一种钻井用牙盘金刚石钻头的制作方法
【专利摘要】一种钻井用牙盘金刚石钻头，包括钻头体，钻头体端面设有偏离钻头体轴线的偏心支承柱，偏心支承柱上设有主牙盘轴颈，主牙盘可旋转地支承在主牙盘轴颈上；在偏心支承柱上还设有至少一个副牙盘轴颈，副牙盘可旋转地支承在副牙盘轴颈上。本发明提供的一种钻井用牙盘金刚石钻头，进一步均衡了各个切削齿的切削负荷，延长了本发明的整体使用寿命；增设的副牙盘也提高了本发明的切削效率。
【专利说明】一种钻井用牙盘金刚石钻头
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钻井用的金刚石钻头领域，特别是一种钻井用牙盘金刚石钻头。【背景技术】
[0002]现有的采矿钻进施工中，经常采用牙盘钻头，例如中国专利文献CN 103266855 A中所示的牙盘钻头，这种牙盘在运行时，既随着钻头体公转，牙盘自身还绕着轴颈自转，以切削破碎岩土。但是这种牙盘钻头更适用于钻削半硬和柔软的地层，在硬地层和研磨性强的地层中，易崩齿，部分切削齿例如切削孔外缘的切削齿磨损严重。
[0003]中国专利文献200410013335.3，公开了一种锥形单牙盘钻头，采用了锥形单牙盘的结构，可以使牙盘各部分牙齿的切削负荷合理分布，以减少牙齿的磨损，存在的问题是，牙盘端头的切削量很小，主要的切削量还是集中在牙盘底部的牙齿上，即与孔的外缘位置接触的牙齿磨损依然很高，影响了牙盘的使用寿命。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种钻井用牙盘金刚石钻头，可以进一步延长牙盘的使用寿命，提高牙盘金刚石钻头的切削效率。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种钻井用牙盘金刚石钻头，包括钻头体，钻头体端面设有偏离钻头体轴线的偏心支承柱，偏心支承柱上设有主牙盘轴颈，主牙盘可旋转地支承在主牙盘轴颈上；
在偏心支承柱上还设有至少一个副牙盘轴颈，副牙盘可旋转地支承在副牙盘轴颈上。
[0006]偏心支承柱上设有`一斜面，主牙盘轴颈固设在在斜面上；
主牙盘轴颈和副牙盘轴颈的轴线与水平面夹角为30-60°。
[0007]所述偏心支承柱的偏心距为1/4D± 1/10D，D为钻头体最大外接圆的直径。
[0008]所述的主牙盘的布齿面在水平面上的投影宽度在1/2D1/4D之间。
[0009]主牙盘的布齿面成锥形、球形或球头锥底形。
[0010]布齿面上的切削齿靠近顶端的齿形较小而靠近底端的齿形较大。
[0011]主牙盘的布齿面与钻头体轴线的平行线之间的夹角为广30°。
[0012]所述的副牙盘轴颈为两个，对称布置在主牙盘轴颈的两侧；
副牙盘轴颈的轴线在水平面上的投影与主轴颈垂线之间的夹角为0-30°。
[0013]所述的副牙盘的副牙盘布齿面成锥形、球形或球头锥底形。
[0014]在偏心支承柱的端头设有弧形或锥形的布齿端，在布齿端设有多个切削齿。
[0015]本发明提供的一种钻井用牙盘金刚石钻头，在单牙盘结构的基础上，采用了偏心支承柱和增设副牙盘的结构，从而进一步均衡了各个切削齿的切削负荷，延长了本发明的整体使用寿命；设置的副牙盘主要用于切削孔的外缘部位，由于钻头体旋转时该处的线速度较高，增设的副牙盘使参与该处切削的切削齿数量在现有技术的基础上增加90%以上，因此也提高了本发明的切削效率。尤其是本发明的结构可以在偏心支承柱的端头布齿端设置切削齿，从而结合固定齿式钻头金刚石和牙盘式金刚石钻头的优点，适应性更广，且布齿端设置的切削齿与主牙盘端部切削齿的切削力可以形成一对均衡的力偶，这进一步提高了主牙盘端部切削齿的切削效率。
