[发明专利]带有防掉装置的牙轮钻头及其安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及钻井工具技术领域，尤其涉及一种带有防掉装置的牙轮钻头及其安装方法。

背景技术

单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。

众所周知，近几年来新技术新能源持续发展，世界经济以及人类的生产生活对石油依赖层度日益下降，导致世界油气价格持续低迷。钻探业举步维艰。又因为石油是一种战略物资，并且不可在生，同时开采石油气也对生态环境产生永久伤害。因此我国政府从国家安全、环境保护、持续发展等方面考虑，必然控制对石油、天然气以及其它矿产资源的开采。而且这种情况现今已经深入自然资源开发的各行各业中。但是钻采业也要生存和发展，如何生存，持续发展将是我国钻采行业必须面对的的问题。

开发一口新油气井轻则几千万，重则数亿元资金。钻探周期短则3-4个月，长则5-7个月，一个生产井要顺利产油气，前期还得钻探探井、评估井。以及修建配套基础设施，投资巨大，有时还不一定就能开采出油气或者生产周期很短。同时开发新油气井也会对生态环境造成永久致命的伤害。如何降低钻探行业的生产成本和保护我们赖以生存的生态环境，是整个钻井工具技术领域和钻探行业必须思考和急待解决的难题。

以前由于钻井技术落后，钻探的油气井多数是直井。由于油田油层都有一定厚度，油气层位有深有浅、储量有大有小有多有少。因此直井生产周期寿命较短。为了改变以上局面，现今钻探行都采用老井开天窗钻小井眼丛井和加深或注水井增产。老井增产顺应国策，有效解决了钻探业要生存、要发展的难题。老井增产一般采用单牙轮钻头钻探小井眼，对钻井配套设施要求低，基本上都采用小井架或车载井架钻探，成本投资少。并且由于现有油气井配套基础设施完善，不用在基础设施上投资。在老井开天窗增产都是在已探明的油田开发，因而不用钻探探井、评估井就能保证开采出油气来。在老井开天窗增产钻探周期一般都在半月到20天左右，工期短，当然成本就低。

大力发展和推广老井开天窗方式增加油气产量，必然要大力发展钻井工具：单牙轮钻头。苏联是最早使用与研究单牙轮钻头的国家，我国这几年也开始大量使用，主要用于钻探深井、小井眼丛井、老井开窗和加深增产。单牙轮钻头与三牙轮钻头相比，牙轮自转比公转转速低，转速比约0.3:1，而三牙轮钻头牙轮自转与公转转速比为1.5:1，因此复合钻井时单牙轮钻头轴承寿命更长。又因为单牙轮钻头比三牙轮钻头轴承尺寸大得多，因而能承受更大的钻压和冲击载荷。现今采取螺杆钻具与单牙轮钻头组合使用一般都在80小时以上，使用效果较好的都能达到120小时以上，进尺一般都在300米以上，最高能达到600米，这种效果是三牙轮钻头达不到的。

如果您要询问钻探一线职工和技术员以及管理员：“使用单牙轮钻头效果如何，使用过程中你们最担心或最怕什么？”他们肯定会回答你：“虽然单牙轮使用效果很好，相对三牙轮钻头更加安全，但最怕牙轮落井”。因为单牙轮钻头是一个牙轮钻进的满眼钻井，一但牙轮落井，现有的打捞设备根本打捞不上来，只能使用一两只或者多只金刚石磨鞋用几天时间磨掉落井牙轮。一只金刚石磨鞋价值比多只同尺寸的单牙轮钻头还高，而且一支井队一天正常开支可买十来只单牙轮钻头。如果遇到井段太深或井眼正处在小角度倾斜段或地层复杂等原因只能填井重钻。因而单牙轮钻头一但落井损失巨大。

由于上述情况客观存在，现钻探业大力发展和推广PDC钻头钻探小井眼油气井，但是PDC钻头同样非常昂贵，一只PDC钻头价值相当于多只同尺寸的单牙轮钻头，这还是国产价，如果使用美国产的PDC钻头，那就相当于二十多只国产单牙轮钻头。并且PDC钻头并不能适用大多数地层。如何在现有技术生产的单牙轮钻头上不增加多少成本，而大幅提高它的安全性，是钻探工具设计生产行业必须要解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种带有防掉装置的牙轮钻头及其安装方法，能够有效防止牙轮落井，提高产品的安全性。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种带有防掉装置的牙轮钻头，其特征在于：包括牙轮轴孔、牙掌轴、防掉装置、小轴密封系统、钢球锁紧系统以及大轴密封系统；所述牙掌轴安装在所述牙轮轴孔中，所述钢球锁紧系统置于所述牙轮轴孔与所述牙掌轴之间，所述小轴密封系统位于所述牙掌轴的根部，用于密封牙轮轴孔和牙掌轴；所述牙轮轴孔和牙掌轴之间设有防掉装置放置槽，所述防掉装置置于所述防掉装置放置槽中，所述防掉装置为强力截面弹性挡圈，所述强力截面弹性挡圈带有开口。

优选地，所述强力截面弹性挡圈的截面形状为矩形或圆形。