一种钢齿牙轮钻头.pdf

本发明涉及一种用于石油、地质等钻探领域的钢齿牙轮钻头。包括有牙掌和钢齿牙轮，牙掌通过其下端的轴颈与钢齿牙轮相连，所述的钢齿牙轮外周布设有与牙轮一体的牙齿，其不同之处在于所述的牙齿向钢齿牙轮的钻井时自转的旋转方向偏斜，使牙齿的横截面构成不等边梯形。本发明的有益效果在于：1.通过钢齿牙轮横截面形状的改变，在齿形角β不变的条件下，能够改善牙齿齿根的应力，从而提高钢齿牙轮的牙齿强度，增强其抗断裂的能力；2.由于钢齿牙轮牙齿前面的齿角变小，提高了牙齿的尖锐性和吃入地层的能力，使牙轮的钻凿切削性能进一步增强，也使牙轮钻头能够承受较高的钻压和转速，从而达到提高钢齿牙轮钻头的破岩效率。

1、  一种钢齿牙轮钻头，包括有牙掌和钢齿牙轮，牙掌通过其下端的轴颈与钢齿牙轮相连，所述的钢齿牙轮外周布设有与牙轮一体的牙齿，其特征在于所述的牙齿向钢齿牙轮钻井时自转的的旋转方向偏斜，使牙齿的横截面构成不等边梯形。

2、  按权利要求1所述的钢齿牙轮钻头，其特征在于所述的牙齿的偏斜为牙齿的前侧面和后侧面均向钢齿牙轮旋转方向偏斜一个角度，使牙齿的横截面形成前侧面边短、后侧面边长的不等边梯形。

3、  按权利要求1或2所述的钢齿牙轮钻头，其特征在于所述的偏斜为牙齿前、后侧面相对于等腰梯形结构对称的牙齿向钢齿牙轮的旋转方向偏斜，偏斜的角度α为5°～20°。

