[发明专利]一种牙轮钻头的牙齿

说明书

技术领域

本发明涉及钻头，具体是一种牙轮钻头的牙齿。

背景技术

牙轮钻头主要由牙轮壳体和布置于牙轮壳体上的多个牙齿构成，是一种应用广泛的钻削岩层工具。目前，常用的牙齿有楔形齿、锥球齿、球齿等，这些牙齿均由齿柱部分和齿冠部分组成，齿柱部分为圆柱形，安装时齿柱部分被过盈镶嵌进牙轮壳体的齿孔中，使牙齿与牙轮壳体成为一体，齿冠部分凸起裸露在牙轮壳体表面，在钻井过程中，齿冠部分直接与岩石接触，参与破碎岩石。因而，牙齿的齿冠部分结构直接决定了牙轮钻头的运动性能及对岩石的破碎性能。

上述常用牙齿的齿冠部分基本采用回转体结构，现以楔形齿做详细说明。楔形齿齿冠部分是一截头圆锥，在圆锥表面对称加工有两个斜面，形成顶窄、底宽的楔形状，齿冠部分的齿顶为具有一定宽度的平面，齿顶平面上的齿顶线与齿柱轴线垂直，在钻井过程中，齿冠部分的齿顶最先吃入岩石。由于牙轮壳体的牙齿布齿表面为近似球面结构，而牙轮壳体上的齿孔轴线一般与牙轮布齿表面是近于垂直的，使得牙轮壳体上产生牙轮布齿面半锥角α，布置于牙轮壳体上的楔形齿的齿柱轴线与钻柱轴线之间产生钻头轴倾角β。这样的话，在钻井过程中，牙轮壳体上布置的楔形齿受力分成两种情况（参见图1）。其一，少部分楔形齿的钻头轴倾角β等于0°，当楔形齿随牙轮转动处于最低位时，楔形齿的齿柱轴线与钻柱轴线处于平行，楔形齿齿冠部分的齿顶线与钻柱轴线垂直，岩石对楔形齿的反作用力F平行于钻柱轴线，楔形齿只能轴向受力，几乎不会产生侧向力，进而对井底岩石进行轴向的切削，切削效果优异；其二，大部分楔形齿的钻头轴倾角β不等于0°，当楔形齿随牙轮转动处于最低位时，楔形齿的齿柱轴线与钻柱轴线倾斜形成交叉，楔形齿齿冠部分的齿顶线与钻柱轴线亦形成倾斜交叉，岩石对楔形齿的反作用力F就始终无法与钻柱轴线平行，而是分解为平行于钻柱轴线方向的分力F1和垂直于钻柱轴线方向的分力F2，各楔形齿平行于钻柱轴线方向的分力F1平衡总钻压，F2则成为钻头所受的侧向力，该侧向力通过钻头直接作用在井壁上，对井壁形成侧向切削，进而造成井斜。

通过上述分析我们可以清楚的看出，在钻井过程中，牙轮壳体上布置的牙齿受力分成两种情况的现象，是由牙齿齿冠部分的结构所决定，齿冠部分结构对整个牙齿所受的岩石反作用力有很大的影响，进而直接影响钻头切削方向。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有牙轮壳体上牙齿的受力现象，提供一种牙轮钻头的牙齿，该牙齿钻进稳定、破岩效率高、能够有效减小钻头的侧向受力。

本发明采用的技术方案是：一种牙轮钻头的牙齿，包括齿柱部分和齿冠部分，两部分为整体结构，牙齿在牙轮上具有特征参数：牙轮布齿面半锥角α、钻头轴倾角β；所述齿冠部分在垂直于钻柱轴线方向的投影轮廓上有一直线段，该直线段与齿柱轴线相交形成夹角θ，其值为θ=β+α，且α不等于90o -β，当牙齿随牙轮转动处于最低位时，该直线段与钻柱轴线垂直。

进一步的，所述齿柱部分与齿冠部分倾斜相贯，齿柱轴线与齿冠轴线相交形成夹角φ，其值为φ=90o-（β+α）。

本发明的有益效果是：上述牙齿的齿冠部分具有一个投影轮廓呈直线段的面，且该面上的直线在牙齿随牙轮转动至最低位时，与钻柱轴线垂直，牙齿通过该投影轮廓呈直线段的面最先吃入岩石，对岩石进行切削，这就使牙齿的钻头轴倾角β无论等于0°与否，均能够使岩石对牙齿的反作用力平行于钻柱轴线，确保牙齿只能轴向受力，进行轴向的切削，不会产生侧向力，有效提高了钻头的稳定性，破岩效率高，降低、甚至杜绝钻进井眼的偏移，有利于保证钻井质量。

附图说明

下面结合附图对本发明的内容作进一步的说明。

图1是牙轮壳体上布置的楔形齿受力示意图。

图2是本发明的一种结构示意图。

图3是本发明的另一种结构示意图。

图4是牙轮壳体上布置的本发明受力示意图。

具体实施方式

实施例1