【专利附图】
【附图说明】[0016]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
图1为本发明的整体结构示意图。
[0017]图2为图1的俯视示意图。
[0018]图3为图2的A-A剖视示意图。
[0019]图中:钻头体1，偏心支承柱2，主牙盘轴颈3，切削齿4，主牙盘5，副牙盘6，副牙盘轴颈7，布齿面8，主轴颈垂线9，钻头体轴线的平行线10，副牙盘布齿面11，布齿端12。
【具体实施方式】
[0020]如图广3中，一种钻井用牙盘金刚石钻头，包括钻头体I，钻头体I上设有用于连接的锥形螺纹部，还设有供液孔和排浆孔，钻头体I工作端面上设有偏离钻头体I轴线的偏心支承柱2，偏心支承柱2上设有主牙盘轴颈3，主牙盘5可旋转地支承在主牙盘轴颈3上；
在偏心支承柱2上还设有至少一个副牙盘轴颈7，副牙盘6可旋转地支承在副牙盘轴颈7上。由此结构，在在单个主牙盘5结构的基础上，增加了至少一个副牙盘6，优选的，在本例中增加了两个副牙盘6，由增加的副牙盘6分担了部分对于孔边缘的切削任务，从而使更多的切削齿4参与对孔边缘部位的切削，降低了单个切削齿4的磨损，提高了切削效率。
[0021]优选的如图1中，偏心支承柱2上设有一斜面，主牙盘轴颈3固设在在斜面上； 主牙盘轴颈3和副牙盘轴颈7的轴线与水平面夹角为30-60°。由此结构，主牙盘5和
副牙盘6在随着钻头体I公转的同时，也实现自转，从而实现牙盘上多个切削齿4的协同作业。
[0022]优选的如图1、2中，所述偏心支承柱2的偏心距h为1/4D±1/10D，D为钻头体I最大外接圆的直径。所述的主牙盘5的布齿面8在水平面上的投影宽度c在1/2D1/4D之间。本例中，与现有技术中相比，缩短了主牙盘5的布齿面8在水平面上的投影宽度，以降低主牙盘5底部位置切削齿4的切削强度，如图1中所示，对于主牙盘5而言，孔边缘切削量最大的部分主要由主牙盘5端部，如图1上左上方部位的切削齿4完成，而主牙盘5底部位置切削齿4则主要切削孔中心位置，并在旋转到孔边缘位置时用于实现扩孔，这较大的降低了主牙盘5底部位置切削齿4的工作负荷，该降低的部分负荷由新增的副牙盘6上的切削齿去承担，从而实现整个金钢石钻头的工作负荷均衡，延长了使用寿命，且采用该结构以后，也才具有足够的空间位置去增设副牙盘6，并且也可以如后述的进一步改进中，在偏心支承柱2的端头设置固定的切削齿4。
[0023]可选的方案中，主牙盘5的布齿面8成锥形、球形或球头锥底形。本例中优选的是球形，此处的球形是为了便于描述，其形状为接近球形，而非几何意义上的球形，设置成球形的目的在于，均衡端部切削齿和底部切削齿的工作负荷，将孔外缘部位的切削量进行分担，例如主牙盘5中位于端部的切削齿先成孔后，再由位于底部的切削齿扩孔，而副牙盘6则同时参与孔中部和外缘的切削，尤其是外缘的切削，可以较大的分担主牙盘5的切削量。[0024]优选的如图1中，布齿面8上的切削齿4靠近顶端的齿形较小而靠近底端的齿形较大。由此结构，使切削量的分担较为均衡。
[0025]优选的结构如图1中，主牙盘5的布齿面8与钻头体轴线的平行线10之间的夹角为广30°。由此结构，以适应不同硬度的地层，当硬度较高时，主牙盘5的布齿面8与钻头体轴线的平行线10之间的夹角应较大,而硬度较低时,则夹角可较小。
[0026]优选的，如图1、2中，所述的副牙盘轴颈7为两个，对称布置在主牙盘轴颈3的两侧；由此结构，可以更好的分担切削负荷。
