[实用新型]一种滚轮钻头

说明书

本实用新型涉及石油、矿山、煤田钻井用钻头，是特别适用于小直径井眼钻探的一种滚轮钻头。

在钻井工程中，目前应用最广泛的是牙轮钻头，它主要靠牙齿的冲击、压碎和剪切来破碎岩石。牙轮钻头的寿命主要取决于钻头轴承寿命，直径小于Φ152.4毫米的牙轮钻头由于内部空间小，轴承尺寸也相应缩小，导致承载能力减弱，轴承寿命大大缩短。在小尺寸井眼钻井中也使用无运动部件的刮刀钻头、PDC钻头和金刚石钻头，它们主要是以切削、剪切或磨削来破碎岩石，遇到软硬交错变化较大的地层和较硬地层则不能适应，无论钻进速度还是钻头寿命都很低，这是在软硬交错地层和硬地层小井眼钻井中急待解决的一个重要问题。

本实用新型的目的是提供一种在小直径井眼钻井中可拓宽适应地层的范围，遇到软硬交错地层和较硬地层可明显提高钻进速度和钻头寿命的滚轮钻头。

本实用新型的目的可以通过如下措施来达到：

滚轮钻头由螺纹接头1、钻头体2、喷嘴3、滚轮4、牙爪5、曲轴6组成，钻头体2的两侧有延伸的牙爪5，一只以上的滚轮4用曲轴6固定在牙爪5间。

本实用新型的目的还可以通过如下措施来达到：

滚轮钻头曲轴6可由两个半轴6a和6b及中间轴6c组成，两个半轴的轴线分别与中间轴的轴线平行并在同一平面内，并可分别向相反方向偏移，偏移值在0至60毫米之间。

在滚轮4外缘上镶焊或烧结耐磨齿7，耐磨齿7可以是硬质合金或人造金刚石复合齿。

曲轴6的两个半轴6a、6b表面和牙爪5、中间轴6c端面、滚轮4内孔表面及两侧面镶焊或烧结耐磨材料层8，耐磨材料层8可是铸造碳化钨或人造金刚石聚晶块，也可是厚0.3至6毫米的镍、钴、钼、碳化钨、碳化钛耐磨硬质材料。

钻头体2上有1个以上的喷嘴3，喷嘴3轴线与钻头体2轴线间的夹角α在0至45°间，喷嘴3可是硬质合金喷嘴。

本实用新型在破碎岩石时，既有类似牙轮钻头对岩石的冲击、压碎作用，又有类似PDC钻头和刮刀钻头对岩石切削、剪切破碎作用，能够适应较宽的岩性变化范围，与同尺寸的牙轮钻头相比，结构简单，滚轮直径和轴承直径明显增大，提高了钻头的整体强度、承载能力和使用寿命，与PDC钻头和刮刀钻头相比，地层变化的适应能力强，能在软硬交错变化较大的地层和较硬地层中使用，本实用新型特别适用于在小直径井眼钻井中使用，有利于提高钻井速度和钻头寿命。

本实用新型附图说明：

图1为本实用新型滚轮钻头的结构示意图；

图2为图1的A-A剖面示意图；

图3为本实用新型曲轴的结构示意图；

图4为本实用新型滚轮的结构示意图；

图5为本实用新型牙爪的结构示意图。

以下结合附图说明本实用新型实施例。

曲轴6的两个半轴6a、6b上分别装有带齿的滚轮4，曲轴6中有中间轴6c的两个止推面将两个滚轮4分隔开。两个牙爪5分别装配在曲轴6的两个半轴的末端，将滚轮4限位在曲轴6上。两个牙爪内侧的止推面限制滚轮4在曲轴6上窜动。曲轴6、牙爪5和钻头体2和带锥度螺纹的接头1装配后组成一个整体。滚轮钻头曲轴6两个半轴的轴线分别与中间轴的轴线平行并在同一平面内，并可分别向相反方向偏移，偏移值在0至60毫米之间，称移轴距，当移轴距为0时，滚轮4的牙齿同时在四处修整井壁，钻头以切削、刮挤为主破碎岩石，靠牙齿7与岩石破碎时产生的摩擦力使滚轮4自转；当移轴距值增大时，滚轮4自转的程度增加，牙齿以冲击、压碎的方式破碎岩石的作用增强，钻头直径取决于滚轮4直径和移轴距，每个半轴6a、6b上也可安装两只或更多只滚轮4。

钻头体2下部装配或焊接有1～4个硬质合金喷咀，它们处于两个牙爪5的中间，并分别与钻头体轴线成一个夹角α，α值控制在0至45°之间，保证喷嘴3喷出的射流能有效地清除井底岩屑和清洗滚轮表面。

为了提高曲轴6的耐磨性，在两个半轴表面和中间轴的止推面镶焊和烧结一层0.3至6毫米厚的由铸造碳化钨-铜合金机体包镶的硬质合金块耐磨层8，硬质合金块和聚晶块的几何形状可以是长方形、正方形、梯形、三角形或其它形状。也可在上述表面堆焊或熔覆一层0.3至6毫米厚的碳化钨、镍、钴、钼等硬质耐磨层。滚轮4由硬质合金齿或人造金刚石聚晶-硬质合金复合齿7、滚轮基体、硬质合金块和铸造碳化钨-铜合金基体组成。在滚轮钢基体的外缘上钻孔，采用过盈配合或钎焊工艺，镶装硬质合金齿或人造金刚石聚晶-硬质合金复合齿7。滚轮内孔为耐磨材料径向轴承表面，两端有耐磨止推面，在滚轮内孔表面及两侧面上，均镶焊或烧结一层0.3至6毫米厚的由铸造碳化钨-铜合金基体包镶的硬质合金块耐磨层，也可在上述表面堆焊或熔覆一层镍、钴、钼、碳化钨、碳化钛等耐磨硬质材料，作为相对运动的耐磨摩擦面。牙爪5上有一孔与曲轴6的末端相配合，在牙爪5的内侧止推面面上镶焊或烧结一层由铸造碳化钨-铜合金机体包镶硬质合金块耐磨层8，也可堆焊或熔覆一层碳化钨、镍、钴、钼等耐磨合金。