[实用新型]采用孔口端面定位方式镶固牙齿的镶齿牙轮钻头

说明书

本实用新型涉及各类钻井工程中使用的镶齿牙轮钻头及镶齿滚轮钻头，尤其是石油天然气钻井工程中使用的镶齿牙轮钻头。

在钻井工程中广泛使用的牙轮钻头，通常由钻头体、牙轮组成，牙轮安装在钻头体的牙爪轴颈上，牙轮上有牙齿，牙齿是钻井过程中直接破碎地层岩石的基本元件。按牙齿的制造特点可将牙轮钻头分为两大类，即铣齿(又称钢齿)和镶齿(又称硬质合金齿)牙轮钻头。铣齿牙轮钻头的基本特点是，在优质合金钢锻造的圆锥形牙轮基体上，用切削加工方法直接切出牙齿，牙齿的尺寸较大，破岩效率较高(特别是刮切破岩效率高)，因此其机械钻速较高；但其存在的主要问题是，牙齿的耐磨性较低，工作寿命短。为提高牙齿的耐磨性，通常是对牙齿表面进行强化处理，目前除用常规的渗碳、淬火方法来提高其表面硬度外，还在牙齿表面敷焊一层碳化钨硬质合金粉末进行强化，这样虽在一定程度上提高了牙齿的耐磨能力，延长了钻头的工作寿命，但牙齿的耐磨性仍与镶齿钻头整体烧结的硬质合金牙齿有相当大的差距。镶齿牙轮钻头的基本特点是，其牙齿是用硬质合金预先压制烧结成型，再用过盈配合压入牙轮壳体表面的齿孔中。由于硬质合金有较高的抗磨能力，从而大大延长了钻头的工作寿命，因而镶齿钻头的工作寿命远高于铣齿钻头的工作寿命。但是，现有镶齿钻头的硬质合金牙齿在镶入齿孔时，其根部底面是抵紧孔底的，齿孔的底面是牙齿的轴向定位面(也即轴向载荷承载面)，牙齿承受的轴向载荷主要通过该面传递到牙轮上，因而牙齿的结构特点是固齿部位(根部)的尺寸大于工作部位(冠部)的尺寸(如图4所示)。由于镶齿牙轮钻头牙齿的工作部位尺寸较小，其破岩效率明显低于铣齿牙轮钻头。

一般情况下，铣齿钻头的破岩效率高，但牙齿的寿命低于轴承寿命，牙齿往往因磨损速度过快而先期失效；镶齿钻头则相反，轴承失效时牙齿的工作能力尚有相当程度的富余，但镶齿钻头的牙齿冠部尺寸小是制约其破岩效率提高的主要因素。因此，如果能够将铣齿钻头在齿型(牙齿的尺寸和形状)上的优势与镶齿钻头牙齿的高耐磨性有机地结合起来，使钻头的牙齿既有较长的工作寿命，又有较高的破岩效率，这是长期以来钻头研制者们所关注的问题。

本实用新型的目的在于，提出一种采用孔口端面定位方式镶固牙齿的镶齿牙轮钻头，使之便于加大牙齿工作部位(冠部)的尺寸，提高牙齿的破岩效率，从而使其兼有工作寿命长，破岩效率高的优点，有利于提高钻井进尺，降低钻井成本。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

牙轮钻头主要由钻头体(6)和牙轮(3)组成，牙轮(3)的内孔安装在钻头体(6)的牙爪轴颈(1)上，牙轮牙爪配合表面之间有密封圈(2)和牙轮定位防脱装置(5)，牙轮(3)上有硬质合金牙齿(4)，牙齿(4)以过盈配合镶入牙轮(3)上的齿孔中，其特征在于，牙轮(3)上的齿孔孔口有牙齿(4)的轴向定位面(A)，牙齿(4)的冠部和根部分界处有一与定位面(A)接触的表面(B)，牙齿(4)的冠部径向尺寸大于根部直径，牙齿(4)的根部高度略小于牙轮(3)上齿孔的深度，牙齿(4)镶入齿孔后，齿的接触表面(B)与齿孔孔口定位面(A)紧密接触，而牙齿底面不与齿孔孔底接触。

本实用新型的优点在于：①牙齿的冠部与根部在孔口处分界，冠部的尺寸不再受根部尺寸的限制，因而可以在根部尺寸不变的情况下根据需要增加牙齿冠部的直径和高度，从而提高牙齿的破岩效率。②牙轮齿孔的孔口端面成为主要的承载面，齿孔的应力状况将得到明显改善，牙齿与齿孔之间的过盈配合关系对固齿强度的作用和重要性明显降低，故可在相当程度上减小牙齿的埋入深度，因而在满足牙轮壳体强度要求的情况下，牙轮内孔可扩大一些，进而使增加钻头牙爪轴颈的直径成为可能，这对提高钻头轴承寿命是非常有利的。③可保护孔口不受钻井液冲蚀。现有钻头镶齿齿孔的孔口是裸露的，在钻井过程中不可避免地会受到钻井液的冲蚀，孔口冲蚀将导致固齿深度减小，固齿可靠性降低；而本实用新型的方案中，孔口被牙齿冠部压住，不会发生冲蚀，所以固齿性能稳定。由于避免了齿孔孔口的冲蚀，在进行牙齿埋入深度的设计时不必留有余量，因而可使牙齿的埋入深度进一步减小。

附图说明如下：

图1为镶齿牙轮钻头结构示意图；

图2为本实用新型牙轮牙爪装配关系示意图；

图3为本实用新型以孔口端面定位固齿结构的局部示意图；

图4为现有镶齿钻头孔底定位固齿结构局部示意图。

下面结合附图说明本实用新型的实施例：