CN2356138Y - 扩孔牙轮钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种石油、矿山和地质勘探钻井用扩孔牙轮钻头，其扩孔轴上安装多节柱状牙轮，牙轮间有密封圈限位环，密封圈限位环上有两个橡胶“O”形密封圈，扩孔轴中心设计有中心水孔。这种扩孔牙轮钻头具有扩孔能力大、旋转扭矩小、蹩跳小、寿命长的特点。
Description
本实用新型涉及一种石油、矿山和地质勘探钻井用扩孔牙轮钻头，尤其是一种扩孔能力大、旋转扭矩小、蹩跳小、寿命长的扩孔牙轮钻头。
目前，公知的扩孔钻头有牙轮式和刮刀式两种。美国专利：4915181和美国专利：4846290是牙轮式的扩孔钻头，其缺陷是扩孔能力小，一般扩孔直径不超过原有井眼直径的2倍；美国专利：4431065是刮刀式的扩孔钻头，这种结构的扩孔钻头具有较大的扩孔能力，但其缺陷是扭矩大，蹩跳严重，特别是小井眼刮刀扩孔钻头，刮刀在大的扭矩下容易变形，导致钻头无法起出井眼的井下事故发生。
本实用新型的目的是提供一种具有较大扩孔能力的扩孔牙轮钻头，其最大扩孔直径可达原井眼直径的4～8倍。而且，这种实用新型的扩孔牙轮钻头具有较小的扭矩和较小的蹩跳现象，使用寿命长。
本实用新型的目的是这样实现的：本实用新型的扩孔牙轮钻头由转向加力器、扩孔轴和牙轮组成。当扩孔钻头下到扩孔井段后，停止下钻并将钻柱锁在转盘上，启动泥浆泵，在泥浆压力的作用下，转向加力器活塞带动顶杆向下推进，使扩孔轴绕连接销转动一角度，这样扩孔轴轴线与钻柱中心线不在一条直线上，当钻柱随转盘旋转时，牙轮切削井壁，将井眼扩大。当扩孔轴轴线与钻柱中心线垂直时，活塞下行到活塞限位环，并停止继续下行，此时，扩孔轴轴线与加力器轴线垂直，再使整体钻柱向下推进，将井眼扩至所需井深。为了减小扩孔牙轮钻头的旋转扭矩，增大扩孔能力，在结构上，将多节彼此独立的柱状牙轮安装在同一长扩孔轴上；此外，在扩孔轴中心有水孔，泥浆从中流过，对扩孔轴进行冷却；柱状牙轮之间采用带密封圈限位环的双“O”型密封结构，增加了高速状态下密封的可靠性。
由于采用了上述方案，增大了钻头的扩孔能力，最大扩眼直径可以达到原井眼直径的4～8倍，同时具有小的扭矩和蹩跳，钻头使用寿命长。
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。
图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。
图2是本实用新型提出的一种连接销偏离轴线的结构示意图。
图3是本实用新型提出的一种倒“T”形截面双“O”形橡胶密封结构。
图4是本实用新型提出的一种倒“E”形截面双“O”形橡胶密封结构。
图中1.转向加力器，2.软管，3.顶杆，4.连接销，5.水孔，6.密封圈，7.密封圈限位环，8.密封圈，9.切削齿，10.水孔密封圈，11.钢球，12.卡环，13.小轴密封圈，14.外牙轮，15.喷嘴，16.台肩，17.滚柱，18.扩孔轴，19.挡圈，20.切削齿，21.钢球，22.内牙轮，23.密封圈，24.活塞限位环，25.活塞，26.缸体，27.连接丝扣，28.顶杆接触平面，29.塞销。
图1所示，扩孔牙轮钻头包括转向加力器(1)，扩孔轴(18)和牙轮(14)、(22)等三大部分。其中转向加力器(1)由连接丝扣(27)、缸体(26)、活塞(25)、活塞限位环(24)和顶杆(3)组成。连接丝扣(27)用于连接钻柱(图中未画出)，扩孔轴(18)与转向加力器(1)用连接销(4)连接，未转动时，扩孔轴(18)的轴线与转向加力器(1)的轴线在同一直线上，扩孔轴(18)的端部有一顶杆接触平面(28)，其顶杆接触平面(28)与扩孔轴轴线的夹角为α，其α值为35°～55°，最佳值为45°，转向加力器(1)的顶杆(3)下行时，顶着顶杆接触平面(28)，使扩孔轴(18)绕连接销(4)旋转，当旋转到扩孔轴(18)与转向加力器(1)垂直时，活塞(25)与活塞限位环(24)相互接触，阻止活塞(25)继续向下运动，使扩孔轴(18)的旋转运动停止。此时，扩孔轴(18)的轴线与转向加力器(1)的轴线相互垂直。连接销(4)的位置可以在加力器的轴线上，也可偏离加力器轴线一距离L(如图2)，其L值为0～20毫米，以增加扩孔轴顶杆接触平面端的力臂。