一种孕镶式单牙轮钻头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及油气井钻探用的钻头，具体是一种孕镶式单牙轮钻头。
【背景技术】
[0002] 单牙轮钻头主要由钻头体和装配在钻头体轮掌上的牙轮构成，其具有承受钻压大 (钻头轴承尺寸所决定)、轴承使用寿命长、安全性高等特点，在深井、小尺寸井等油气井的 钻进过程中得到了广泛应用。
[0003] 然而，目前常用的单牙轮钻头的切削元件仅为装配在钻头体上的牙轮，钻头体自 身不具有切削功能，从而使得单牙轮钻头在钻进过程中的载荷承受完全由牙轮实现，加之 牙轮上的切削体主要为硬质合金齿，进而在钻进中遇到高硬度、高研磨性地层及不均质夹 层时，单牙轮钻头的牙轮容易出现故障损坏，尤其是牙轮上的切削体容易发生磨损、崩齿、 断齿等失效现象，从而制约了单牙轮钻头的应用前景。
[0004] 此外，上述牙轮上的切削体通常是沿着牙轮经线方向布置的，这种布置结构使得 切削体与地层之间形成一定的向心夹角（即夹角处在轮掌处)，从而使得切削体相对地层的 滑动小，对地层的刮切作用也就随之减小，破岩效率低。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单、切削力度 大、破岩效率高、使用寿命长的孕镶式单牙轮钻头。
[0006] 本实用新型采用的技术方案是：一种孕镶式单牙轮钻头，包括钻头体和牙轮，所述 钻头体的上部具有钻具连接头、下部具有斜面结构的轮掌，所述牙轮通过轮掌上的装配轴 装配在轮掌上，所述钻头体的圆周上设有钻头胎体，在钻头胎体上以孕镶金刚石颗粒的方 式间隔设有多个钻头切削体，所述牙轮上设有牙轮胎体，在牙轮胎体上以孕镶金刚石颗粒 的方式间隔设有多个牙轮切削体。
[0007] 进一步的，所述钻头切削体和牙轮切削体分别为孕镶块状和/或孕镶齿状结构。
[0008] 进一步的，所述牙轮切削体的布置方向与牙轮的经线方向形成倾斜夹角，该倾斜 夹角的取值范围为〇~90°。
[0009] 进一步的，所述牙轮上的牙轮切削体绕钻头体中心线的最大回转半径小于钻头体 上的钻头切削体绕钻头体中心线的最大回转半径。
[0010] 进一步的，所述轮掌的斜面与钻头体的径向水平截面形成40~50°夹角。
[0011] 本实用新型的有益效果是：
[0012] 1.通过在钻头体的圆周上设置金刚石切削体、同时在牙轮上设置金刚石切削体， 从而利用钻头切削体有效"分担"牙轮在钻进过程中的载荷承受，进而有效提高了整个钻头 的可靠性和结构强度，在钻进过程中更为稳定，使用寿命得到有效长，切削效果也被明显提 高，切削力度大，破岩效率高；
[0013] 2.牙轮切削体在牙轮上的布置结构使得牙轮切削体与地层之间形成一定的离心 夹角（即夹角远离轮掌)，从而使得牙轮切削体相对地层的滑动大，对地层的刮切作用随之 增大，进一步有效提高了切削力度，破岩效率更高。
【附图说明】
[0014] 下面结合附图对本实用新型的内容作进一步的说明。
[0015] 图1是本实用新型的一种结构示意图。
[0016] 图2是图1中钻头体的一种结构示意图。
[0017] 图3是图1中牙轮的一种结构示意图。
[0018] 图4是图1中牙轮与钻头体之间的布置关系示意图。
[0019] 图5是图1中牙轮切削体在牙轮上的布置示意图。
[0020] 图6是本实用新型的另一种结构示意图。
[0021] 图7是本实用新型的再一种结构示意图。
[0022] 图8是图6和图7中牙轮切削体在牙轮上的布置示意图。
[0023] 图9是本实用新型牙轮上的牙轮切削体在牙轮上的第三种布置示意图。
[0024] 图10是本实用新型牙轮上的牙轮切削体在牙轮上的第四种布置示意图。
[0025] 图中代号含义：1 一钻头体；11 一轮掌；12-装配轴；13-钻头切削体；14一钻具 连接头；15-钻头水槽；16-钻头钢体；17-钻头胎体；18-水眼；2-牙轮；21-牙轮切削 体；22-牙轮钢体；23-牙轮胎体；24-牙轮轮掌腔；25-牙轮水槽；3-经线方向；4 一钻 头体中心线；0 -倾斜夹角。
【具体实施方式】
[0026] 实施例1
[0027] 参见图1至图5:本实用新型包括钻头体1和牙轮2。
[0028] 其中，钻头体1的中心设有至少一个水眼18。钻头体1的上部具有钻具连接头14， 该钻具连接头14为螺纹结构；钻头体1的下部具有斜面结构的轮掌11，轮掌11的斜面用 于装配牙轮2,要求轮掌11的斜面延伸面与钻头体1的径向水平截面的延伸面形成40~ 50°夹角（例如42°、或45°、亦或48°等)，前述轮掌11的斜面上设有牙轮2的装配轴12， 该装配轴12与轮掌11的斜面垂直。钻具连接头14与轮掌11之间的钻头体1的钻头钢体 16圆周上设有钻头胎体17 (粉末冶金胎体)，在钻头胎体17上以孕镶金刚石颗粒的方式间 隔设有多个块状的钻头切削体13,即钻头切削体13为孕镶块状结构，相邻钻头切削体13之 间形成钻头水槽15;钻头体1上的钻头切削体13与轮掌11之间呈台阶状。