[0027]优选的如图2中，副牙盘轴颈7的轴线在水平面上的投影与主轴颈垂线9之间的夹角为0-30°。此处的主轴颈垂线9是指，主牙盘轴颈3的轴线在水平面上投影的垂直线。由此结构，也用于适应不同硬度的地层，当硬度较高时，夹角应趋于增大，以产生更多的自转，而硬度较小时，夹角应趋于减小，以产生更少的自转，增加切削效率。优选的，副牙盘6上的切削齿应趋于指向公转方向，并向自转方向偏转，通常为确保强度，副牙盘轴颈7应贯通副牙盘6较多的比例并可靠轴向定位，以克服沿轴向的切削分力。
[0028]可选的方案中，所述的副牙盘6的副牙盘布齿面11成锥形、球形或球头锥底形。本例中，优选采用球形副牙盘布齿面11。
[0029]进一步优选的如图1中，在偏心支承柱2的端头设有弧形或锥形的布齿端12，在布齿端12设有多个切削齿4。本发明的偏心支承柱2结构的优势还在于，可以在偏心支承柱的端头布齿端设置切削齿，从而结合固定齿式金刚石钻头和牙盘式金刚石钻头的优点，适应性更广，且布齿端设置的切削齿与主牙盘端部切削齿的切削力可以形成一对均衡的力偶，这进一步提高了主牙 盘端部切削齿的切削效率。
[0030]经在实际掘进中测试，本发明中的各个切削齿4磨损程度基本一致，因此可以推出，各个切削齿4的切削负载较为均衡。在使用中未发现崩齿现象。
[0031]上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种钻井用牙盘金刚石钻头，包括钻头体(1)，其特征是:钻头体(1)端面设有偏离钻头体(1)轴线的偏心支承柱(2)，偏心支承柱(2)上设有主牙盘轴颈(3)，主牙盘(5)可旋转地支承在主牙盘轴颈(3)上； 在偏心支承柱(2)上还设有至少一个副牙盘轴颈(7)，副牙盘(6)可旋转地支承在副牙盘轴颈(7)上。
2.根据权利要求1所述的一种钻井用牙盘金刚石钻头，其特征是:偏心支承柱(2)上设有一斜面，主牙盘轴颈(3)固设在在斜面上； 主牙盘轴颈(3)和副牙盘轴颈(7)的轴线与水平面夹角为30飞0°。
3.根据权利要求1或2所述的一种钻井用牙盘金刚石钻头，其特征是:所述偏心支承柱(2)的偏心距(h)为1/4D±1/10D，D为钻头体(1)最大外接圆的直径。
4.根据权利要求3所述的一种钻井用牙盘金刚石钻头，其特征是:所述的主牙盘(5)的布齿面(8 )在水平面上的投影宽度(c )在1/2D~3/4D之间。
5.根据权利要求4所述的一种钻井用牙盘金刚石钻头，其特征是:主牙盘(5)的布齿面(8)成锥形、球形或球头锥底形。
6.根据权利要求5所述的一种钻井用牙盘金刚石钻头，其特征是:布齿面(8)上的切削齿(4)靠近顶端的齿形较小而靠近底端的齿形较大 。
7.根据权利要求4或5所述的一种钻井用牙盘金刚石钻头，其特征是:主牙盘(5)的布齿面(8)与钻头体轴线的平行线(10)之间的夹角为广30°。
8.根据权利要求1所述的一种钻井用牙盘金刚石钻头，其特征是:所述的副牙盘轴颈(7)为两个，对称布置在主牙盘轴颈(3)的两侧； 副牙盘轴颈(7)的轴线在水平面上的投影与主轴颈垂线(9)之间的夹角为0-30°。
9.根据权利要求7所述的一种钻井用牙盘金刚石钻头，其特征是:所述的副牙盘(6)的副牙盘布齿面(11)成锥形、球形或球头锥底形。
10.根据权利要求1所述的一种钻井用牙盘金刚石钻头，其特征是:在偏心支承柱(2)的端头设有弧形或锥形的布齿端(12)，在布齿端(12)设有多个切削齿(4)。
【文档编号】E21B10/43GK103711435SQ201410017030
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2014年1月15日
【发明者】刘健, 雷华东, 付正兵, 付正团, 傅红兵, 姚远, 余成龙, 杜阳, 刘文彬 申请人:宜昌神达石油机械有限公司