專利名稱：用于滾動(dòng)牙輪鉆頭的水力泵通道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種鉆孔鉆頭，尤其涉及一種其內(nèi)具有通道以產(chǎn)生潤滑油循環(huán)和增加承載能力的旋轉(zhuǎn)牙輪鉆頭。
背景技術(shù)：
滾動(dòng)牙輪鉆頭具有鉆頭體，所述鉆頭體具有至少一個(gè)鉆頭牙掌，通常為三個(gè)。鉆頭牙掌從鉆頭體向下延伸。牙掌軸頸從每一鉆頭牙掌向內(nèi)向下伸出。每一牙掌軸頸為圓柱狀并可旋轉(zhuǎn)地容納有一個(gè)牙輪。通常，軸承為軸頸軸承，牙掌軸頸的表面和牙輪內(nèi)腔的表面滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)接觸。在軸承區(qū)域具有鑲嵌物以增加軸承的壽命。
所述牙輪在其外部具有牙齒或硬質(zhì)合金齒以在牙輪圍繞牙掌軸頸旋轉(zhuǎn)時(shí)破碎地層。鉆頭體內(nèi)的儲(chǔ)油腔向牙輪軸頸供應(yīng)潤滑油。密封件防止了巖屑進(jìn)入并阻止了潤滑油泄漏到外部。當(dāng)在充滿液體的井筒中作業(yè)時(shí)，由于鉆井液液柱的重力而使流體靜壓力作用在鉆頭上。每一牙輪軸頸內(nèi)的壓力補(bǔ)償器安裝在鉆頭體內(nèi)的每一儲(chǔ)油腔內(nèi)。潤滑油通道從補(bǔ)償器的儲(chǔ)油腔延伸至牙輪軸頸的外部部分。所述壓力補(bǔ)償器具有與外部的流體靜壓力連通的連通口以使外部的壓力與通道內(nèi)和鉆頭里面間隙內(nèi)的潤滑油的壓力相平衡。
這種性質(zhì)的鉆頭在極端情況下工作。將很重的重力施加在鉆頭上以產(chǎn)生切削作用。摩擦使鉆頭發(fā)熱。此外，井內(nèi)溫度可為幾百華氏度。切削結(jié)構(gòu)的改進(jìn)使得鉆頭比過去能夠有效地工作更長時(shí)間。牙輪鉆頭設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)的工程師不斷地尋求軸承方面的改進(jìn)以避免軸承在切削結(jié)構(gòu)磨壞之前報(bào)廢。已經(jīng)提出了多個(gè)使?jié)櫥脱h(huán)的專利申請。另外，用于保持潤滑油的蓋板已經(jīng)用在了至少一個(gè)無負(fù)載時(shí)的鉆頭中或通常用在牙輪軸頸的軸頸表面的上側(cè)。通道從潤滑油系統(tǒng)的其它區(qū)域通到這些蓋板。
在常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)的鉆頭中，即使牙輪內(nèi)腔與牙輪軸頸之間的間隙非常小，作用在鉆頭上的高負(fù)載仍會(huì)使牙輪相對于軸頸略微偏斜。所述間隙在牙輪軸頸的下部比上部小。根據(jù)牙輪軸頸圓周每一點(diǎn)上潤滑油的壓力可獲得潤滑油壓力分布圖。在現(xiàn)有的軸頸軸承中，潤滑油壓力分布通常會(huì)由于間隙的會(huì)聚而在下死點(diǎn)附近逐漸上升到正峰值。其后由于間隙的分散或增加而立即達(dá)到負(fù)峰值。負(fù)峰值具有相對于潤滑油的周圍壓力為負(fù)值的壓力。這種類型的潤滑油壓力分布可被稱為完全薩默菲爾德方程(Sommerfeld solution)。負(fù)峰值具有降低承載能力的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的鉆孔鉆頭為一種旋轉(zhuǎn)牙輪鉆頭類型。鉆頭體內(nèi)的儲(chǔ)油腔將潤滑油供向牙輪內(nèi)腔與牙輪軸頸的外部之間的小環(huán)形間隙。第一通道從儲(chǔ)油腔延伸到牙輪軸頸的外部部分以傳遞潤滑油。
從牙輪軸頸的外端來看，在從185到225度的范圍內(nèi)的牙輪軸頸的某一點(diǎn)上具有凹部。根據(jù)鉆頭潤滑油壓力分布選擇所述凹部的位置。所述鉆頭軸承具有環(huán)形間隙，所述環(huán)形間隙在負(fù)載側(cè)具有最小間隙并在無負(fù)載側(cè)具有最大間隙。所述間隙具有延伸到最小間隙點(diǎn)的會(huì)聚區(qū)和從最小間隙點(diǎn)延伸的發(fā)散區(qū)。間隙內(nèi)的潤滑油壓力在最小間隙點(diǎn)附近的會(huì)聚區(qū)內(nèi)快速增加并在緊跟在最小間隙點(diǎn)之后的發(fā)散區(qū)內(nèi)快速降低。所述凹部位于壓力快速降低的區(qū)域。通過使儲(chǔ)油腔壓力直接與現(xiàn)有技術(shù)中通常會(huì)出現(xiàn)負(fù)峰值處的點(diǎn)連通，負(fù)峰值被降低或消除了。這種消除增加了軸承的承載能力。
