[发明专利]一种O形圈金属环双向组合密封的储油单牙轮钻头

说明书

技术领域

本发明属于岩石钻井用的牙轮钻头技术，具体涉及一种O形圈金属环双向组合密封的储油单牙轮钻头。

背景技术

在岩石钻井技术中，一般以三牙轮钻头为主要工具，但是单牙轮钻头有许多特点优于三牙轮钻头：(1)国内外高转速钻井多采螺杆钻具和涡沦钻具，钻头转速为300—600r/min，属于超高转速，这是本发明开发新产品特定的超高转速范围。由于三牙轮钻头牙轮的转速是钻头转速的1.5倍，在超高转速下，牙轮转速可达到450—900r/min，而单牙轮钻头牙轮的转速是钻头转速的75%，所以说单轮钻头是减速牙轮钻头，牙轮的转速约为三牙轮钻头牙轮转速的一半。在超高转速下，单牙轮钻头牙轮的转速约为225—450r/min，因此用单轮钻头取代三牙轮钻头可以大幅度的提高钻头工作指标，降低钻井成本；(2)单牙轮钻头的球形牙轮能提供较大的轴承空间，比三个锥形牙轮提供轴承空间之和大得多，轴承承载面积是三个锥形牙轮的5.8倍，有利于最大限度地提高轴承寿命；(3)单牙轮钻头的球形牙轮能提供最大的布齿空间，使球形井底得到高效全面的破碎，提高钻头工作指标和降低钻井成本；(4)单牙轮钻头齿柱以刮削方式破碎球形井底岩石，比三牙轮钻头齿冲击破岩效率高；(5)球形牙轮强度高，能承受更大的钻压和转速。

但是，目前单牙轮钻头存在诸多缺陷，诸如：轴承密封的现有技术是采用O形橡胶圈密封轴承，在高转速条件下密封寿命低；轴承密封失效严重磨损后会发生掉牙轮事故；轴承结构、齿型和布齿设计不合理；……。上述诸多缺陷制约单牙轮钻头技术的发展和优良特性的发挥，影响单牙轮钻头的市场份额。

发明内容

针对现有技术存在的以上不足，本发明的目的在于提供一种设计完善、性能全面的O形圈金属环双向组合密封的储油单牙轮钻头。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种O形圈金属环双向组合密封的储油单牙轮钻头，其特征在于，包括轮金属环、轮O形圈、小轴、储油囊、小轴套，上部有连接螺纹的主体，主体下方斜向伸出的大轴颈，套装在大轴颈上的牙轮，布置在牙轮上的齿柱，套装在大轴颈外壁的大轴套；所述牙轮上设有台阶状安装盲孔，台阶状安装盲孔的大孔内靠近台阶处设有内壁环形槽，大轴颈靠近其顶端面设置有与所述内壁环形槽对应的外壁环形槽，外壁环形槽和内壁环形槽内安装有连接用钢丝挡圈，抵靠在大轴颈顶端面和所述台阶状安装盲孔的台阶面设有止推圈；所述大轴颈根部设有轴台阶，牙轮的台阶状安装盲孔的大孔内靠近口部设有牙轮端槽，大轴颈根部靠近轴台阶处和牙轮端槽之间套装有轮金属环和轮O形圈，轮O形圈套在轮金属环外围；所述大轴颈顶端面上设有一小圆柱孔，小圆柱孔底部设有一个通向主体之外的传压孔，所述小轴的一端与小圆柱孔过盈配合，小轴另一端与牙轮的台阶状安装盲孔的小孔内壁之间设有小轴套；所述小轴与小圆柱孔底部之间设有一个装满钻头脂的储油囊，储油囊与贯穿设置在小轴上的通油孔连通，通油孔与设置在大轴颈外壁的储油槽连通，储油槽连通有注油孔，所述注油孔设置在大轴颈内并通往主体外。

上述技术方案的特点和进一步改进在于：

所述轮金属环的径向密封面包含斜面和平面，所述牙轮端槽底面包含与轮金属环的径向密封面对应的斜面和平面；所述轮O形圈位于轮金属环的径向密封面和牙轮端槽底面之间。

所述轮金属环的径向密封面所包含的斜面为楔形面。

所述轮大轴径的轴台阶的端面和对应的轮金属环的轴向面为滑动密封。

所述牙轮自身顶部中心设有一个小硬质合金勺形齿，其周围设有六个小硬质合金勺形齿组成的齿圈；牙轮表面上从齿圈外均匀分布十二个指向牙轮顶点的清洗槽，齿柱镶嵌在清洗槽之间的齿垄上，其排列方式从牙轮根部开始依次为：一个小PDC齿、两个大硬质合金勺形齿、两个大PDC齿。

所述主体四周均匀分布四组轴向排列的齿柱，每组齿柱从上到下分别为小硬质合金勺形齿、小PDC齿。

所述小PDC齿和小硬质合金勺形齿直径为14mm，齿高为10mm；所述大PDC齿和大硬质合金齿半径为12mm，齿高为8mm。

所述主体四周均匀分布四组轴向排列的齿柱，每组齿柱为两个小硬质合金勺形齿。

所述牙轮与大轴颈之间设置有均匀排列的大滚柱，牙轮顶部设有一个中心齿组，所述中心齿组由一颗楔形齿和两个对称设置在该颗楔形齿的齿顶线两侧的半楔形齿组成，沿所述中心齿组顶部向四周辐射设置有多个楔形齿。所述楔形齿齿顶宽2mm、齿高18mm、齿尖角40°。