一種孕鑲式單牙輪鉆頭的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及油氣井鉆探用的鉆頭，具體是一種孕鑲式單牙輪鉆頭。
【背景技術】
[0002] 單牙輪鉆頭主要由鉆頭體和裝配在鉆頭體輪掌上的牙輪構成，其具有承受鉆壓大 (鉆頭軸承尺寸所決定)、軸承使用壽命長、安全性高等特點，在深井、小尺寸井等油氣井的 鉆進過程中得到了廣泛應用。
[0003] 然而，目前常用的單牙輪鉆頭的切削元件僅為裝配在鉆頭體上的牙輪，鉆頭體自 身不具有切削功能，從而使得單牙輪鉆頭在鉆進過程中的載荷承受完全由牙輪實現(xiàn)，加之 牙輪上的切削體主要為硬質合金齒，進而在鉆進中遇到高硬度、高研磨性地層及不均質夾 層時，單牙輪鉆頭的牙輪容易出現(xiàn)故障損壞，尤其是牙輪上的切削體容易發(fā)生磨損、崩齒、 斷齒等失效現(xiàn)象，從而制約了單牙輪鉆頭的應用前景。
[0004] 此外，上述牙輪上的切削體通常是沿著牙輪經線方向布置的，這種布置結構使得 切削體與地層之間形成一定的向心夾角（即夾角處在輪掌處)，從而使得切削體相對地層的 滑動小，對地層的刮切作用也就隨之減小，破巖效率低。

【發(fā)明內容】

[0005] 本實用新型的目的在于：針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種結構簡單、切削力度 大、破巖效率高、使用壽命長的孕鑲式單牙輪鉆頭。
[0006] 本實用新型采用的技術方案是：一種孕鑲式單牙輪鉆頭，包括鉆頭體和牙輪，所述 鉆頭體的上部具有鉆具連接頭、下部具有斜面結構的輪掌，所述牙輪通過輪掌上的裝配軸 裝配在輪掌上，所述鉆頭體的圓周上設有鉆頭胎體，在鉆頭胎體上以孕鑲金剛石顆粒的方 式間隔設有多個鉆頭切削體，所述牙輪上設有牙輪胎體，在牙輪胎體上以孕鑲金剛石顆粒 的方式間隔設有多個牙輪切削體。
[0007] 進一步的，所述鉆頭切削體和牙輪切削體分別為孕鑲塊狀和/或孕鑲齒狀結構。
[0008] 進一步的，所述牙輪切削體的布置方向與牙輪的經線方向形成傾斜夾角，該傾斜 夾角的取值范圍為〇~90°。
[0009] 進一步的，所述牙輪上的牙輪切削體繞鉆頭體中心線的最大回轉半徑小于鉆頭體 上的鉆頭切削體繞鉆頭體中心線的最大回轉半徑。
[0010] 進一步的，所述輪掌的斜面與鉆頭體的徑向水平截面形成40~50°夾角。
[0011] 本實用新型的有益效果是：
[0012] 1.通過在鉆頭體的圓周上設置金剛石切削體、同時在牙輪上設置金剛石切削體， 從而利用鉆頭切削體有效"分擔"牙輪在鉆進過程中的載荷承受，進而有效提高了整個鉆頭 的可靠性和結構強度，在鉆進過程中更為穩(wěn)定，使用壽命得到有效長，切削效果也被明顯提 高，切削力度大，破巖效率高；
[0013] 2.牙輪切削體在牙輪上的布置結構使得牙輪切削體與地層之間形成一定的離心 夾角（即夾角遠離輪掌)，從而使得牙輪切削體相對地層的滑動大，對地層的刮切作用隨之 增大，進一步有效提高了切削力度，破巖效率更高。
【附圖說明】
[0014] 下面結合附圖對本實用新型的內容作進一步的說明。
[0015] 圖1是本實用新型的一種結構示意圖。
[0016] 圖2是圖1中鉆頭體的一種結構示意圖。
[0017] 圖3是圖1中牙輪的一種結構示意圖。
[0018] 圖4是圖1中牙輪與鉆頭體之間的布置關系示意圖。
[0019] 圖5是圖1中牙輪切削體在牙輪上的布置示意圖。
