专利名称：一种牙轮钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油钻井用三牙轮钻头的改进。
随着近年钻井技术的不断发展，三牙轮钻头技术逐步向多功能迈进，迫切要求高效率、长寿命；射流随井底工艺情况变化人为的自动调节流量；使用后不掉牙轮等三大技术的突破。
三牙轮钻头的技术现状1、体现较长寿命，较高效率的是休斯公司发明的金属面密封和超顶勺形齿，能提高寿命和效率0.3－1倍左右，进而史密斯公司研制出截顶园锥金刚石轴承和以硬质合金为基础的金刚石涂层齿(或热压齿)，据称比普通滑动轴承钻头提高寿命10倍，(《石油新技术信息》1990年12月第1期，中国石油学会科技装备学会编)，但由于史密斯等公司搞的是硬质合金的基础上(或热压齿)的涂层，齿形仍为园柱状经镶装后固定在牙轮壳上，第一工艺复杂，成本太高；第二仍然不能发挥齿形优势；第三不能排除掉、断齿现象。轴颈采用截锥型涂镀，自由冷却，滑润轴承上的超硬材料涂层，因此稳定性差，加工难度大，对轴的冷却、滑润的可靠性也差，而且孔内脏物或外来颗粒不易及时排除，特别是金刚石微粉作为涂镀，瞬时温度大于650℃就要受到石墨化或气化的损害。
2，射流随井底钻井工艺情况变化人为的自动调节排量，这项技术已由我们申请了专利(用于钻头上的井底射流调节器，申请号91107203.9)3，防掉牙轮指示器，由美国洛克钻头公司建立了皱型(美国《钻井》1989第2期)，一种是钻头保经失效指示器，接触式传感器是安装在每个牙掌掌背顶部的，传感器需被磨穿才能指示钻头报废情况，另一种是钻头轴承失效。指示器，这种装置很复杂，是因轴承磨损，牙轮变形后将薄壁容器割穿后，喷嘴或堵或增加过水断面，引起泵压变化，即表示钻头磨损报废。
又由于地层软硬交替，如使用硬钻头效率很低，如使用软钻头磨损又大，若钻头型号转产一次需用时间2－3个月，而现有各种型号的钻头都不能完成软硬交替频繁地层的有效钻进。
本实用新型的目的正是针对上述牙轮钻头现有技术存在的问题，设计一种采用牙轮壳体上直接铣出钢齿弧形齿，热处理渗炭渗硼后直接涂镀超硬材料，还采用平行轴承低压直逼式冷却、滑润金刚石与清洗的循环系统及简易防掉牙轮的液流传感器，既能代替多种型号钻头以适应软硬交替地层的钻进，又结构简单(取消了贮油系统和和密封装置，简化加工工序)，稳定可靠，最实用的多功能牙轮钻头。
本实用新型的目的是由以下措施来达到(1)将牙轮钢齿加工成弧形齿，热处理渗炭，渗硼后涂镀金刚石粉，主要是从内层到外层金刚石粉浓度由稀到浓，粒度由细到粗，牙轮齿镀刃口高度1／4－－1／3，即刃前镀齿高的1／4，刃后镀齿高的1／3，涂层应在于0.8－1.8毫米之间，凡涂镀前均需严格清洗，去油污，锈蚀后才能涂镀牢实。
(2)轴承用现有热处理工艺渗炭、渗硼后镀金刚石粉，轴颈大轴面大孔面，小轴面小孔面，二道止推面及c点平面均镀0.4－1毫米，其受力表面部分镀镍或镍锰合金，镀好后，按轴与孔的配装原则尺寸回磨到粗糙度
抛光后分装。
(3)采用平行轴承低压直逼式冷却，滑润金刚石与清洗的循环系统，在浆孔牙爪钻孔开槽，直到小轴端面，在进口处安装一个液流降速板，在进口处表面采用硬化处理。
(4)采用液流传感作防掉牙轮指示器，因而在浆孔牙爪上钻一向下倾斜15°－25°的小孔与内通道连接，保持牙爪直径(通道)与大轴受力面易磨部位有一定厚度，如果此厚度被磨穿，可对井下钻头报废情况作出指示。
附图
为本实用新型的剖面结构示意图，
以下结合附图对本实用新型的结构和工作原理作进一步说明。