4、  按权利要求1或2所述的钢齿牙轮钻头，其特征在于所述的在所述牙齿的齿面敷焊硬质材料耐磨层。

5、  按权利要求1或2所述的钢齿牙轮钻头，其特征在于所述的钢齿牙轮钻头为两牙轮钻头或三牙轮钻头。

6、  按权利要求3所述的钢齿牙轮钻头，其特征在于所述的牙齿前侧面与齿根的联接处为弧面。

7、  按权利要求3所述的钢齿牙轮钻头，其特征在于牙齿齿形为侧向弧形，即牙齿的前侧面为内凹的弧面，后侧面为外凸的弧面。

8、  按权利要求3所述的钢齿牙轮钻头，其特征在于钢齿牙轮上偏斜的牙齿可为部分偏斜或全部偏斜。

一种钢齿牙轮钻头
技术领域
本发明涉及一种用于石油、地质等钻探领域的钢齿牙轮钻头。
背景技术
牙轮钻头主要由牙轮和牙掌两个部分组成。牙轮钻头通常分为钢齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头两种，钢齿牙轮钻头也称为铣齿牙轮钻头。钢齿牙轮钻头的特点在于牙轮上的牙齿是直接通过在牙轮上进行加工而形成，牙齿的截面形状呈等腰梯形。为增强钢齿牙轮的耐磨性可在牙齿的齿面上敷焊硬质材料耐磨层，以增加钢齿牙轮钻头的钻探速度和使用寿命。
在钻探过程中，钢齿牙轮的牙齿在钻压的作用下能够对地层产生很高的接触应力用于破碎岩石，然而，在很高的接触应力作用下，牙轮上的牙齿也很容易在钻削过程中出现磨损甚至断裂的情况，尤其是当地层岩性发生变化的情况下，会发生钻压波动，造成牙齿受力不匀，导致牙齿从齿根处断裂。此外，随着现代钻井技术的发展，对牙轮钻头的机械转速和钻压提出了更高的要求，而提高钻压和转速意味着牙齿根部应力增大，牙齿断裂的几率增大。现有钢齿牙轮钻头的牙齿齿形截面呈等腰梯形，为左右对称的结构。增加齿根的宽度可以增强牙齿齿根的强度，但这会使得齿尖角角度β变大，影响牙齿吃入底层的能力，从而影响牙轮钻头钻凿性能和钻井速度的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种能够改善钢齿牙轮牙齿根部应力，以提高牙轮钻头钻凿性能的钢齿牙轮钻头。
本发明涉为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有牙掌和钢齿牙轮，牙掌通过其下端的轴颈与钢齿牙轮相连，所述的钢齿牙轮外周布设有与牙轮一体的牙齿，具不同之处在于所述的牙齿向钢齿牙轮的钻井时自转的旋转方向偏斜，使牙齿的横截面构成不等边梯形。
按上述方案，所述的牙齿的偏斜为牙齿的前侧面和后侧面均向钢齿牙轮旋转方向偏斜一个角度，使牙齿的横截面形成前侧面边短、后侧面边长的不等边梯形。
按上述方案，所述的偏斜为牙齿前、后侧面相对于等腰梯形结构对称的牙齿向钢齿牙轮的旋转方向偏斜，偏斜的角度α为5°～20°。
按上述方案，在所述牙齿的齿面敷焊硬质材料耐磨层。
按上述方案，所述的钢齿牙轮钻头为两牙轮钻头或三牙轮钻头。
本发明的有益效果在于：1、通过钢齿牙轮横截面形状的改变，在齿形角β不变的条件下，能够改善牙齿齿根的应力，从而提高钢齿牙轮的牙齿强度，增强其抗断裂的能力；2、由于钢齿牙轮牙齿前面的齿角变小，提高了牙齿的尖锐性和吃入地层的能力，使牙轮的钻凿切削性能进一步增强，也使牙轮钻头能够承受较高的钻压和转速，从而达到提高钢齿牙轮钻头的破岩效率。
附图说明
图1为本发明一个实施例的整体结构立体图。
图2为本发明单个牙轮牙掌部分的局部剖视图。
图3为等腰梯形结构对称牙齿的横截面结构图。
图4为图3中牙齿的断裂示意图。
图5为本发明一个实施例中牙齿的横截面结构图。
图6为本发明一个实施例中牙齿表面敷焊了硬质材料耐磨层的横截面结构图。
图7为本发明另一个实施例中牙齿的横截面结构图。
图8为本发明第三个实施例中牙齿的横截面结构图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施例，为一三牙轮钢齿牙轮钻头，包括有三个钢齿牙轮2和三个牙掌1，三个牙掌上部焊接成一体，构成钻头体，牙掌通过其下端的轴颈3与钢齿牙轮配合相连，钢齿牙轮呈锥齿状，在钢齿牙轮外周布设有与牙轮一体的牙齿4，所述的牙齿向钢齿牙轮钻井时自转的旋转方向偏斜，即牙齿的前侧面7a和后侧面7b均向钢齿牙轮旋转方向R偏斜一个角度，使牙齿的横截面形成前侧面边短、后侧面边长的不等边梯形，所述的偏斜为牙齿前、后侧面相对于等腰梯形结构对称的牙齿向钢齿牙轮的旋转方向偏斜，偏斜的角度α为15°，如图5所示，牙齿的齿形角β为40°～50°，此时牙齿前侧面7a与齿顶6间的夹角变小，与齿根5的夹角变大，而牙齿后侧面7b与齿顶间的夹角加大，与齿根5的夹角相应变小；为增强钢齿牙轮的耐磨性，可在牙齿的齿面上包括前、后侧面和齿顶7、端面8敷焊硬质材料耐磨层9，如图6所示。钢齿牙轮上偏斜的牙齿可为部分偏斜或全部偏斜。
本发明的第二个实施例如图7所示，它与上一个实施例的主要不同之处在于牙齿前侧面7a与齿根5的联接处为弧面，以进一步改善牙齿齿根的应力状况。
本发明的第三个实施例如图8所示，它与上一个实施例的主要不同之处在于牙齿齿形为侧向弧形，即牙齿的前侧面7a为内凹的弧面，后侧面7b为外凸的弧面，其它与第一个实施例相同。这样的齿形可增强钢齿牙轮的刮削和吃入地层的性能，且便于岩屑的带出。