[0020] 圖6是本實用新型的另一種結構示意圖。
[0021] 圖7是本實用新型的再一種結構示意圖。
[0022] 圖8是圖6和圖7中牙輪切削體在牙輪上的布置示意圖。
[0023] 圖9是本實用新型牙輪上的牙輪切削體在牙輪上的第三種布置示意圖。
[0024] 圖10是本實用新型牙輪上的牙輪切削體在牙輪上的第四種布置示意圖。
[0025] 圖中代號含義：1 一鉆頭體；11 一輪掌；12-裝配軸；13-鉆頭切削體；14一鉆具 連接頭；15-鉆頭水槽；16-鉆頭鋼體；17-鉆頭胎體；18-水眼；2-牙輪；21-牙輪切削 體；22-牙輪鋼體；23-牙輪胎體；24-牙輪輪掌腔；25-牙輪水槽；3-經線方向；4 一鉆 頭體中心線；0 -傾斜夾角。
【具體實施方式】
[0026] 實施例1
[0027] 參見圖1至圖5:本實用新型包括鉆頭體1和牙輪2。
[0028] 其中，鉆頭體1的中心設有至少一個水眼18。鉆頭體1的上部具有鉆具連接頭14， 該鉆具連接頭14為螺紋結構；鉆頭體1的下部具有斜面結構的輪掌11，輪掌11的斜面用 于裝配牙輪2,要求輪掌11的斜面延伸面與鉆頭體1的徑向水平截面的延伸面形成40~ 50°夾角（例如42°、或45°、亦或48°等)，前述輪掌11的斜面上設有牙輪2的裝配軸12， 該裝配軸12與輪掌11的斜面垂直。鉆具連接頭14與輪掌11之間的鉆頭體1的鉆頭鋼體 16圓周上設有鉆頭胎體17 (粉末冶金胎體)，在鉆頭胎體17上以孕鑲金剛石顆粒的方式間 隔設有多個塊狀的鉆頭切削體13,即鉆頭切削體13為孕鑲塊狀結構，相鄰鉆頭切削體13之 間形成鉆頭水槽15;鉆頭體1上的鉆頭切削體13與輪掌11之間呈臺階狀。
[0029] 牙輪2主要由內層的牙輪鋼體22和外層的牙輪胎體23 (粉末冶金胎體)構成。牙 輪鋼體22內具有對應、匹配輪掌11上裝配軸12的牙輪輪掌腔24。在牙輪胎體23上以孕 鑲金剛石顆粒的方式間隔設有多個塊狀的牙輪切削體21，即牙輪切削體21為孕鑲塊狀結 構，這些牙輪切削體21在牙輪2上的布置方向沿著牙輪2的經線方向3,即牙輪切削體21 的直線延伸方向與牙輪2的經線方向3平行，換句話說，牙輪切削體21的布置方向與牙輪 2的經線方向3之間的傾斜夾角0為0°。相鄰牙輪切削體21之間形成牙輪水槽25。前 述牙輪2通過牙輪輪掌腔24裝配在鉆頭體1的輪掌11上。為了確保在鉆進過程中牙輪 切削體21與鉆頭切削體13形成可靠配合，要求牙輪切削體21的旋轉直徑小于鉆頭切削體 13的直徑,即要求牙輪2上的牙輪切削體21繞鉆頭體中心線4的最大回轉半徑卿 )需小于鉆頭體1上的鉆頭切削體13繞鉆頭體中心線4的最大回轉半徑(即bm;a,bma> )。
[0030] 實施例2
[0031] 參見圖6:本實施例的其它結構與實施例1相同，不同之處在于：牙輪2上的牙輪 切削體21以孕鑲塊和孕鑲齒的方式共存，即在牙輪2的牙輪胎體上分別孕鑲金剛石顆粒形 成金剛石的孕鑲塊和孕鑲齒。
[0032] 同理，參見圖7:鉆頭體1的鉆頭切削體13也以孕鑲塊和孕鑲齒的方式共存；為了 進一步提高切削力度，在輪掌11的外壁上也設置了胎體、并在胎體上孕鑲金剛石顆粒形成 金剛石的孕鑲齒。
[0033] 上述兩種具體技術方案中的牙輪切削體21在牙輪2上的布置效果類似于實施例 1，即牙輪切削體21的布置方向與牙輪2的經線方向3之間的傾斜夾角0為0°。
[0034] 實施例3