[0029] 牙轮2主要由内层的牙轮钢体22和外层的牙轮胎体23 (粉末冶金胎体)构成。牙 轮钢体22内具有对应、匹配轮掌11上装配轴12的牙轮轮掌腔24。在牙轮胎体23上以孕 镶金刚石颗粒的方式间隔设有多个块状的牙轮切削体21，即牙轮切削体21为孕镶块状结 构，这些牙轮切削体21在牙轮2上的布置方向沿着牙轮2的经线方向3,即牙轮切削体21 的直线延伸方向与牙轮2的经线方向3平行，换句话说，牙轮切削体21的布置方向与牙轮 2的经线方向3之间的倾斜夹角0为0°。相邻牙轮切削体21之间形成牙轮水槽25。前 述牙轮2通过牙轮轮掌腔24装配在钻头体1的轮掌11上。为了确保在钻进过程中牙轮 切削体21与钻头切削体13形成可靠配合，要求牙轮切削体21的旋转直径小于钻头切削体 13的直径,即要求牙轮2上的牙轮切削体21绕钻头体中心线4的最大回转半径卿 )需小于钻头体1上的钻头切削体13绕钻头体中心线4的最大回转半径(即bm;a,bma> )。
[0030] 实施例2
[0031] 参见图6:本实施例的其它结构与实施例1相同，不同之处在于：牙轮2上的牙轮 切削体21以孕镶块和孕镶齿的方式共存，即在牙轮2的牙轮胎体上分别孕镶金刚石颗粒形 成金刚石的孕镶块和孕镶齿。
[0032] 同理，参见图7:钻头体1的钻头切削体13也以孕镶块和孕镶齿的方式共存；为了 进一步提高切削力度，在轮掌11的外壁上也设置了胎体、并在胎体上孕镶金刚石颗粒形成 金刚石的孕镶齿。
[0033] 上述两种具体技术方案中的牙轮切削体21在牙轮2上的布置效果类似于实施例 1，即牙轮切削体21的布置方向与牙轮2的经线方向3之间的倾斜夹角0为0°。
[0034] 实施例3
[0035]本实施例的其它结构与实施例1相同，不同之处在于：将牙轮2上的牙轮切削体 21倾斜布置，即牙轮切削体21的布置方向与牙轮2的经线方向3形成倾斜夹角0，该倾斜 夹角9的取值为30° (当然，视具体井况的钻进要求，可以将前述值在0~90°的范围内 调整，例如15°、或60°、亦或85°等)，参见图9所示。
[0036] 同理，实施例2所示的牙轮结构也可以将牙轮切削体21在牙轮2上倾斜布置，即 牙轮切削体21的布置方向与牙轮2的经线方向3形成倾斜夹角0，该倾斜夹角0的取值 为30° ,参见图10所示。
[0037] 以上各实施例的技术方案仅用以说明本实用新型，而非对其限制。尽管参照前述 各实施例的技术方案对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解： 其依然可以对前述各实施例的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型具体技术方案的精 神和范围。
【主权项】
1. 一种孕镶式单牙轮钻头，包括钻头体（1)和牙轮（2)，所述钻头体（1)的上部具有 钻具连接头（14)、下部具有斜面结构的轮掌（11)，所述牙轮（2)通过轮掌（11)上的装配轴 (12)装配在轮掌（11)上，其特征在于：所述钻头体（1)的圆周上设有钻头胎体（17)，在钻 头胎体（17)上以孕镶金刚石颗粒的方式间隔设有多个钻头切削体（13)，所述牙轮（2)上设 有牙轮胎体（23)，在牙轮胎体（23)上以孕镶金刚石颗粒的方式间隔设有多个牙轮切削体 (21);且，所述牙轮（2)上的牙轮切削体（21)绕钻头体中心线（4)的最大回转半径小于钻头 体（1)上的钻头切削体（13)绕钻头体中心线（4)的最大回转半径。
2. 根据权利要求1所述孕镶式单牙轮钻头，其特征在于：所述钻头切削体（13)和牙轮 切削体（21)分别为孕镶块状和/或孕镶齿状结构。
3. 根据权利要求1或2所述孕镶式单牙轮钻头，其特征在于：所述牙轮切削体（21)的 布置方向与牙轮（2)的经线方向（3)形成倾斜夹角（0)，该倾斜夹角（0 )的取值范围为 0 ~90°。
4. 根据权利要求1所述孕镶式单牙轮钻头，其特征在于：所述轮掌（11)的斜面与钻头 体（1)的径向水平截面形成40~50°夹角。
【专利摘要】本实用新型公开了一种孕镶式单牙轮钻头，包括钻头体和牙轮，所述钻头体的上部具有钻具连接头、下部具有斜面结构的轮掌，所述牙轮通过轮掌上的装配轴装配在轮掌上，所述钻头体的圆周上设有钻头胎体，在钻头胎体上以孕镶金刚石颗粒的方式间隔设有多个钻头切削体，所述牙轮上设有牙轮胎体，在牙轮胎体上以孕镶金刚石颗粒的方式间隔设有多个牙轮切削体。本实用新型利用钻头切削体有效“分担”牙轮在钻进过程中的载荷承受，进而有效提高了整个钻头的可靠性和结构强度，在钻进过程中更为稳定，使用寿命得到有效长，切削效果也被明显提高，切削力度大，破岩效率高。
【IPC分类】E21B10-16
【公开号】CN204357352
【申请号】CN201420681071
【发明人】王希勇, 蒋祖军, 肖国益, 戚斌, 胡大梁, 杨迎新, 雷炜, 任海涛, 林敏 , 房舟, 谢晓永, 谭玮, 江波, 张继尹
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司西南油气分公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年11月14日