[发明专利]一种矢量布齿牙轮钻头

说明书

本申请涉及一种矢量布齿牙轮钻头，属于石油天然气和采矿钻井领域的牙轮钻头技术领域，牙轮钻头包括：牙轮钻头上至少设有一个牙掌和一个牙轮，牙掌的顶端设有螺纹，牙掌的底端设有轴径与牙轮转动连接；牙轮的同一齿排上布设有若干切削齿，同一齿排上若干切削齿中至少有一个切削齿的齿顶方向与其余切削齿的齿顶方向不同，以使若干切削齿形成矢量布齿齿排。本申请牙轮钻头的矢量布齿齿排上的切削齿的齿顶以不同方向布设，减小单颗切削齿的破碎面积，可有效提高切削齿的攻击性，提高钻铣桥塞的效率。同时可有效强化切削齿的韧性和强度，减少切削断裂现象。从而达到提高单只钻头钻塞效率、钻塞数量和延长牙轮钻头的使用寿命。

技术领域

本申请涉及石油天然气和采矿钻井领域的牙轮钻头技术领域，特别涉及一种矢量布齿牙轮钻头。

背景技术

现有的牙轮钻头至少包括一个牙掌和一个牙轮，通常的牙轮钻头包括三个牙掌和三个牙轮。现有的牙轮钻头的牙轮包括铣齿牙轮和镶齿牙轮两种。铣齿牙轮的切削齿由牙轮本体经过铣削加工而成，并在铣齿表面敷焊有耐磨材料。镶齿牙轮是在牙轮本体上设有若干个齿排，每个齿排加工出若干个齿孔，并在齿孔中镶嵌有硬质合金齿作为切削齿。采用铣齿切削结构的牙轮钻头为铣齿牙轮钻头或钢齿牙轮钻头，采用镶齿切削结构的牙轮钻头为镶齿牙轮钻头。此外还有一种铣齿与镶齿混合结构的牙轮钻头，称为钢镶混合牙轮钻头。每个牙轮包含若干个齿排，其中，最靠近牙轮底平面的齿排为外齿排，其余齿排称为内齿排。

近年来，随着页岩气开发技术的发展及钻井工艺的变化，桥塞被大量用于石油勘探开发过程中分层注水、分层试油、分层压裂酸化、分层生产及封闭水层、封闭干层和封闭废弃层等的封层作业，牙轮钻头的使用领域也逐步扩展到钻铣桥塞作业。

在钻铣桥塞作业中，通常采用连续油管接螺杆钻具，再接钻头；连续油管实现提供钻压和向前移动钻头的作用，螺杆钻具则用于驱动钻头旋转。钻头发生旋转，在一定的钻压作用下破碎桥塞。

参见图1所示，将桥塞放置在套管内的预定位置后，投入密封球401，通过从上部施加压力，推动上卡瓦403和上锥体404向下、且与中心管402相对运动，压迫密封胶筒405，使密封胶筒405胀开贴紧套管内壁，达到封隔上下层的目的，同时由于锥面的作用上卡瓦403和下卡瓦407向外运动而卡在套管内壁，起到防松的作用。密封球401和中心管402的材料通常为高分子复合材料、软金属等；密封胶筒405的材料通常为橡胶；上卡瓦403和下卡瓦407的材料通常包含铸铁块。

采用铣齿牙轮钻头钻铣桥塞时，存在着其切削齿耐磨性差，钻铣桥塞的切削齿数量少的不足。采用镶齿牙轮钻头和钢镶混合牙轮钻头钻铣桥塞时，所能钻铣桥塞的切削齿数量多，但存在着两方面不足：一是所有的切削齿的齿顶方向与钻头的旋转方向平行，切削齿与破碎目标的接触面积大，切削齿的攻击性不强、破碎效率低；二是当钻遇铸铁块时，容易发生牙轮外齿排上的切削齿断裂，从而影响了钻头的使用寿命。

发明内容

本申请实施例提供一种矢量布齿牙轮钻头，以解决相关技术中牙轮钻头切削齿的攻击性不强、破碎效率低；当钻遇铸铁块时，容易发生牙轮外齿排上的切削齿断裂的问题。

本申请实施例提供了一种矢量布齿牙轮钻头，所述牙轮钻头包括：

牙轮钻头至少设有一个牙掌和一个牙轮，所述牙掌的顶端设有螺纹与钻杆或螺杆连接，所述牙掌的底端设有轴径与牙轮转动连接；

所述牙轮设有若干齿排，同一齿排上布设有若干切削齿，同一齿排上若干所述切削齿中至少有一个切削齿的齿顶方向与其余切削齿的齿顶方向不同，以使同一齿排上若干所述切削齿形成矢量布齿齿排。

在一些实施例中，所述矢量布齿齿排中至少有一个切削齿的齿顶方向垂直于所述牙轮钻头的旋转方向，所述矢量布齿齿排中至少有一个切削齿的齿顶方向平行于所述牙轮钻头的旋转方向。

在一些实施例中，所述矢量布齿齿排中至少有一个切削齿的齿顶方向与其余切削齿的齿顶方向之间的夹角为0°～90°。