专利名称：冲击压入型单牙轮钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于旋转或冲旋方法钻井的钻头，属于石油和天然气钻井中用于钻探井眼的工具。
目前在钻探石油和天然气生产井所使用的各种钻头中，有以冲击压入为主的三牙轮钻头、切削型PDC钻头、单牙轮钻头等，它们在钻井过程中均存在一些缺陷。如三牙轮钻头在工作时，工作指标不够高，由于钻头上的动静载荷在各牙轮上的分配不均匀，常常是一个牙轮上的载荷超过计算值、使轴承或牙齿先期损坏，很难做到彻底清洗井底岩屑，特别是小尺寸井眼用的三牙轮钻头，牙轮和轴承尺寸都很小，钻头工作指标很低。又如PDC钻头在破碎岩石靠的是刮削作用，不适宜于破碎硬的和磨砺性的岩石，它给出极小的岩粉，不宜在钻井过程中评估岩石性质，降低了发现产层的可靠性。又如单牙轮钻头，它不适合于硬的和磨砺性的岩石，在破碎岩石也是用的刮削，给出的是小尺寸岩屑，给评判岩石性质造成困难，另外，单牙轮钻头侧面有很大的切削力，容易造成井斜。
鉴于上述现有钻头存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种以冲击压入作用为主的单牙轮钻头，以克服现行三牙轮钻头的上述缺点，使钻头工作时没有载荷不均匀的问题，提高钻头工作的可靠性和简化钻头结构，降低钻井成本；采用较大的牙轮尺寸和轴承尺寸，以提高深井小井眼钻头的工作指标；克服PDC钻头和一般单牙轮钻头给出极小岩粉的缺点，有利于评估岩石性质。
为达到上述目的和要求，本实用新型采用以下技术方案整个钻头主要由钻头体(1)和牙掌(5)及牙掌(11)组成。钻头体(1)上有连接螺纹和泥浆流道。两个不同形状的牙掌，一个类似于三牙轮钻头的牙掌(5)上有多锥形牙轮、轴承和润滑部件；另一个手掌形牙掌(11)上有保径滚轮和轴承。两个牙掌都与钻头体连接成一体。在有多锥形牙轮的牙掌(5)上，轴颈轴线布置的较低(靠近井底)，且以一定的倾斜角和钻头体中心线相交(无移轴式)或不相交(移轴式)。在支承滚轮的牙掌(11)上，滚轮轴颈轴线布置得高于牙轮轴颈轴线、滚轮轴线平行于钻头中心线或相交叉成一定角度。在多锥形牙轮上采用不均匀交错布齿，以全面破碎井底。
在手掌形牙掌的下部，托在多锥形牙轮顶部安装有止推块，使牙轮不会掉落入井里。在手掌形牙掌上有两个泥浆流道和一上一下两个喷嘴，上喷嘴清洗多锥形牙轮；下喷嘴极靠近井底，加强了对井底的清洗作用。在手掌形牙掌(11)的下端有硬质合金牙齿，其齿顶位置略高于由多维形牙轮的牙齿形成的井底齿坑，以刮削由多锥形牙轮破碎井底形成的凸起部分。
本钻头的结构型式适合于破碎从软到硬的岩石时运用(极大磨砺岩石除外)。
本实用新型的
如下图1是本实用新型冲击压入型单牙轮钻头的装配示意图。它表示出了多锥形牙轮和滚轮的结构，以及彼此间相互位置关系，也表示出了储油润滑系统。
图2是图1的仰视图；图3是图1的K向视图；在上述附图中，相同的编号表示相同的元件。
以下结合附图说明本实用新型的结构及其实施例。本钻头由如下结构型式组成钻头体(1)上有连接螺纹(2)和泥浆流道(3)、轴承润滑部件(4)；牙掌(5)上有多锥形牙轮(6)、大小滑动轴承(7)和(8)、滚动轴承(9)、密封元件(10)；手掌形牙掌(11)上有保径滚轮(12)、双支承轴承(13)；手掌形牙掌(11)上还有两个泥浆流道及上喷嘴(14)和下喷嘴(15)。上喷嘴(14)主要清洗多锥形牙轮(6)，下喷嘴(15)主要清洗井底。在手掌形牙掌(11)的下端，位于多锥形牙轮(6)旋转运动的前方，有与牙掌(11)连接为整体的肋(16)。它对泥浆运动的上升流产生局部阻挡，而在多锥形牙轮(6)旋转运动的后方有足够的空腔，保证了泥浆的上升流流动顺畅无阻。在牙掌(11)的下方，与多锥形牙轮(6)顶部接触处还安装有止推块(17)，以保证多锥形牙轮(6)的正常旋转，即使滚动轴承(9)失效，也不致使牙轮落入井底造成事故。