平行轴承低压直逼式冷却、滑润金刚石系统如图在牙爪10上钻孔开槽4，4与浆孔11连通，在进口处1安装液流降速板2，降速板表面及浆孔周围采用液化处理，2又与4连通，使循环液由孔槽4流入孔道5与小轴8端面连通造成回流，形成一种低压直逼式冷却、滑润金刚石与清洗的循环系统，从而达到冷却、滑润和清洗轴承内部各处，使轴承孔膛干净，金刚石不受热损害。液流传感作防掉牙轮指示器，在浆孔11内牙爪上钻一口部向下倾斜15°－25°(使之产生抽吸以防泥沙浸入)的小孔与内通道3连接，保持牙爪10的直径磨损(通道)与大轴受力面传感通道13的易磨部位有2－4毫米厚度，当这些部位磨去2毫米以上时，高压泥浆由此冲出，这时由于过水断面突然增加，地面泵压突降到某恒压时，证明轴颈或钻头直径磨损到某部位不能再用了，当即起钻，另换新钻头，大轴摩擦付轴颈面6及孔面61，小轴摩擦付轴颈面8及孔面81，二道止推面7，轴孔止推面71，以及c点平面9及牙轮端面91。在轴颈受力部位均镀金刚石粉0.4－0.6毫米厚，12为齿的刃前面，镀金刚石粉1－1.2毫米厚，涂层为齿高的1／4，121为齿的刃后面镀金刚石粉0.8－1.8毫米厚，涂层为齿高的1／3，14为井底射流调节器，本实用新型安上调节器，即成为90年代的多功能牙轮钻头。
本实用新型与现有技术相比有如下优点1.结构简单，取消了贮油系统和密封装置，大大的简化加工工序，又可节约1／4－1／3的加工费用。
2.采用平行轴承加低压直逼式冷却，滑润金刚石比自由冷却滑润可靠，还能随时清理轴承中的异物。
3.采用弧形钢齿涂镀，最大限度发挥齿形切削优势，既可节约昂贵的热压硬质合金的金刚石齿，又杜绝固齿出现的质量问题(如工艺复杂，程序多，断、掉齿频繁)，还可大量用于一般从硬到松软地层及软硬变化频繁的地层上。
4.可代替众多的钻头型号，节约生产中转产投入的大量人力，物力，并可提高轴承使用寿命和提高钻速2－5倍以上。
5.由于改进了国外目前所见的钻头报废指示器，加工简单，使用可靠，可基本杜绝磨损报废的牙轮钻头掉井事故。
权利要求1.一种牙轮钻头，牙轮钢齿及轴承均采用热处理工艺后制作，其特征在于牙轮钢齿加工成弧形齿，渗炭渗硼后镀涂金刚石粉，主要从内层到外层金刚石粉的浓度由稀到浓，粒度由细到粗，刃口涂层为齿高的1/4-1/3，轴承渗炭、渗硼后，镀涂金刚石粉镍或镍锰合金，再回磨抛光到粗造度为0.4-0.8，采用平行轴承低压直逼式冷却滑润金刚石与清洗的循环系统，在牙轮钻头的牙爪10上钻孔开槽4，在4的进口1处安装液流降速板2，降速板2与孔槽4连通，液流由4流入孔道5至小轴8端面造成回流，达到冷却，滑润与清洗的目的，采用液流传感作防掉牙轮指示器，在浆孔11内牙爪10上钻一口部向下倾斜15°-25°的小孔，与内通道3连接，保持牙爪10的直径磨损(通道)与大轴受力面传感通道13的易磨部位有2-4毫米厚度，以达到井下钻头报废情况指示。
2.根据权力要求1所说的牙轮钻头，其特征是刃前12用金刚石粉镀齿高的1／4，刃后121镀齿高的1／3，涂层在0.8－1.8毫米之间。
3.根据权利要求1说的牙轮钻头，其特征是轴颈大轴面6及大孔面61，小轴面8及小孔面81，二道止推面7，轴孔止推面71，及c点平面9均镀金刚石粉0.4－1毫米，其表面部分镀镍或镍锰合金。
专利摘要本实用新型为三牙轮钻头的改进。将牙轮齿加工成弧形齿，轴承与齿均热处理后镀涂金刚石粉；并采用在牙爪上钻孔安装液流降速板，形成平行轴承低压直逼式冷却、滑润金刚石清洗摩擦副的循环系统；还采用液流传感作防掉牙轮指示器，在牙爪上钻一向下倾斜一小角度的孔，产生抽吸防沙堵；保持通道与易磨部位的微小厚度磨去后泵压下降，则表示钻头报废。本实用新型结构简单，取消了贮油系统和密封装置，并能代替多种型号钻头，以适应软硬交替地层的钻进，提高轴承寿命和钻速2-5倍。
文档编号E21B10/50GK2104925SQ9123000
公开日1992年5月20日 申请日期1991年9月24日 优先权日1991年9月24日
发明者李继贤, 王用顺, 何世模, 杨秀勇, 肖善波, 张海山, 马天国, 马国栋, 刘志勤, 王明仲 申请人:李继贤