮能提供最大的布齿空间使球形井底得到高效全面破碎，提高钻头工作指标和降低钻井成本；(4)单牙轮钻头牙齿以刮削方式破碎球形井底岩石，比三牙轮钻头齿冲击破岩效率高；(5)球形牙轮强度高能承受更大的钻压和转速；(6)掉牙轮事故发生少，在轴承密封失效严重磨损后也不会掉牙轮；(7)更容易实现牙轮钻头与PDC钻头一体化，最大限度地提高钻头工作制标及降低钻井成本。因此对于单牙轮钻头的不断研发创新具有深远的意义。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头，实现了PDC钻头与牙轮钻头一体化，大大提高了钻头工作指标，降低了钻头成本。
[0004]为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
[0005]—种镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头，包括钻头基体和牙轮，其特征在于，所述钻头基体的内部设有储油囊、注水孔以及与注水孔相通的两个斜水孔，钻头基体的外部设有与储油囊相通的传压孔，钻头基体的端部斜向内伸出有台阶轴，所述牙轮上设有与注水孔相通的中心孔，中心孔内安装有喷嘴，牙轮的外部镶装有切削齿，所述切削齿包含硬质合金齿和复合齿；
[0006]所述牙轮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，所述台阶轴上设置有与所述内壁弧形槽对应的外壁弧形槽，外壁弧形槽与内壁弧形槽之间安装有滚珠；
[0007]所述台阶轴的外部设置有储油槽，台阶轴的内部设有与所述储油囊和储油槽相通的轴油孔，台阶轴的端部设有轴台阶，所述台阶状安装盲孔的大孔靠近开口处设有牙轮槽，台阶轴靠近所述轴台阶处与所述牙轮槽之间安装有轮金属环，轮金属环与牙轮槽之间设有轮密封圈。
[0008]进一步地，所述牙轮上设置有六排切削齿，每排切削齿从牙轮顶部到根部分布，每两相邻齿排的切削齿在旋转轨迹上等距错位。
[0009]进一步地，所述每排切削齿中靠近顶部的三颗切削齿为复合齿。
[0010]进一步地，所述钻头基体上设有四组保径齿。
[0011 ] 进一步地，所述的四组保径齿，每组保径齿分别为两个，一个为硬质合金保径齿，另一个为复合保径齿。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]进一步地，所述的喷嘴为内六方硬合金喷嘴。
[0015]进一步地，所述滚珠为钢珠。
[0016]本发明的技术方案具有以下的优点:(I)在牙轮上镶装硬质合金齿与复合齿，实现了PDC钻头与牙轮钻头一体化，大大提高了钻头的工作指标，降低了钻井成本；(2)台阶轴与轴套组成的浮动轴承采用O形橡胶圈与金属环密封组合以及储油囊平衡轴承内外压差，大大提高了轴承寿命；(3)采用中心孔、与双斜水孔联合清洗井岩肩提高其上返速度，有利提高钻头工作指标和降低钻井成本；(4)本发明的牙轮上这种在旋转轨迹上等距错位的六排切削齿布齿结构，碎岩效果更好。
【附图说明】
[0017]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。
[0018]图1是本发明的一种镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头的主视图；
[0019]图2是图1俯视图。
[0020]图中:1、牙轮;2、储油囊;3、钻头基体;4、硬质合金保径齿;5、复合保径齿;6、注水孔;7、斜水孔;8、浮动环;9、轮密封圈；10、轮金属环；11、轴套；12、滚珠；13、止推圈；14、喷嘴;15、中心孔;16、复合齿;17、硬质合金齿;18、台阶轴;19、储油槽。
【具体实施方式】
[0021]参照图1，本发明的一种镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头的主视图。
[0022]牙轮I上镶装有六排切削齿，每排切削齿从牙轮顶部到根部分布，每两相邻齿排的切削齿在旋转轨迹上等距错位，这些切削齿包含硬质合金齿17和复合齿16，复合齿16是一种切削面设有聚晶金刚石层的硬质合金齿17，每排切削齿中靠近顶部的三颗切削齿为复合齿16，其余切削齿间歇布置复合齿16和硬质合金齿17。这种混合布齿结构实现了F1DC钻头与牙轮钻头一体化，破岩效果更好，大大提高了钻头的工作指标，降低了钻井成本
[0023]牙轮I是套装在台阶轴18上的，为防止牙轮I在钻采过程中从台阶轴18上脱落，在牙轮I上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，台阶轴18上设置有与内壁弧形槽对应的外壁弧形槽，一方面在外壁弧形槽与内壁弧形槽之间通过滚珠14来限制牙轮I脱落，另一方面在台阶轴18顶端面和台阶状安装盲孔的台阶之间设有止推圈13进行限位。
[0024]为了更好的清洗牙轮I上的岩肩以及携带井底岩肩上返，在钻头基体3内部设有注水孔6以及与注水孔6相通的两个斜水孔7，在牙轮I内设有与注水孔6相通的中心孔15，中心孔15内安装有喷嘴14。注水孔6注入泥浆后，通过斜水孔7和中心孔15喷出分别清洗井底岩肩和牙轮表面，并携带井底岩肩上返，从而提高钻头工作指标以及降低钻井成本。
