[发明专利]牙轮钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻探工具，特别涉及一种牙轮钻头。 

背景技术

目前虽然金刚石钻头已广泛应用于石油、天然气和其它矿产资源的地质钻探与开发。但金刚石钻头成本高，并且在许多情况下还只能用牙轮钻头，而牙轮钻头主要是利用轴向冲击破岩和回转刮削剪切破岩。现有的牙轮钻头是由牙爪、位于牙爪上的泥浆喷嘴、储油室、牙轮、破岩用的牙齿等组成。由于石油钻井过程中，地层条件十分复杂，不同岩石的特性不同，而冲击回转钻进可以有效地解决这个问题。 

然而现在仍有因弹性体密封元件和牙掌轴颈接触面的磨损严重而导致钻头密封系统失效进而导致钻头报废的状况发生。其原因在于：一方面为提高钻井的速度，就要加大钻井压力和钻速，另一方面在钻采水平井、定向井时，钻头就需要承受更大的钻压和扭矩，加剧了牙轮轴颈与弹性体密封元件的磨损，且产生大量的摩擦热使轴颈密封面和弹性体密封元件之间的密封效果减弱，钻头密封系统一旦效果减弱，使得钻头外部的有腐蚀性及高研磨性岩屑和钻井液侵入钻头密封系统，将很快导致钻头密封系统失效，造成钻头报废。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种针对于石油、天然气、矿山开采及地质钻探的牙轮钻头，其牙掌轴颈或轴颈套具有较强的耐磨性，能有效减少牙掌轴颈或轴颈套与弹性体密封元件之间摩擦系数和摩擦热，提高钻头的密封系统的寿命。 

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为： 

一种牙轮钻头，包括下部形成有牙掌轴颈的牙掌和形成有内腔的牙轮，所述的牙掌轴颈与牙轮的内腔组成轴承副并通过锁紧部件将牙轮固定在牙掌轴颈上，所述的牙轮内腔与牙掌轴颈或轴颈套间设置有密封结构，所述的密封结构包括形成在牙轮内腔内侧面上的环形凹槽和嵌入在环形凹槽内并与牙掌轴颈或轴颈套间保持紧密接触的弹性密封元件，在所述的牙掌轴颈或轴颈套与弹性密封元件的接触面上形成有耐磨层，所述的耐磨层厚度在0.5-8μm。 

优选地，所述的环形沟槽形成在牙轮内腔的临近开口侧。 

优选地，所述的环形沟槽形成牙轮内腔开口侧，所述的环形沟槽为形成在内腔开口侧直径大于内腔直径的环形槽结构，其与牙轮内腔之间形成台肩结构，嵌入所述的环形沟槽内的弹性密封元件与牙掌轴颈或轴颈套及牙掌的相对面同时紧密接触，在所述的牙掌上与弹性密封元件相对应的环周面上形成有耐磨层。 

优选地，所述的轴颈套包括前后设置的前轴颈套和后轴颈套，在所述的前轴颈套的外周面上设置有耐磨层。 

优选地，所述的轴颈套为L形，其包括圆筒部和一体形成在其一端外侧的外凸缘部，所述的外凸缘部的折角处均形成有倒角结构，在所述的牙掌上与外凸缘部对应处形成有与其匹配的环槽，在所述的牙轮内腔开口处形成有与外凸缘部匹配的环形槽，在所述的轴颈套与牙轮相邻侧的外周面上设置有耐磨层。 

优选地，在所述的牙掌轴颈固定设置有轴颈套，在牙掌轴颈上设置有至少一个沟槽，嵌入沟槽其内的辅助弹性元件与牙掌轴颈的轴颈套内壁面紧密接触以使得轴颈套牢固的装配在轴颈上。 

优选地，所述的轴颈套与牙掌轴颈固定连接，固定连接方式包括钎焊、低温焊接、冷缩配合、销钉锁紧和键槽锁紧。 

优选地，所述的耐磨层为DLC涂层、TiN涂层、TiCN涂层、CrN涂层或A1TiN涂层。 

优选地，所述的耐磨层为DLC涂层。 

优选地，所述的耐磨层为DLC涂层厚度为1-6μm。 

本发明通过在牙掌轴颈或轴颈套表面增设一层耐磨涂层，该层具有硬度高、摩擦系数小、耐磨性好等的优越特性。一方面，能有效减少牙掌轴颈的磨损和提高磨损面的精度，另一方面能够持续提高弹性体的供能范围和时间，并能有效地减小与弹性密封元件间的磨损和摩擦热，防止了弹性体密封部件的撕裂，提高牙轮钻头密封系统的可靠性，使牙轮钻头的使用寿命得到提高。 

附图说明

图1是本发明第一实施例的牙轮钻头结构示意图； 

图2为图1所示A部结构放大示意图； 

图3为本发明的第二实施例的牙轮局部结构示意图； 

图4为本发明的第三实施例的牙轮局部结构示意图； 

图5为本发明的第四实施例的牙轮局部结构示意图； 

图6为本发明的第五实施例的牙轮局部结构示意图； 

图7为本发明的第六实施例的牙轮局部结构示意图。 

具体实施方式