[发明专利]具有倾斜液力推力支承的岩土钻头

说明书

技术领域

本发明总体上涉及滚锥岩土钻头，并且尤其涉及在牙轮轴和锥体之间具有推力面的岩土钻头，一个推力面相对于另一个至少部分地倾斜。

背景技术

用于钻出石油和天然气井的一种岩土钻头具有带有至少一个(通常为三个)滚锥的钻头体。每个锥体安装在从钻头体的牙轮钻头巴掌向下且向内悬挂的圆柱形牙轮轴上。环形推力面形成于牙轮轴上和锥体腔中用于反抗向下的推力。牙轮轴推力面处于一个名义上垂直于牙轮轴轴线的平面中。锥体推力面形成于一个名义上垂直于锥体旋转轴线的平面中。最初，所述推力面彼此平行。润滑剂从润滑剂贮存器供应至牙轮轴和锥体之间的空间。

在钻头钻进时，所述推力面通常不会彼此精确地平行。牙轮轴稍微偏转，因为其从牙轮钻头巴掌悬挂。而且，由于锥体的圆柱形部分和牙轮轴之间存在着公差，锥体就能相对于牙轮轴稍微竖起。锥体轴线相对于牙轮轴轴线的这种稍微失准导致了推力面之间周向地会聚-分离的空间，这是有益的，因为其能在推力面之间形成液力润滑压力从而有助于支撑负载。然而，支承失准也集中了推力支承接触负载，这是有害的。

发明内容

在本发明中，滚锥钻头具有牙轮轴和锥体，它们都具有配合的推力面。锥体或牙轮轴的推力面形成有至少一个相对于其轴线倾斜的部分。这在推力面之间限定了其后跟随有会聚间隙区域的分离间隙区域以改善润滑剂膜。

倾斜部分可包括整个推力面。可选地，其可仅包括一部分，并且推力面的其余部分垂直于旋转轴线。倘若如此，推力面的倾斜部分相对于推力面的其余部分或平行部分成非常小的角度。在优选实施例中，倾斜推力面定位于牙轮轴上。

附图说明

图1是示出具有根据本发明构造的推力面的岩土钻头的一部分的一四分之一垂直剖视图。

图2是图1中牙轮轴的放大侧视图，示出为倾斜面放大。

图3是具有可选实施例的推力面的牙轮轴的端视图。

图4是图3中牙轮轴的侧视图。

图5是图3中牙轮轴的推力面沿着图3中线5-5截取的放大剖视图。

图6是图3中牙轮轴的推力面沿着图3中线6-6截取的放大剖视图。

具体实施方式

参照图1，钻头11具有本体13，本体13的上端上具有用于连接至钻柱(未示出)的螺纹销15。本体13通常具有三个牙轮钻头巴掌17(仅示出了一个)，每个具有悬挂的牙轮轴19。牙轮轴19朝着本体13的旋转轴线(未示出)向下且向内地倾斜。

牙轮轴19具有与牙轮轴轴线23(图2)同心的圆柱形表面21。在这个实施例中，牙轮轴19的内端具有前端25。前端25为圆柱形并且具有比圆柱形支承面21要小的直径。环形牙轮轴推力面27形成于将前端25连接至圆柱形表面21的台肩上。锥体29具有腔，该腔具有安装在牙轮轴19的圆锥形支承面21周围的圆柱形部分31。锥体29在牙轮轴19上绕着其轴线旋转，所述轴线名义上与牙轮轴轴线23重合。锥体29具有位于其腔内的环形推力面33，推力面33面朝上和朝外并且与牙轮轴推力面27动态啮合。

锥体29具有位于其外面上的多个切割元件35。切割元件35可以为压配合入锥体29的孔中的硬质合金嵌件。可选地，切割元件35能铣齿入锥体29的外表面。锥体29常规地保持于牙轮轴19上，在这个例子中借助于多个球37来保持。球37啮合形成于锥体29中和牙轮轴19上的配合槽。润滑剂通道39将润滑油或油脂供应至圆柱形表面21和31之间以及推力面27和33之间的空间。压力补偿器41减少通道39内的润滑剂和钻头11外面的钻井流体压力之间的压力差。

推力面27、33可具有常规的覆层以降低摩擦和增大操作寿命。推力面27、33之一至少具有相对于另一个推力面倾斜的一部分。在图2的例子中，锥体推力面33是常规的并且定位于名义上垂直于锥体29旋转轴线的单个平面中。整个牙轮轴推力面27相对于牙轮轴轴线23稍微偏斜。也就是，尽管平坦且定位于单个平面中，但是牙轮轴推力面27相对于垂直于牙轮轴轴线23的平面偏斜一个小的角度43。这将牙轮轴推力面27布置成相对于锥体推力面33成角度43，如图2中虚线所示，这种布置在由于钻头11的操作而带来任何负载之前进行。

稍微失准导致了推力面27、33之间的最大分离点和最小分离点。最大和最小分离点将彼此分开180度。推力面27、33的稍微失准在锥体29旋转时形成会聚和分离区域，倾向于引起润滑剂楔入会聚区域，这改进了润滑剂膜。在优选实施例中，角度43处于从大约0.05度至0.5度的范围内。