阅读说明：本技术 一种石油勘探开采的牙轮钻头 (Roller bit for petroleum exploration and exploitation ) 是由 朱加道 王国华 刘书军 于 2020-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种石油勘探开采的牙轮钻头,包括接头、一个牙掌、一个牙轮和刀翼,牙掌与接头固定连接,并偏置于接头的下侧,牙轮与牙掌间隙配合,刀翼位于牙掌的两侧,并与接头活动连接,牙轮包括主锥和背锥,背锥与牙掌间隙配合,并与主锥一体成型,主锥上设置有若干环绕主锥的锥齿,锥齿镶嵌于主锥的外侧,在现有技术的基础上,通过改进牙轮钻头的结构,使用单一牙轮,并增设刀翼,相互配合以有效提高牙轮钻头对地层的破碎效率,也即,牙轮采用了阶梯结构,提高对地层的压碎效果,牙轮体积较大,增加了布齿面积,提高了牙轮强度,而刀翼又提高对地层的小位移刮削作用,相互配合之下以提高牙轮钻头应对不同地层的机械钻速。(The invention discloses a roller bit for petroleum exploration and exploitation, which comprises a joint, a bit leg, a roller and blades, wherein the bit leg is fixedly connected with the joint and is offset at the lower side of the joint, the roller is in clearance fit with the bit leg, the blades are positioned at two sides of the bit leg and are movably connected with the joint, the roller comprises a main cone and a back cone, the back cone is in clearance fit with the bit leg and is integrally formed with the main cone, a plurality of cone teeth surrounding the main cone are arranged on the main cone, and the cone teeth are embedded at the outer side of the main cone, on the basis of the prior art, a single roller is used by improving the structure of the roller bit, and the blades are additionally arranged and are mutually matched to effectively improve the crushing efficiency of the roller bit on a stratum, namely, the roller adopts a stepped structure to improve the crushing effect on the stratum, the size of the roller is larger, the tooth distribution area is increased, the strength of the roller is improved, and the small displacement scraping effect on the stratum is improved, the two parts are mutually matched to improve the mechanical drilling speed of the roller bit for dealing with different strata.)

一种石油勘探开采的牙轮钻头

技术领域

本发明属于石油钻探设备技术领域，尤其涉及一种石油勘探开采的牙轮钻头。

背景技术

牙轮钻头作为一种钻削岩层的工具已被广泛应用，钻头性能的显著改进直接降低钻井成本，尤其是近十年进步最快。使用寿命和钻速两个性能指标，它们最终确定钻头影响钻井成本的程度。提高钻头的机械钻速和使用寿命是降低钻井成本的有效途径，有资料证实，钻速的改进比钻头寿命的改进对降低钻井成本的影响更大，其中钻头切削结构的改进是提高钻头的机械钻速最直接的方法。很长时间以来，人们对切削结构的改进主要集中于主切削齿结构，例如在硬质合金齿结构方面，人们先后发明了楔形齿、勺形齿、偏顶勺形齿、等磨损齿等等。

而钻头的机械钻速往往根据岩层的性质不同而发生改变，因此，迫切的需要一种能有效提高钻头的机械钻速的牙轮钻头。

发明内容

为解决现有技术中钻头的机械钻速不足的问题，本发明提出一种石油勘探开采的牙轮钻头。

一种石油勘探开采的牙轮钻头，包括接头、一个牙掌、一个牙轮和刀翼，所述牙掌与所述接头固定连接，并偏置于所述接头的下侧，所述牙轮与所述牙掌间隙配合，所述刀翼位于所述牙掌的两侧，并与所述接头活动连接，所述牙轮包括主锥和背锥，所述背锥与所述牙掌间隙配合，并与所述主锥一体成型，所述主锥上设置有若干环绕所述主锥的锥齿，所述锥齿镶嵌于所述主锥的外侧。

其中，所述锥齿包括齿尖和齿底，所述齿底镶嵌于所述主锥的外周侧，所述齿尖位于所述齿底的顶部，并与所述齿底以不同的旋转角度固定连接。

其中，所述背锥具有密封槽和锥体，所述锥体包覆于所述牙掌的下端，所述密封槽位于所述锥体的内侧，并沿所述锥体的圆周设置。

其中，所述牙掌包括底座端、连接座和钢球，所述底座端分别与所述接头和所述连接座固定连接，所述连接座沿垂直于所述底座端的方向与所述底座端连接，所述钢球位于所述连接座和所述背锥之间，并与所述密封槽相契合。

