[发明专利]叠层工作的单牙轮钻头

说明书

本发明涉及石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备技术领域，公开叠层工作的单牙轮钻头，包括牙掌以及转动安装于牙掌前端的牙轮，在所述牙轮的外表面固定安装有若干固定切削刀翼，所述固定切削刀翼上设置有切削齿，所有切削齿形成至少两组切削齿组，同组切削齿组中的切削齿顶端可绕所述牙轮的转动轴线旋转投影至同一条切削轮廓线上，切削轮廓线绕牙轮的转动轴线转动即可形成各组切削齿组的切削工作面，各切削工作面的高度不同，以便形成叠层切削工作。本发明能形成叠层刮切破岩，在增加钻头破岩效率的同时，还能延长钻头的使用寿命。

技术领域

本发明涉及石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备技术领域，特别涉及叠层工作的单牙轮钻头。

背景技术

在钻井工程中牙轮钻头和PDC钻头是钻井工程中常用的钻头。牙轮钻头中单牙轮钻头在井下动力钻具钻进深井和小尺寸井眼中发挥着重要的作用。

单牙轮钻头主要利用牙轮上的牙齿对岩石的挤压、刮切作用破碎岩石，其侧切能力强和岩石的接触时间可调范围大，适用于在高钻压低转速状态下运行。单牙轮牙齿通常使用的齿型有楔形齿、勺形齿、球形齿等硬质合金齿。在硬地层和高研磨性地层中，这种硬质合金牙齿的磨损寿命较短，同时由于牙轮空间布齿区域有限，造成牙轮牙齿提前磨损，影响单牙轮钻头在硬地层和高研磨性地层中的平均机械钻速和使用寿命。因此，研究抗研磨性强、岩石适应性更广泛、布齿覆盖率更好的的单牙轮钻头，不仅是提高单牙轮钻头使用寿命和小井眼侧钻及深井提速的当务之急，而且也对今后相关学科研究有着重要的参考价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了叠层工作的单牙轮钻头，能形成叠层刮切破岩，在增加钻头破岩效率的同时，还能延长钻头的使用寿命。

本发明采用的技术方案如下：叠层工作的单牙轮钻头，包括牙掌以及转动安装于牙掌前端的牙轮，在所述牙轮的外表面固定安装有若干固定切削刀翼，所述固定切削刀翼上设置有切削齿，所有切削齿形成至少两组切削齿组，同组切削齿组中的切削齿顶端可绕所述牙轮的转动轴线旋转投影至同一条切削轮廓线上，切削轮廓线绕牙轮的转动轴线转动即可形成各组切削齿组的切削工作面，各切削工作面的高度不同，以便形成叠层切削工作。如此设置，能形成叠层刮切破岩，上层切削齿组的切削齿磨损后，下层切削齿组的切削齿接替工作，在增加钻头破岩效率的同时，还能延长钻头的使用寿命。

进一步地，所有固定切削刀翼上属于同组切削齿组的切削齿顶端在同一切削轮廓线上的旋转投影覆盖整条切削轮廓线。如此设置，保证各同组的各切削齿无缝衔接，避免同组的相邻切削齿之间形成漏切削间隙。

本发明所述的叠层工作的单牙轮钻头，每个所述固定切削刀翼上均具有分属于各切削齿组的切削齿、且分属于各切削齿组的切削齿至少为一个。如此设置，保证每个固定切削刀翼均对应具有各切削齿组的切削齿，保证整体切削齿的工作效率。

本发明所述的叠层工作的单牙轮钻头，每组切削齿组分别对应一个切削轮廓线，相邻两组切削齿组中先与岩石工作的切削齿组为先行切削齿组，后与岩石工作的切削齿组为下层切削齿组，两相邻切削齿组的切削轮廓线高差值为r，在同一固定切削刀翼中，属于先行切削齿组的切削齿的最小有效工作高度为h，其中，0＜r≤h。如此设置，可最大限度地保证上层切削齿组和下层切削齿组无缝衔接工作。

本发明所述的叠层工作的单牙轮钻头，所述切削齿为硬质合金齿、PDC齿、斧型齿和锥型齿中的至少一种。

进一步地，切削齿为硬质合金齿和PDC齿中的一种或两种，以及斧型齿和锥型齿中的一种或两种。如此设置，增加了牙轮钻头破岩的方式，使原有单牙轮的破碎岩石方式从冲击压碎+刮切变化为冲击压碎+刮切+犁削多形式破碎岩石，有利于提高钻头的破岩效率，同时使得单牙轮可以适应地层范围扩大。

本发明所述的叠层工作的单牙轮钻头，所述固定切削刀翼（3）的周向偏移夹角为α，其中，0°＜α≤5°。