[0025]为实现由台阶轴18与轴套11组成的轴承的密封和润滑，在钻头基体3的内部设有储油囊2，台阶轴18的外部设置有储油槽19，台阶轴18的内部设有与储油囊2和储油槽19相通的轴油孔，台阶轴18的端部设有轴台阶，台阶状安装盲孔的大孔靠近开口处设有牙轮槽，台阶轴18靠近所述轴台阶处与所述牙轮槽之间安装有轮金属环10，轮金属环2与牙轮槽之间设有轮密封圈9;轮金属环10的外径密封面包含斜面和平面，牙轮槽底面包含与轮金属环10的径向密封面对应的斜面和平面。具体来讲轮密封圈9被径向和轴向压缩后推动轮金属环10，使其端面贴紧浮动环8上端面，并使其下端面贴紧的轴跟台面，组成两组可相互转动密封端面，实现超高速旋转条件下轮金属环10端面的轴向动密封和轮密封圈9的径向静密封的双向组合密封，轮密封圈9用氢化丁腈橡胶制造，轮金属环10由高速工具钢制成，精制后研磨抛光使密封面成镜面HRC60—65，轴跟台面堆焊耐磨合金，热处理研磨后抛光台面。这种结构可以更好的密封和平衡轴承内外的压力。
[0026]钻头基体3上设有沿周向的四组保径齿，每组保径齿分别为两个，一个为硬质合金保径齿4，另一个为复合保径齿5，复合保径齿5是一种的切削面设有聚晶金刚石层的硬质合金保径齿4，这种结构具有不易磨损，保径效果更好等优点。
[0027]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】
1.一种镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头，包括钻头基体(3)和牙轮(I)，其特征在于，所述钻头基体(3)的内部设有储油囊(2)、注水孔(6)以及与注水孔(6)相通的两个斜水孔(7)，钻头基体(3)的外部设有与储油囊(2)相通的传压孔，钻头基体(3)的端部斜向内伸出有台阶轴(18)，所述牙轮(I)上设有与注水孔(6)相通的中心孔(15)，中心孔(15)内安装有喷嘴(14)，牙轮(I)的外部镶装有切削齿，所述切削齿包含硬质合金齿(17)和復合齿(16); 所述牙轮(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，所述台阶轴(18)上设置有与所述内壁弧形槽对应的外壁弧形槽，外壁弧形槽与内壁弧形槽之间安装有滚珠(12); 所述台阶轴(18)的外部设置有储油槽(19)，台阶轴(18)的内部设有与所述储油囊(2)和储油槽(19)相通的轴油孔，台阶轴(18)的端部设有轴台阶，所述台阶状安装盲孔的大孔靠近开口处设有牙轮槽，台阶轴(18)靠近所述轴台阶处与所述牙轮槽之间安装有轮金属环(10)，轮金属环(10)与牙轮槽之间设有轮密封圈(9)。2.根据权利要求1所述的镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头，其特征在于，所述牙轮(I)上设置有六排切削齿，每排切削齿从牙轮顶部到根部分布，每两相邻齿排的切削齿在旋转轨迹上等距错位。3.根据权利要求2所述的镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头，其特征在于，所述每排切削齿中靠近顶部的三颗切削齿为復合齿(16)。4.根据权利要求1所述的镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头，其特征在于，所述钻头基体(3)上设有四组保径齿。5.根据权利要求4所述的镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头，其特征在于，所述的四组保径齿，每组保径齿分别为两个，一个为硬质合金保径齿(5)，另一个为復合保径齿(4)。6.根据权利要求1所述的镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头，其特征在于，所述轮金属环(10)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(10)的径向密封面对应的斜面和平面。7.根据权利要求6所述的镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头，其特征在于，所述轮密封圈(9)为氢化丁腈橡胶制造，轮金属环(10)为高速工具钢制成。8.根据权利要求1所述的镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头，其特征在于，所述的喷嘴(14)为内六方硬合金喷嘴。9.根据权利要求1所述的镶装聚晶复合齿的单牙轮钻头，其特征在于，所述滚珠(12)为钢珠。
【文档编号】E21B10/24GK105909178SQ201610378325
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】孙泰林, 刘新军, 肖文彬
【申请人】陕西金刚石油机械有限公司