本钻头以如下方式工作钻头下入井里或从井里起出，其特点同现有的其它类型钻头相一致。在产生钻头上的载荷时，如用钻柱或用水力加压器施加钻压时，用地面转盘旋转钻柱或用井底动力钻具驱动钻头时，多锥形牙轮(6)沿井底滚动，依靠牙轮上不均匀排列的牙齿破碎井底岩石，其破岩方式与三牙轮钻头相似，以冲击压入为主。与此同时，除了依靠多锥形牙轮(6)的背锥牙齿和主锥上外排齿圈牙齿的外缘修整井壁之外，还依靠滚轮(12)修整井壁。在手掌形牙掌(11)的下端和侧面也布置有硬质合金牙齿，其离井底的距离比多锥形牙轮牙齿离井底的距离略高一些，以破碎由多锥形牙轮(6)破碎岩石时形成的井底凸起部分。
本实用新型所提供的钻头，与其它各种类型的钻头相比较有以下显著特点1.本实用新型钻头的多锥形牙轮(6)一端靠牙掌(5)上的轴颈轴承(7)、(8)、(9)支承，另一端靠手掌形牙掌(11)上的止推块(17)支承，减少了牙轮落入井底的可能性，提高了钻头工作的可靠性，不会掉牙轮。
2.克服了现有小尺寸三牙轮钻头的牙轮尺寸和轴承尺寸太小的弱点，提高了牙轮尺寸和轴承尺寸。由于对于相同尺寸的钻头可采用相近似的钻压，对本实用新型的钻头来说，提高了在牙轮上的钻压，提高了破碎岩石的效率。
3.本实用新型钻头有两个喷嘴一个靠近井底，一个在牙轮的前上方。泥浆从牙轮的前方和井底流入，清洗牙轮和井底，从牙轮后方流出，形成上返液流。在牙轮前上方的喷嘴，有利于牙轮的旋转运动，又有利于清洗牙轮和清洗井底，使泥浆的流动有较完善的程度。
4.本实用新型钻头与三牙轮钻头相比，有较简单的结构，其制造成本和价格将会低于现有同尺寸的三牙轮钻头。与PDC钻头和单牙轮钻头相比，该钻头以冲击压入的破碎岩石方式，克服了PDC钻头和单牙轮钻头不宜破碎硬岩石的缺点。在钻进中可得到较大颗粒的岩屑，有利于对岩石的评估。
权利要求1.一种冲击压入型单牙轮钻头，主要由钻头体(1)和牙掌(5)及牙掌(11)组成，其特征在于，与钻头体(1)连接成一体的两个不同形状的牙掌(5)和(11)，一个牙掌(5)上安装有支承在轴承(7)、(8)、(9)上的多锥形牙轮(6)；另一个手掌形牙掌(11)上安装有修整井壁的滚轮(12)，清洗多锥形牙轮(6)的上喷嘴(14)及清洗井底的下喷嘴(15)。
2.根据权利要求1所述的冲击压入型单牙轮钻头，其特征在于，多锥形牙轮(6)一方面依靠牙掌(5)上的轴颈结构轴承(7)、(8)、(9)支承，一方面又依靠手掌形牙掌(11)上的止推块(17)支承，在多锥形牙轮(6)上采用不均匀交错布齿，以全面破碎井底。
3.根据权利要求1所述的冲击压入型单牙轮钻头，其特征在于，手掌形牙掌(11)上有两个泥浆流道一个流道通向上喷嘴(14)，其方向有利于清洗多锥形牙轮(6)；另一个流道通向井底的下喷嘴(15)，其方向有利于清洗井底；在手掌形牙掌(11)的下端有硬质合金牙齿，其齿顶位置略高于由多锥形牙轮(6)的牙齿形成的井底齿坑，以刮削由多锥形牙轮(6)破碎井底形成的凸起部分。
4.根据权利要求1所述的冲击压入型单牙轮钻头，其特征在于，在手掌形牙掌(11)上，靠近多锥形牙轮(6)旋转破碎岩石进入井底一边，具有与手掌形牙掌连为一体的肋(16)，以阻挡泥浆沿此处上返，在靠近多锥形牙轮(6)旋转破碎岩石离开井底一边，留有足够的空间，以保证泥浆运动的上升流流动顺畅无阻。
专利摘要本实用新型是一种冲击压入型单牙轮钻头,属于石油和天然气钻井中用于钻探井眼的工具。它是由钻头体和两个牙掌组成,在一个牙掌上安有一个多锥形牙轮,以冲击压入的方式来破碎岩石;在另一个牙掌上安有一个圆柱形的滚轮配合锥形牙轮的背锥来修整井眼尺寸,有上下两个喷嘴,强化了对井底和牙轮的清洗。本新型钻头有较大的牙轮尺寸和轴承尺寸,一个牙轮上可承受较大的钻压,井底岩屑清洗效果好,能提高深井小井眼钻头的工作指标。
文档编号E21B10/08GK2285818SQ9622410
公开日1998年7月8日 申请日期1996年11月21日 优先权日1996年11月21日
发明者黄万志, 吴华 申请人:黄万志