单牙轮钻头
专利汇可以提供单牙轮钻头专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种用于石油和地质钻探的单 牙轮 钻头 ，尤其涉及一种阶梯球形的 单牙轮钻头 。它包括有钻头体和牙轮，牙轮为阶梯球形牙轮，牙轮上安设有楔形切削齿，其不同之处在于至少在每个球形面下部齿排的楔形切削齿其切削刃按与牙轮轴线平行和垂直两种方位交错布设。由于本实用新型对切削齿进行了合理的布设，因而提高了牙轮切削齿在井底的破岩 覆盖 面积，克服了单牙轮钻头在使用中牙轮顶部齿排切削齿严重磨损的缺点，使牙轮钻头的使用效果和寿命得到有效的提高。此外，在钻井过程中，使用本实用新型的牙轮钻头，可使钻头在井底具有稳定的动 力 学特性。，下面是单牙轮钻头专利的具体信息内容。
1、一种单牙轮钻头，包括有钻头体(1)和牙轮(4)，牙轮为阶梯球 形牙轮，形成有多个球形面，牙轮上安设有楔形切削齿，其特征在于至少 在每个球形面下部齿排的楔形切削齿其切削刃(10)按与牙轮轴线(12) 平行和垂直两种方位交错布设。
2、按权利要求1所述的单牙轮钻头，其特征在于所述的平行布设的 楔形切削齿(8)沿牙轮轴线方向高于或低于垂直布设的楔形切削齿(9)。
3、按权利要求1或2所述的单牙轮钻头，其特征在于所述的平行布 设的楔形切削齿的中心与垂直布设的楔形切削齿的中心在牙轮轴线上的投 影间距相差为1/2的齿直径。
4、按权利要求1或2所述的单牙轮钻头，其特征在于阶梯球形牙轮 由不同直径的球形面构成，从牙轮的外排到顶部，球形面的直径呈递减， 阶梯球形的阶梯数为1～4个。
5、按权利要求4所述的单牙轮钻头，其特征在于阶梯球形牙轮有两 个阶梯，形成有三个圆球形面(5)、(6)、(7)，从底部球形面(5)到下 方顶部球形面(7)，球形面直径呈递减状，球形面上布设有楔形切削齿， 每个球形面(5)、(6)、(7)下部齿排的切削齿按其切削刃(10)与牙轮 轴线(12)平行和垂直两个方位每个互相交错布设，且平行布设的楔形切 削齿(8)中心在牙轮轴线上的投影点高于垂直布设的楔形切削齿(9)中 心投影点1/2齿直径。
技术领域
本实用新型涉及一种用于石油和地质钻探的单牙轮钻头，尤其涉及一 种阶梯球形的单牙轮钻头。
背景技术
现有的单牙轮钻头大都由钻头体和球形牙轮构成，牙轮上布设有硬质 合金切削齿，这种球形结构的单牙轮钻头，在使用中存在牙轮顶部齿排的 牙齿磨损较严重，井底破岩过程中破碎不完全的问题。针对这种情况，现 有的改进方案是设计一种带有阶梯球形牙轮的单牙轮钻头，这种钻头的牙 轮由几个不同直径的球形面构成，并且从牙轮的底部到顶部，球形的直径 是递减的，这种结构牙轮的切削齿根据单牙轮钻头井底网状切削模式，通 常采用楔形切削齿，因为与球形和锥形切削齿相比，在齿数相同的情况下， 楔形齿的井底覆盖面积更大。然而，该设计中没有考虑到楔形齿在运动过 程中切削刃的方向分布，特别是对于每个球形面的下部齿排而言，所以， 切削刃在相应的井底表面仍然破碎不完全，并致使单牙轮钻头在钻井过程 中轴向摆动加剧，使破岩效果和钻井效率下降。
发明内容
本实用新型所要解决的问题是针对上述现有技术存在的不足而设计出 一种切削齿布设合理、在井底的覆盖率高、破岩效果好的单牙轮钻头。
为解决上述提出的问题，本实用新型所采用的技术方案为：包括有钻 头体1和牙轮4，牙轮为阶梯球形牙轮，形成有多个球形面，牙轮上安设 有楔形切削齿，其不同之处在于至少在每个球形面下部齿排的楔形切削齿 其切削刃10按与牙轮轴线12平行和垂直两种方位交错布设。