[0035]本實施例的其它結構與實施例1相同，不同之處在于：將牙輪2上的牙輪切削體 21傾斜布置，即牙輪切削體21的布置方向與牙輪2的經線方向3形成傾斜夾角0，該傾斜 夾角9的取值為30° (當然，視具體井況的鉆進要求，可以將前述值在0~90°的范圍內 調整，例如15°、或60°、亦或85°等)，參見圖9所示。
[0036] 同理，實施例2所示的牙輪結構也可以將牙輪切削體21在牙輪2上傾斜布置，即 牙輪切削體21的布置方向與牙輪2的經線方向3形成傾斜夾角0，該傾斜夾角0的取值 為30° ,參見圖10所示。
[0037] 以上各實施例的技術方案僅用以說明本實用新型，而非對其限制。盡管參照前述 各實施例的技術方案對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解： 其依然可以對前述各實施例的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替 換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型具體技術方案的精 神和范圍。
【主權項】
1. 一種孕鑲式單牙輪鉆頭，包括鉆頭體（1)和牙輪（2)，所述鉆頭體（1)的上部具有 鉆具連接頭（14)、下部具有斜面結構的輪掌（11)，所述牙輪（2)通過輪掌（11)上的裝配軸 (12)裝配在輪掌（11)上，其特征在于：所述鉆頭體（1)的圓周上設有鉆頭胎體（17)，在鉆 頭胎體（17)上以孕鑲金剛石顆粒的方式間隔設有多個鉆頭切削體（13)，所述牙輪（2)上設 有牙輪胎體（23)，在牙輪胎體（23)上以孕鑲金剛石顆粒的方式間隔設有多個牙輪切削體 (21);且，所述牙輪（2)上的牙輪切削體（21)繞鉆頭體中心線（4)的最大回轉半徑小于鉆頭 體（1)上的鉆頭切削體（13)繞鉆頭體中心線（4)的最大回轉半徑。
2. 根據權利要求1所述孕鑲式單牙輪鉆頭，其特征在于：所述鉆頭切削體（13)和牙輪 切削體（21)分別為孕鑲塊狀和/或孕鑲齒狀結構。
3. 根據權利要求1或2所述孕鑲式單牙輪鉆頭，其特征在于：所述牙輪切削體（21)的 布置方向與牙輪（2)的經線方向（3)形成傾斜夾角（0)，該傾斜夾角（0 )的取值范圍為 0 ~90°。
4. 根據權利要求1所述孕鑲式單牙輪鉆頭，其特征在于：所述輪掌（11)的斜面與鉆頭 體（1)的徑向水平截面形成40~50°夾角。
【專利摘要】本實用新型公開了一種孕鑲式單牙輪鉆頭，包括鉆頭體和牙輪，所述鉆頭體的上部具有鉆具連接頭、下部具有斜面結構的輪掌，所述牙輪通過輪掌上的裝配軸裝配在輪掌上，所述鉆頭體的圓周上設有鉆頭胎體，在鉆頭胎體上以孕鑲金剛石顆粒的方式間隔設有多個鉆頭切削體，所述牙輪上設有牙輪胎體，在牙輪胎體上以孕鑲金剛石顆粒的方式間隔設有多個牙輪切削體。本實用新型利用鉆頭切削體有效“分擔”牙輪在鉆進過程中的載荷承受，進而有效提高了整個鉆頭的可靠性和結構強度，在鉆進過程中更為穩(wěn)定，使用壽命得到有效長，切削效果也被明顯提高，切削力度大，破巖效率高。
【IPC分類】E21B10-16
【公開號】CN204357352
【申請?zhí)枴緾N201420681071
【發(fā)明人】王希勇, 蔣祖軍, 肖國益, 戚斌, 胡大梁, 楊迎新, 雷煒, 任海濤, 林敏 , 房舟, 謝曉永, 譚瑋, 江波, 張繼尹
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年11月14日