其中，所述刀翼包括可动刀翼体、刀刃和弹性件，所述可动刀翼***于所述刀刃的上侧，并与所述弹性件固定连接，所述刀刃与所述牙掌卡扣连接，并位于所述牙轮的两侧。

其中，所述弹性件为螺旋弹簧、蝶形弹簧、橡胶弹簧和金属橡胶中的至少一种。

其中，所述刀翼还具有喷嘴和主流道，所述喷嘴位于所述刀翼的下侧，并与所述主流道连通，所述主流道贯穿所述接头和牙掌。

本发明的有益效果为：在现有技术的基础上，通过改进牙轮钻头的结构，使用单一牙轮，并增设刀翼，相互配合以有效提高牙轮钻头对地层的破碎效率，也即，牙轮采用了阶梯结构，提高对地层的压碎效果，牙轮体积较大，增加了布齿面积，提高了牙轮强度，而刀翼又提高对地层的小位移刮削作用，相互配合之下以提高牙轮钻头应对不同地层的机械钻速。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种石油勘探开采的牙轮钻头的剖视结构示意图。

图2是本发明一种石油勘探开采的牙轮钻头的无刀翼的轴测结构示意图。

图3是本发明一种石油勘探开采的牙轮钻头的轴测结构示意图。

10-接头、20-牙掌、30-牙轮、40-刀翼、11-储油补偿件、12-导流管网、21-底座端、22-连接座、23-钢球、31-主锥、32-背锥、41-可动刀翼体、42-刀刃、43-弹性件、44-喷嘴、45-主流道、111-安装盒、112-下缸体、113-上缸体、114-泄压储油囊、115-传压间隙、121-第一导油管、122-第二导油管、311-锥齿、312-齿尖、313-齿底、321-密封槽、322-锥体。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：

一种石油勘探开采的牙轮30钻头，包括接头10、一个牙掌20、一个牙轮30和刀翼40，所述牙掌20与所述接头10固定连接，并偏置于所述接头10的下侧，所述牙轮30与所述牙掌20间隙配合，所述刀翼40位于所述牙掌20的两侧，并与所述接头10活动连接，所述牙轮30包括主锥31和背锥32，所述背锥32与所述牙掌20间隙配合，并与所述主锥31一体成型，所述主锥31上设置有若干环绕所述主锥31的锥齿311，所述锥齿311镶嵌于所述主锥31的外侧。

在本实施方式中，所述牙掌20偏置于所述接头10的下侧，用以让所述牙轮30可以绕自身的轴线转动，所述刀翼40与所述牙轮30交错设置，用以在受限范围内进行对地层的切削工作，所述接头10用以连接所述牙掌20和所述刀翼40，所述主锥31与所述锥齿311相互配合，以进行对岩层的破碎，所述背锥32用以与所述牙掌20配合，以使得所述牙轮30能随所述牙掌20的转动而发生自转。

进一步的，所述锥齿311包括齿尖312和齿底313，所述齿底313镶嵌于所述主锥31的外周侧，所述齿尖312位于所述齿底313的顶部，并与所述齿底313以不同的旋转角度固定连接。

在本实施方式中，所述齿尖312用以进行对岩层的切碎工作，所述齿底313用以固定所述齿尖312，并与所述主锥31相固定，避免所述锥齿311在对岩层的切碎过程中脱落，导致工作速率受阻，同时，利用所述齿尖312与所述齿底313以不同旋转角度固定，也可以有效提高所述锥齿311对岩层的切碎效率。

进一步的，所述背锥32具有密封槽321和锥体322，所述锥体322包覆于所述牙掌20的下端，所述密封槽321位于所述锥体322的内侧，并沿所述锥体322的圆周设置。

在本实施方式中，所述密封槽321用以与所述牙掌20配合，以实现让所述牙轮30随所述牙掌20的转动而转动，而所述锥体322用以包覆所述牙掌20的下端，使得所述牙轮30能固定在所述牙掌20的外周侧。

进一步的，所述牙掌20包括底座端21、连接座22和钢球23，所述底座端21分别与所述接头10和所述连接座22固定连接，所述连接座22沿垂直于所述底座端21的方向与所述底座端21连接，所述钢球23位于所述连接座22和所述背锥32之间，并与所述密封槽321相契合。

