一种以旋切方式破岩的轮式钻头.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102364031A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102364031A(43)申请公布日2012.02.29(21)申请号201110248681.X(22)申请日2011.08.26(71)申请人四川深远石油钻井工具有限公司地址611730四川省成都市现代工业港南片区通港北路69号(72)发明人张亮李舒田家林曾德发(74)专利代理机构成都华典专利事务所(普通合伙)51223代理人徐丰(51)Int.Cl.E21B10/12(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图6页(54)发明名称一种以旋切方式破岩的轮式钻头(57)摘要本发明公开了一种以旋切方式破岩的轮式钻头（以下简称旋切钻头），包括钻头主体、牙轮、切削齿、储油囊、喷嘴。钻头主体包括牙轮轴颈、扶正块、高压泥浆通道和连接丝扣。牙轮与主体上的轴颈采用三牙轮钻头常用的轴承与密封结构。牙轮的大端到小端布置有多圈切削齿。主体上牙轮轴颈平面与钻头轴线夹角β（以下简称轮体夹角）的范围为0°<β<90°（包含及），轴颈偏移量的范围为（包含及），其中，为牙轮的序号（≥1），轮对应的轮体夹角为，轮对应的轴颈偏移量为，为钻头直径。本发明内排大齿圈切削井底中心，破岩效能高；每圈切削齿都能刮切井壁，保径和侧钻效果好；轴颈尺寸大，轮体速比小于1，轴承寿命长。CN102364ACCNN110236403102364050A权利要求书1/1页1.一种以旋切方式破岩的轮式钻头，包括钻头主体（1）、牙轮（2）、牙轮工作面上的切削齿（3），其特征在于：钻头主体（1）上牙轮轴颈平面与钻头轴线的轮体夹角的范围为，轴颈偏移量为，其中为钻头直径。2.根据权利要求1所述的一种以旋切方式破岩的轮式钻头，其特征在于：所述牙轮轴颈平面与钻头轴线的轮体夹角或，轴颈偏移量或，其中，为牙轮的序号（≥1），轮对应的轮体夹角为，轮对应的轴颈偏移量为。3.根据权利要求1或2所述的一种以旋切方式破岩的轮式钻头，其特征在于：所述的轮体夹角的范围是。4.根据权利要求3所述的一种以旋切方式破岩的轮式钻头，其特征在于：所述的轮体夹角是。5.根据权利要求1或2所述的一种以旋切方式破岩的轮式钻头，其特征在于：所述的轴颈偏移值的范围是。6.根据权利要求1或2所述的一种以旋切方式破岩的轮式钻头，其特征在于：所述旋切钻头的轮体速比（牙轮转速与钻头转速之比）小于1。7.根据权利要求2所述的一种以旋切方式破岩的轮式钻头，其特征在于：牙轮为一个。8.根据权利要求2所述的一种以旋切方式破岩的轮式钻头，其特征在于：牙轮为以钻头主体中心对称的两个。9.根据权利要求2所述的一种以旋切方式破岩的轮式钻头，其特征在于：牙轮为以钻头主体中心对称的三个。10.根据权利要求7-9任一所述的一种以旋切方式破岩的轮式钻头，其特征在于：至少有一个牙轮的切削齿运行轨迹达到或越过钻头轴线位置。2CCNN110236403102364050A说明书1/6页一种以旋切方式破岩的轮式钻头技术领域[0001]本发明属于石油天然气钻探工程、矿山开采、地质钻探、建筑工程、隧道工程、盾构及非开挖等技术设备领域，具体的说涉及一种以旋切方式破岩的轮式钻头。背景技术[0002]钻头是钻井过程中直接与岩石接触，通过切削、冲压等作用破碎岩石的工具。现代钻井工程中广泛使用的钻头主要有牙轮钻头（包括单牙轮钻头、三牙轮钻头）、PDC钻头（PolycrystallineDiamondCompactBits聚晶金刚石复合片钻头）。当今，牙轮钻头和PDC钻头都已发展到相当高的水平，但仍存在一些不可克服的问题。一是怕划眼和扩眼，使密封轴承的牙轮钻头，特别是PDC钻头先期损坏；二是对井底中心岩石的运动小，功能不足，中心岩石不易破碎，影响钻头的机械钻速，牙轮钻头和PDC钻头中心布齿少、易磨损，也是钻头失效的主要原因。[0003]三牙轮钻头钻进时破岩形式为冲击压碎破岩，通过牙轮上的牙齿对井底岩石形成冲击压碎作用破碎岩石，形成井径（见图11）。由于岩石的抗压强度远大于抗剪和抗拉强度，而三牙轮钻头利用牙齿对岩石的冲击作用来破岩，能量利用率不高。特别是在深井钻井等高钻压情况下，由于高密度的钻井液的作用，井底的岩屑压持效应明显，钻头牙齿难以吃入岩石并冲击破碎岩石，故破岩效率相对较低。[0004]三牙轮钻头轴承寿命是制约钻头使用寿命的主要因素之一，轴承承受钻压引起的载荷，加上三牙轮钻头以冲击形式破岩，轴承受到的冲击载荷大，载荷幅值高，加之三牙轮钻头的增速效应：三牙轮钻头轮体速比（钻井时牙轮转速与钻头转速之比）大于1，即钻头钻进时牙轮转速大于钻头钻速，所以轴承转速相对较快，导致三牙轮钻头的轴承寿命较短。[0005]双牙轮钻头的牙轮布置方式与三牙轮相同，各牙轮工作面（布牙齿的弧面）均是相