按上述方案，所述的平行布设的楔形切削齿8沿牙轮轴线方向高于或 低于垂直布设的楔形切削齿9；通常，平行布设的楔形切削齿的中心与垂 直布设的楔形切削齿的中心在牙轮轴线上的投影间距相差为1/2的齿直 径；阶梯球形牙轮由不同直径的球形面构成，从牙轮的底部到顶部，球形 面的直径呈递减，阶梯球形的阶梯数为1～4个；牙轮上各球形面其它齿排 上的切削齿可按现有常规方式排列布设，或与各球形面下部齿排相同，按 其切削刃与牙轮轴线平行和垂直两种方式交错布设。
本实用新型所采用的楔形切削齿布设方式是基于下述两种运行机理： 第一、当切削刃平行和垂直交替放置时，平行放置的切削刃在运行时有最 大的切削面积，而垂直放置的切削刃有最小的切削面积，这样，齿排上相 邻切削齿的切削刃可完成最大的井底切削面积；第二、平行放置的切削齿 与垂直放置的切削齿相距1/2的齿直径，将会保证破岩发生在井底球形区 同一高度上，均匀破岩，避免钻头的摆动。由于本实用新型是在上述基础 上对切削齿进行了合理的布设，因而提高了牙轮切削齿在井底的破岩覆盖 面积，克服了单牙轮钻头在使用中牙轮顶部齿排切削齿严重磨损的缺点， 使牙轮钻头的使用效果和寿命得到行效的提高。此外，在钻井过程中，使 用本实用新型的牙轮钻头，可使钻头在井底具行稳定的动力学特性。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例的正视图。
图2为平行和垂直布设的切削齿的切削位示意图。
图3为相邻两颗平行和垂直布设的切削齿的破碎面积示意图。
具体实施方式 下面结合附图进一步说明本实用新型的实施例，包括有钻头体1，钻头体 通过其下部的轴颈2与一阶梯球形牙轮4相联接，并用锁紧元件3进行轴 向锁定，阶梯球形牙轮有两个阶梯，形成有三个圆球形面5、6、7，从底 部球形面5到下方顶部球形面7，球形面直径呈递减状，球形面上布设有 楔形切削齿，每个球形面5、6、7下部齿排的切削齿按其切削刃10与牙 轮轴线12平行和垂直两个方位每个互相交错布设，且平行布设的楔形切 削齿8中心在牙轮轴线上的投影点高于垂直布设的楔形切削齿9中心投影 点1/2齿直径，即d/2，d为切削齿直径，各球形面其它部分切削刃与牙 轮轴线12相平行，切削齿由硬质合金材料制成，以过盈配合方式镶嵌在 牙轮球形面上。
本实用新型的工作过程为：牙轮钻头旋转时，牙轮4在围绕牙轮轴线 12旋转的同时也围绕钻头体轴线11公转，切削刃平行布设的楔形切削齿 8和垂直布设有楔形切削齿9同时到达井底13的阶段球面底部，相应的平 行布设的楔形切削齿8和垂直布设有楔形切削齿9与牙轮底平面垂直方向 上的轴向距离为d/2，这将在井底破碎高度方面保障阶梯形井底的完全覆 盖，如图2所示，使牙轮钻头在井底具有稳定的动力学特性，摆动减小。 此外，从切削方式上分析，平行布设的楔形切削齿8和垂直布设的楔形切 削齿9在井底破碎岩石的面积在图3中分别为14和15所示部分，破碎面 积14在平行布设的楔形切削齿8的作用下从井底阶梯面上部到底部面积 是逐渐增加的，而破碎面积15在垂直布设的楔形切削齿9的作用下，从 井底阶梯面上部到底部面积是逐渐减少的，这样可使井底破岩更趋合理。
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