扩孔轴(18)上安装着可绕轴旋转的柱状或锥状内牙轮(22)和外牙轮(14)，内牙轮(22)和外牙轮(14)上有切削齿(20)和(9)，切削齿可以是钢齿、镶齿或金刚石复合齿，在钢齿的外表面上还敷焊了一层高强度耐磨合金，柱状或锥状内牙轮(22)和外牙轮(14)在轴上采用钢球(21)、(11)锁紧，也可采用卡环锁紧。各牙轮轴承可选用单一的滑动或滚动轴承，也可采用混合轴承，即内牙轮(22)轴承选用滑动轴承，而外牙轮(14)轴承选用滚动轴承，本实施例为混合轴承，其滚柱(17)用外牙轮(14)的内孔台肩(16)和挡圈(19)进行轴向定位。内牙轮(22)和外牙轮(14)用橡胶密封圈(13)、(23)和安装在密封圈限位环(7)上的橡胶密封圈(6)和(8)进行密封。扩孔轴(18)的中心开有一水孔(5)，钻柱(图中未画出)中的高压泥浆经软管(2)流入水孔(5)冷却扩孔轴(18)，然后进入喷嘴(15)，从喷嘴(15)出口处喷出，形成射流以清洗岩屑。喷嘴(15)采用碳化钨烧结而成，用卡环(12)锁紧，用密封圈(10)进行密封。在另一结构中扩孔轴中心也可无水孔。
在图3、图4所示的轴承密封结构中，采用常用的“O”形密封，“O”形密封是一种可靠性较高，密封效果较好的动密封结构，但这种结构不适用高速，对于扩孔牙轮钻头，特别是外牙轮，转速较高，为了避免“O”形密封圈使用在高速状态下，本实用新型在两牙轮之间安装有一种带有密封圈限位环(7)的双橡胶“O”形密封结构，其中密封限位环(7)可绕扩孔轴(18)旋转，是由刚性耐磨合金材料制成，截面形状为倒“T”形(图3)或“E”形(图4)。内牙轮(22)和外牙轮(14)的密封腔是相通的，橡胶“O”形圈与牙轮之间没有相对滑动，而与密封限位环(7)之间有相对滑动。由于密封限位环(7)可绕轴(18)旋转，因此，橡胶“O”形圈与密封限位环(7)的滑动转速不超过两个牙轮转速的差，理想情况下，每个橡胶“O”形圈与密封限位环(7)的滑动转速为两个牙轮转速差的一半。这样橡胶“O”形圈的实际滑动转速比外牙轮(14)或内牙轮(22)相对轴(18)的转速低很多。这种密封结构由于减少了密封圈的摩擦发热，从而大大地提高了整体密封结构的可靠性和使用寿命。
由于井底的破碎面是一圆环面，扩孔牙轮钻头旋转牙轮上的各排齿在井底作纯滚动的转速不同。为了减小钻头的蹩跳，必须使各排齿在井底作纯滚动的转速基本相同，从理论上说，只要将牙轮做成锥体就能达到这一目的。但是，由于受钻头直径的限制，以及考虑到轴的强度要求，牙轮锥度无法满足需求。因此，本实用新型将牙轮做成两个彼此独立的柱状牙轮，如果扩孔直径更大，还可将牙轮做成三个或更多个彼此独立的柱状牙轮，一般牙轮数为2～5个，并采用上述锁紧机构和轴承密封结构，依次将牙轮密封锁紧在同一轴上，每个柱状牙轮上的齿排数根据地层岩性和牙轮高度来确定，一般为1～6排，每个齿排采用不等距布齿，这样可有效避免重复破碎，大大地提高破岩机械钻速。
为便于泥浆的排出，以及提高钻头对井壁岩石的切削，在外牙轮外端面有切削齿，其切削齿可以是钢齿、或镶齿、或金刚石复合齿。在钢齿表面敷焊有一层高耐磨合金。
Claims (19)
1、一种扩孔牙轮钻头，由转向加力器〔1〕、扩孔轴〔18〕和牙轮〔14〕〔22〕组成，其特征是扩孔轴〔18〕与转向加力器〔1〕通过连接销〔4〕连接，在转向加力器顶杆〔3〕的作用下，扩孔轴〔18〕可绕连接销〔4〕旋转到水平位置，扩孔轴〔18〕上安装有多节带齿牙轮。
2、根据权利要求1所述的扩孔牙轮钻头，其特征是牙轮与扩孔轴〔18〕之间，以及牙轮与牙轮之间有密封结构。
3、根据权利要求1和权利要求2所述的扩孔牙轮钻头，其特征是牙轮与牙轮之间的密封结构是一种带密封圈限位环〔7〕的密封结构，密封限位环〔7〕上有两橡胶密封圈〔6〕〔8〕分别与牙轮构成密封。
4、根据权利要求3所述的扩孔牙轮钻头，其特征是密封限位环〔7〕与扩孔轴〔18〕之间的配合为间隙配合，密封限位环〔7〕可绕扩孔轴〔18〕旋转。
5、根据权利要求3所述的扩孔牙轮钻头，其特征是密封圈限位环〔7〕截面形状为倒“T”形或“E”形。
6、根据权利要求3所述的扩孔牙轮钻头，其特征是密封圈限位环〔7〕由刚性耐磨合金材料制成。
7、根据权利要求3所述的扩孔牙轮钻头，其特征是橡胶密封圈的截面形状可以是圆形、椭圆形、方形或“X”形。
