曲面牙輪鑽頭的製作方法
2023-09-20 10:54:50
專利名稱：曲面牙輪鑽頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於油氣田、採礦、地質勘探鑽井的牙輪鑽頭，屬於鑽井工具。
背景技術：
牙輪鑽頭通常由鑽頭體和牙輪組成，鑽頭體上有鑽頭柄、牙爪及牙爪軸頸等；牙輪上鑲裝有能破碎巖石的牙齒。鑽頭柄及上面的螺紋是用來使鑽頭和鑽杆相連的；牙爪及牙爪軸頸是支撐和帶動牙輪繞鑽頭旋轉軸線旋轉的載體；牙輪及其上面的牙齒是鑽頭破碎巖石的主體元件。牙輪鑽頭牙齒的運動方式主要由其牙輪的外形及相關結構參數所決定，不同牙輪形狀和結構參數的牙輪鑽頭在井底的受力和破巖方式不同。採用某種適當的牙輪形狀，可以達到減小牙齒刮削距離、減少牙齒磨損、提高牙齒壽命、增加牙齒的衝擊作用，使之適合於破碎各類地層的目的。
發明內容
本實用新型的目的在於為滿足鑽進不同地層的需要，能破碎各類地層的巖石，特提出一種曲面牙輪鑽頭。
為了達到上述目的，本實用新型採用以下技術方案一種曲面牙輪鑽頭，主要由鑽頭體和一個牙輪組成，其技術特徵是牙輪上鑲裝有能破碎巖石的牙齒，並加工有環狀的排屑槽；牙輪布齒面是一迴轉曲面，迴轉軸與牙輪軸承軸線重合，迴轉曲面的母線是由通過A、B、C、D點的曲線構成，其中A點是迴轉曲面的頂點，B點是母線與鑽頭旋轉軸線的交點，C點與A點相對於鑽頭旋轉軸線對稱，D點是曲線ABC的外延點。曲線ABCD可由一段曲線構成，也可由多段曲線連接而成，每一段曲線可以是圓弧線、橢圓弧線、雙曲線、拋物線或其它幾何曲線。當牙輪裝配在鑽頭體上後，其中曲線段AB和BC相對於鑽頭旋轉軸對稱。牙輪布齒面頂點A超過鑽頭旋轉軸線，其超出值在0～70mm範圍內。這樣可增加牙輪體積，布置較多的牙齒，並且使鑽頭所受巖石的反作用力合力與鑽頭軸線靠近，儘量減少對鑽柱形成的彎矩。
本實用新型具有的有益效果是(1)能增加牙輪體積，布置較多的牙齒，提高鑽頭破巖效率；(2)可根據地層巖性，靈活設計牙輪形狀，可以達到減小牙齒刮削距離，減少牙齒磨損，增加牙齒的衝擊作用；(3)結構簡單可靠，能廣泛應用在鑽井工程中，適合於較廣的地層。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1為本實用新型提供的曲面牙輪鑽頭的結構示意圖。
圖2為本曲面牙輪鑽頭的牙輪結構示意圖。
圖3為本牙輪鑽頭的迴轉曲面的曲線段圖。
圖4為本曲面牙輪鑽頭的一個實施例圖。
圖中1.鑽頭體，2.牙輪，3.牙齒，4.排屑槽，5.牙輪布齒面，6.鑽頭旋轉軸線，7.牙輪軸承軸線，8.牙輪布齒面迴轉軸線。
具體實施方式
本曲面牙輪鑽頭主要由鑽頭體1和牙輪2組成，牙輪2上鑲裝有能破碎巖石的牙齒3，並加工有環狀的排屑槽4，牙輪2裝配在牙爪軸頸上，並能靈活轉動。牙輪布齒面5是一迴轉曲面，迴轉軸線8與牙輪軸承軸線7重合。迴轉曲面的母線是曲線ABCD，曲線ABCD是一段圓弧曲線(或橢圓弧線)，牙輪2裝配在鑽頭體1上後，曲線ABCD的圓心P與鑽頭旋轉軸線6重合(或橢圓弧線圓心P和橢圓短軸與鑽頭旋轉軸線6重合)。圓心P位於鑽頭旋轉軸線6與牙輪軸承軸線7交點0之上，且距離為S。牙輪布齒面頂點A超過鑽頭旋轉軸線6，其超出值H＝0～70mm。
權利要求1.一種曲面牙輪鑽頭，主要由鑽頭體和一個牙輪組成，其特徵是牙輪上鑲裝有能破碎巖石的牙齒，並加工有環狀的排屑槽；牙輪布齒面是一迴轉曲面，迴轉軸與牙輪軸承軸線重合，迴轉曲面的母線是由通過A、B、C、D點的曲線構成，其中A點是迴轉曲面的頂點，B點是母線與鑽頭旋轉軸線的交點，C點與A點相對於鑽頭旋轉軸線對稱，D點是曲線ABC的外延點。
2.根據權利要求1所述的牙輪鑽頭，其特徵是曲線ABCD可由一段曲線構成，也可由多段曲線連接而成，每一段曲線可以是圓弧線、橢圓弧線、雙曲線、拋物線。
3.根據權利要求1所述的牙輪鑽頭，其特徵是當牙輪裝配在鑽頭體上後，其中曲線段AB和BC相對於鑽頭旋轉軸對稱。
4.根據權利要求2所述的牙輪布齒面，其特徵是牙輪布齒面頂點超過鑽頭旋轉軸線，其超出值在0～70mm範圍內。
專利摘要本實用新型涉及一種用於油氣田、採礦、地質勘探鑽井的曲面牙輪鑽頭。它能破碎各類地層的巖石，滿足鑽進不同地層的需要。它由鑽頭體和一個牙輪組成，其特徵是牙輪布齒面為迴轉曲面，牙輪布齒面迴轉母線可由一段曲線構成，也可由多段曲線平滑連接而成，迴轉軸線與牙輪軸承軸線重合，牙輪布齒面迴轉母線的一段相對於鑽頭旋轉軸線對稱，牙輪布齒面頂點超過鑽頭旋轉軸線。本實用新型的有益效果是能增加牙輪體積、布置較多的牙齒，提高鑽頭破巖效率；可根據地層巖性，靈活設計牙輪形狀，可以達到減小牙齒刮削距離，減少牙齒磨損，增加牙齒的衝擊作用；能廣泛應用在鑽井工程中，適合於較廣的地層。
文檔編號E21B10/16GK2703860SQ20042003468
公開日2005年6月8日 申請日期2004年4月30日 優先權日2004年4月30日
發明者鄧嶸, 馬德坤 申請人:西南石油學院