[发明专利]牙轮钻头、安装牙轮钻头挡圈的工装及挡圈的安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及钻井工具技术领域，尤其涉及一种牙轮钻头。

背景技术

牙轮钻头是在地壳中破碎岩石的一种工具，广泛应用与石油、天然气钻井以及其他矿产资源钻探和开发等领域。

牙轮钻头工作负荷很重，传力达数百千牛，传递机械功率达数十千瓦，工作环境恶劣，上有数千米弹性杆柱的振动，下有强度高、研磨性强的岩石，周围是含有砂粒和腐蚀性物质的高压、高温钻井液，而狭小的井眼又限制了钻头的体积，当然最终限制了滑动轴承的受力面积，因而牙轮轴承在恶劣的工况下，极小的受力面积必须承受很大的钻压和扭矩。随着钻井技术向深井、小直径井、丛式井、水平井和大斜度延伸井发展，适应高钻压、高转速、耐高温、定向造斜等钻井要求的钻采油气牙轮钻头，将是牙轮钻头发展方向，而适应高钻压、高转速、耐高温、定向造斜等要求的牙轮钻头，必需最大限度的加大轴承受力面积，最大限度的提高牙轮钻头的工作稳定性，现今牙轮钻头轴承因结构问题已做到极限，开发新结构的滑动轴承是必须要做的工作。满足钻井技术的发展需求是钻井工具制造领域的唯一目的。现有的牙轮钻头主要由牙轮轴孔、牙掌轴、定位钢球、密封系统、储油补偿压力平衡系统构成，所述的定位钢球设置在牙轮轴孔和牙掌轴的钢球锁紧槽之间，用于将牙轮轴孔和牙掌轴锁紧，所述牙掌轴由大轴和小轴两部分构成，所述大轴的上部设有止推面，所述止推面上固定所述小轴，所述止推面与大轴的侧面通过外凸弧形面连接成一体，所述外凸弧形面的弧度与井底形态相同，并并行于井底角。上述结构中由于牙掌轴和牙轮轴孔之见的锁紧靠的是传统的锁紧钢球，由于安装锁紧钢球需要在牙掌轴上开出一个锁紧钢球槽并塞入塞销，还需要在牙轮轴孔上开出一个用于限制锁紧钢球移动的限位槽，并且锁紧钢球直径较大，较大的占用了牙掌轴的空间，牙掌轴的受力面积降低，采用大轴和小轴并存的方式，由于小轴承受力较低，常常容易发生折断，进而影响钻头的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种牙轮钻头，缩小牙掌轴和牙轮轴孔之间锁紧装置的占用空间，增加牙掌轴的承重面积。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种牙轮钻头，包括牙轮轴孔、牙掌轴、密封系统、储油补偿压力平衡系统，牙轮轴孔套接在所述牙掌轴上，密封系统置于所述牙轮轴孔和牙掌轴之间将二者密封，储油补偿压力平衡系统通过长油孔与牙掌轴上的轴承中心油孔连通，牙轮轴孔的外凸弧形面的弧度与井底形态相同，并行于井底角，所述牙掌轴的环周设有第一限位槽，与所述第一限位槽相对应的牙轮轴孔内部设有第二限位槽，所述第一限位槽和第二限位槽中安装有截面挡圈；所述牙掌轴由轴承大轴和斜轴两部分构成，所述斜轴的底部与井底相平行的受力面上设有第一硬质合金层，所述斜轴的受力面的背侧设有长油槽，所述长油槽与轴承中心油孔连通；所述牙掌轴的顶部为止推面，所述止推面上镶嵌有硬质合金块，所述硬质合金块中部设有锥形通孔，所述锥形通孔与所述轴承中心油孔连通。由于本方案采用截面挡圈取代了现有技术中锁紧钢球的锁紧方式，采用截面挡圈一方面安装便捷，加工方式简单，另一方面占用牙掌轴的空间小，从而增加了牙掌轴的承重能力；去除了现有的小轴，用硬质合金块镶嵌在牙掌轴的止推面上，大大增加了止推面的耐磨性能，并且在硬质合金块中部开有锥形通孔，通过该锥形通孔润滑油脂能够进入到硬质合金块和牙轮轴孔之间，增加两者之间的润滑油脂油膜面积，减小两者之间的摩擦，从而提高牙轮的使用寿命。

优选地，所述截面挡圈为上、下两个，分为上截面挡圈和下截面挡圈，两个位置都设置在轴承大轴上，下截面挡圈靠近轴承密封系统，上截面挡圈靠近斜轴，在两个截面挡圈之间轴承大轴的受力面上设有第二硬质合金层，所述第二硬质合金层的背侧的两个截面挡圈之间设有大轴油孔，所述大轴油孔与所述轴承中心油孔连通。增加了截面挡圈的锁紧效果，同时第二硬质合金层的设置进一步保证轴承大轴的承压能力，增设大轴油孔能够保证两个挡圈之间具有润滑油，从而降低牙轮轴孔与牙掌轴之间的摩擦力。

优选地，所述截面挡圈与所述第一限位槽和第二限位槽之间留有间隙。有了这种间隙，首先截面挡圈便于安装到牙轮轴孔中，其次，牙掌轴便于安装到牙轮轴孔中。

优选地，用于放置下截面挡圈的第一限位槽的外部设有第一环形斜面凸缘，与牙轮轴孔上同样设有一个与所述第一环形斜面凸缘配合的第二环形斜面凹缘。设置两个相互配合的斜面凸缘能够便于下截面挡圈进入到第一限位槽中，同时，能够避免下截面挡圈从第一限位槽弹出。