8、根据权利要求1所述的扩孔牙轮钻头，其特征是牙轮与扩孔轴〔18〕之间，以及牙轮与牙轮之间也可以是一种非密封结构。
9、根据权利要求1所述的扩孔牙轮钻头，其特征是扩孔轴〔18〕的长度为牙轮外径的2～5倍。
10、根据权利要求1所述的扩孔牙轮钻头，其特征是扩孔轴〔18〕的连接端顶部有一顶杆接触平面〔28〕。
11、根据权利要求10所述的扩孔牙轮钻头，其特征是起始状态时，顶杆接触平面〔28〕与转向加力器〔1〕轴线的夹角α为：35°～55°。
12、根据权利要求1所述的扩孔牙轮钻头，其特征是连接销〔4〕的中心与扩孔牙轮钻头轴线间有一距离L，其值为0～20mm。
13、根据权利要求1所述的扩孔牙轮钻头，其特征是扩孔轴〔18〕上安装的牙轮数不少于2个。
14、根据权利要求1所述的扩孔牙轮钻头，其特征是扩孔轴〔18〕上所安装的牙轮形状是柱状的或锥形的。
15、根据权利要求1所述的扩孔牙轮钻头，其特征是牙轮上带有切削齿，切削齿可以是镶齿、或钢齿、或金刚石复合齿。
16、根据权利要求1所述的扩孔牙轮钻头，其特征是外牙轮外端面上有切削齿，切削齿可以是镶齿、或钢齿、或金刚石复合齿。
17、根据权利要求1所述的扩孔牙轮钻头，其特征是扩孔轴的中心有中心水孔〔5〕。
18、根据权利要求16所述的扩孔牙轮钻头，其特征是中心水孔〔5〕的一端装有喷嘴〔15〕，或不装喷嘴，另一端与转向加力器〔1〕的软管〔2〕相连。
19、根据权利要求1所述的扩孔牙轮钻头，其特征是扩孔轴无中心水孔。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 98245827 CN2356138Y (zh) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | 扩孔牙轮钻头 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 98245827 CN2356138Y (zh) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | 扩孔牙轮钻头 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN2356138Y true CN2356138Y (zh) | 1999-12-29 |
Family
ID=33991453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 98245827 Expired - Lifetime CN2356138Y (zh) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | 扩孔牙轮钻头 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN2356138Y (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101809247B (zh) * | 2007-09-25 | 2013-04-17 | 卡特彼勒公司 | 用于隧道钻机的旋转切割器 |
| CN109854178A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-07 | 山东易斯特工程工具有限公司 | 一种旋挖钻机用滚轮钻头 |
| CN111456643A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-07-28 | 江苏和信石油机械有限公司 | 一种海洋可连续工作钻具 |
| CN113216851A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-06 | 沧州格锐特钻头有限公司 | 牙轮防脱结构及牙轮扩孔器 |
-
1998
- 1998-11-26 CN CN 98245827 patent/CN2356138Y/zh not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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