在本实施方式中，所述底座端21用以连接所述连接座22和所述接头10，而所述钢球23用以让所述连接座22与所述牙轮30之间相互配合，避免因转动而脱落，也即所述钢球23用以与所述密封槽321相配合，以实现让所述牙轮30通过所述钢球23与所述连接座22实现转动，而所述连接座22用以支撑所述牙轮30的转动，由于所述接头10会转动，也即会带动所述连接座22一起转动，而在所述连接座22转动过程中，所述牙轮30也实现了自身的转动。

进一步的，所述刀翼40包括可动刀翼体41、刀刃42和弹性件43，所述可动刀翼体41位于所述刀刃42的上侧，并与所述弹性件43固定连接，所述刀刃42与所述牙掌20卡扣连接，并位于所述牙轮30的两侧。

在本实施方式中，所述可动刀翼体41用以在所述牙掌20的侧面的限制下，沿所述牙掌20的轴线方向进行来回伸缩运动，从而达到对岩层的切削工作，而所述刀刃42则承担对岩层的切削工作，所述弹性件43则作为对所述可动刀翼体41进行伸缩运动的承载体，所述接头10上还设有限位销，以限制所述可动刀翼体41伸缩运动的范围，而所述弹性件43给所述可动刀翼体41的作用力主要用于提升所述牙轮30钻头在硬度较低的岩层的破岩效率，从而从整体上提高牙轮30钻头的机械钻速。

进一步的，所述弹性件43为螺旋弹簧、蝶形弹簧、橡胶弹簧和金属橡胶中的至少一种。

在本实施方式中，各类弹性件43只需要满足向所述可动刀翼体41提供合适的轴向力即可。

进一步的，所述刀翼40还具有喷嘴44和主流道45，所述喷嘴44位于所述刀翼40的下侧，并与所述主流道45连通，所述主流道45贯穿所述接头10和牙掌20。

在本实施方式中，所述喷嘴44与所述主流道45相配合，以清理在碎岩过程中的岩块等杂质，所述主流道45通过与所述喷嘴44连通，同时还能通过所述喷嘴44完成对牙轮30的中下部的冲洗，避免岩屑粘附到所述牙轮30上，影响所述牙轮30的钻进能力。

进一步的，所述接头10包括储油补偿件11和导流管网12，所述储油补偿件11位于所述接头10的内部，通过所述导流管网12与所述牙轮30连通。

在本实施方式中，所述储油补偿件11位于所述接头10的内部，在将所述储油补偿件11安装在所述接头10后，可以将所述储油补偿件11的开口进行密封，以避免钻头高速旋转时切削下来的岩屑损坏所述储油补偿件11，所述储油补偿件11用以平衡所述接头10与所述牙轮30之间的内外压力，所述导流管网12用以输送润滑油以及进行对碎岩过程中的润滑油的损失的补充。

进一步的，所述储油补偿件11包括安装盒111、下缸体112和上缸体113，所述下缸体112的底部与所述安装盒111的底部形成一传压间隙115，所述传压间隙115通过安装于所述接头10的管道与所述主流道45连通，所述下缸体112内放置有顶端开有针孔的泄压储油囊114，所述上缸体113将泄压储油囊114固定于下缸体112内，所述上缸体113还与所述泄压储油囊114构成一个密闭的储油腔体。

在本实施方式中，所述泄压储油囊114采用橡胶材质制成，在高速旋转过程中，所述泄压储油囊114在地层对钻头的作用力下发生周期性收缩、伸长，在收缩时，将润滑油从储油腔体中排出至所述导流管网12，而所安装盒111则用以收集各类小组件，以便于润滑油的安装和更换。

进一步的，所述导流管网12包括开设在所述接头10上与所述下缸体112导通的第一导油管121，设置于所述接头10的第二导油管122。

在本实施方式中，所述第一导油管121与所述安装盒111的出油孔连接，所述第二导油管122与所述第一导油管121连通，并与所述牙轮30连通，以平衡所述牙轮30的内外压力，通过改进所述牙轮30工作状态下的内外压力，从而有效提高所述牙轮30的机械钻速。

本发明在现有技术的基础上，通过改进牙轮30钻头的结构，让单一牙轮30与刀翼40配合，以有效提高牙轮30钻头在不同岩层中的碎岩效率，同时，又对牙轮30的锥齿311进行改进，使得齿尖312与齿底313按不同的旋转角度固定，可以有效提高牙轮30在碎岩时的机械钻速，并对接头10部分的储油补偿件11的结构进行改进，以平衡牙轮30的内外压力，从而从多方面提升牙轮30钻头在碎岩时的机械钻速。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。