[發明專利]一種矢量布齒牙輪鉆頭

在審

• 申請號: 202010698199.5
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN112832685A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 蔡永忠;易嬡;劉崇文
• 申請（專利權）人: 中石化江鉆石油機械有限公司;中石化石油機械股份有限公司
• 主分類號: E21B10/16
• 分類號: E21B10/16;E21B10/50
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 唐勇

本申請涉及一種矢量布齒牙輪鉆頭，屬于石油天然氣和采礦鉆井領域的牙輪鉆頭技術領域，牙輪鉆頭包括：牙輪鉆頭上至少設有一個牙掌和一個牙輪，牙掌的頂端設有螺紋，牙掌的底端設有軸徑與牙輪轉動連接；牙輪的同一齒排上布設有若干切削齒，同一齒排上若干切削齒中至少有一個切削齒的齒頂方向與其余切削齒的齒頂方向不同，以使若干切削齒形成矢量布齒齒排。本申請牙輪鉆頭的矢量布齒齒排上的切削齒的齒頂以不同方向布設，減小單顆切削齒的破碎面積，可有效提高切削齒的攻擊性，提高鉆銑橋塞的效率。同時可有效強化切削齒的韌性和強度，減少切削斷裂現象。從而達到提高單只鉆頭鉆塞效率、鉆塞數量和延長牙輪鉆頭的使用壽命。

技術領域

本申請涉及石油天然氣和采礦鉆井領域的牙輪鉆頭技術領域，特別涉及一種矢量布齒牙輪鉆頭。

背景技術

現有的牙輪鉆頭至少包括一個牙掌和一個牙輪，通常的牙輪鉆頭包括三個牙掌和三個牙輪。現有的牙輪鉆頭的牙輪包括銑齒牙輪和鑲齒牙輪兩種。銑齒牙輪的切削齒由牙輪本體經過銑削加工而成，并在銑齒表面敷焊有耐磨材料。鑲齒牙輪是在牙輪本體上設有若干個齒排，每個齒排加工出若干個齒孔，并在齒孔中鑲嵌有硬質合金齒作為切削齒。采用銑齒切削結構的牙輪鉆頭為銑齒牙輪鉆頭或鋼齒牙輪鉆頭，采用鑲齒切削結構的牙輪鉆頭為鑲齒牙輪鉆頭。此外還有一種銑齒與鑲齒混合結構的牙輪鉆頭，稱為鋼鑲混合牙輪鉆頭。每個牙輪包含若干個齒排，其中，最靠近牙輪底平面的齒排為外齒排，其余齒排稱為內齒排。

近年來，隨著頁巖氣開發技術的發展及鉆井工藝的變化，橋塞被大量用于石油勘探開發過程中分層注水、分層試油、分層壓裂酸化、分層生產及封閉水層、封閉干層和封閉廢棄層等的封層作業，牙輪鉆頭的使用領域也逐步擴展到鉆銑橋塞作業。

在鉆銑橋塞作業中，通常采用連續油管接螺桿鉆具，再接鉆頭；連續油管實現提供鉆壓和向前移動鉆頭的作用，螺桿鉆具則用于驅動鉆頭旋轉。鉆頭發生旋轉，在一定的鉆壓作用下破碎橋塞。

參見圖1所示，將橋塞放置在套管內的預定位置后，投入密封球401，通過從上部施加壓力，推動上卡瓦403和上錐體404向下、且與中心管402相對運動，壓迫密封膠筒405，使密封膠筒405脹開貼緊套管內壁，達到封隔上下層的目的，同時由于錐面的作用上卡瓦403和下卡瓦407向外運動而卡在套管內壁，起到防松的作用。密封球401和中心管402的材料通常為高分子復合材料、軟金屬等；密封膠筒405的材料通常為橡膠；上卡瓦403和下卡瓦407的材料通常包含鑄鐵塊。

采用銑齒牙輪鉆頭鉆銑橋塞時，存在著其切削齒耐磨性差，鉆銑橋塞的切削齒數量少的不足。采用鑲齒牙輪鉆頭和鋼鑲混合牙輪鉆頭鉆銑橋塞時，所能鉆銑橋塞的切削齒數量多，但存在著兩方面不足：一是所有的切削齒的齒頂方向與鉆頭的旋轉方向平行，切削齒與破碎目標的接觸面積大，切削齒的攻擊性不強、破碎效率低；二是當鉆遇鑄鐵塊時，容易發生牙輪外齒排上的切削齒斷裂，從而影響了鉆頭的使用壽命。

發明內容

本申請實施例提供一種矢量布齒牙輪鉆頭，以解決相關技術中牙輪鉆頭切削齒的攻擊性不強、破碎效率低；當鉆遇鑄鐵塊時，容易發生牙輪外齒排上的切削齒斷裂的問題。

本申請實施例提供了一種矢量布齒牙輪鉆頭，所述牙輪鉆頭包括：

牙輪鉆頭至少設有一個牙掌和一個牙輪，所述牙掌的頂端設有螺紋與鉆桿或螺桿連接，所述牙掌的底端設有軸徑與牙輪轉動連接；

所述牙輪設有若干齒排，同一齒排上布設有若干切削齒，同一齒排上若干所述切削齒中至少有一個切削齒的齒頂方向與其余切削齒的齒頂方向不同，以使同一齒排上若干所述切削齒形成矢量布齒齒排。

在一些實施例中，所述矢量布齒齒排中至少有一個切削齒的齒頂方向垂直于所述牙輪鉆頭的旋轉方向，所述矢量布齒齒排中至少有一個切削齒的齒頂方向平行于所述牙輪鉆頭的旋轉方向。

在一些實施例中，所述矢量布齒齒排中至少有一個切削齒的齒頂方向與其余切削齒的齒頂方向之間的夾角為0°～90°。