在優(yōu)選實(shí)施例中，一通道從所述凹部延伸到儲(chǔ)油腔。所述通道將儲(chǔ)油腔壓力與所述凹部連通從而防止了負(fù)峰值的出現(xiàn)。通過使所述凹部與儲(chǔ)油腔連通，所述通道增強(qiáng)了潤滑油的循環(huán)。
在第二實(shí)施例中，所述凹部包括沒有通道通向其的牙輪軸頸上的溝槽。所述溝槽具有降低或消除負(fù)峰值的容積。所述溝槽增強(qiáng)了承載能力。
在第三實(shí)施例中，一通道從凹部延伸到軸承的無負(fù)載側(cè)，其壓力與儲(chǔ)油腔內(nèi)壓力基本相同。所述通道使儲(chǔ)油腔壓力連通到所述凹槽從而避免了負(fù)壓力峰值。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的四分之一的鉆孔鉆頭的垂向視圖。
圖2為沿著圖1中2-2線所做的圖1中鉆頭的剖視圖。
圖3為圖1中鉆頭的壓力分布圖，其中利用虛線示出了常規(guī)鉆頭的壓力分布。
圖4為用于本發(fā)明的鉆頭和常規(guī)鉆頭的承載能力對偏心率的曲線。
圖5為類似于圖2的剖視圖，但是其為鉆頭的另一實(shí)施例。
圖6為類似于圖2的剖視圖，但是其為鉆頭的又一實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
參看圖1，鉆頭11在其上端具有鉆頭體13，其攻有螺紋(未示出)用于連接到鉆柱的下端。鉆頭體13具有至少一個(gè)鉆頭牙掌15，通常為三個(gè)，其從鉆頭體向下延伸。每一鉆頭牙掌15具有向下向內(nèi)延伸的牙輪軸頸17。牙輪軸頸17具有被稱作最后機(jī)器加工表面19的外端，在那里其與鉆頭牙掌15接合。牙輪軸頸17具有圓柱狀軸頸表面18和形成在軸頸內(nèi)端的較小直徑的鼻端(nose)21。
牙輪23可旋轉(zhuǎn)地安裝在牙輪軸頸17上。牙輪23具有多個(gè)突出的牙齒25或硬質(zhì)合金齒(未示出)。牙輪23具有內(nèi)腔27，內(nèi)腔27的直徑略大于牙輪軸頸17的直徑。牙輪23具有與最后機(jī)器加工表面19相鄰而又不接觸的后表面29。密封件31相鄰于后表面29將內(nèi)腔27密封。密封件31可為各種類型，在該實(shí)施例中其被示為O形圈。密封件31相鄰于最后機(jī)器加工表面19結(jié)合密封蓋或牙輪軸頸17的區(qū)域。
牙輪23可以多于一種的方式被保持。在該實(shí)施例中，牙輪23通過多個(gè)滾球33而被保持在牙輪軸頸17上，所述滾球33結(jié)合牙輪內(nèi)腔27內(nèi)和牙輪軸頸17上形成的配合環(huán)形凹槽。滾球33將牙輪23鎖定到牙輪軸頸17上并在將牙輪23安裝于牙輪軸頸17上之后的組裝期間通過滾球通道35插入。滾球通道35延伸到鉆頭牙掌15的外部并在將滾球33安裝完畢之后被堵塞住。
部分內(nèi)腔27與軸頸表面18滑動(dòng)結(jié)合。軸頸表面18的外端被認(rèn)為與由密封件31結(jié)合的密封蓋區(qū)域連接，軸頸表面18的內(nèi)端被認(rèn)為與滾球33的溝槽或座圈連接。軸頸表面18充當(dāng)軸頸軸承承載作用在鉆頭11上的軸向載荷。
第一潤滑油孔37位于牙輪軸頸17的軸頸表面18的外部部分。在優(yōu)選實(shí)施例中，第一潤滑油孔37位于牙輪軸頸17的位于滾球33與密封件31之間的軸頸表面18的上側(cè)或無負(fù)載側(cè)。當(dāng)從鼻端21(圖1)看時(shí)，如圖2所示，第一潤滑油孔37為零點(diǎn)其為上死點(diǎn)。第一潤滑油孔37可位于軸頸表面18的其它區(qū)域，但是優(yōu)選在從0到90度的范圍內(nèi)。第一潤滑油孔37通過滾球通道35連接到第一通道39。第一通道39通到含有潤滑油的儲(chǔ)油腔41。
儲(chǔ)油腔41可為各種類型。在該實(shí)施例中，彈性膜43將儲(chǔ)油腔41內(nèi)的潤滑油同延伸至鉆頭體13外部的連通孔45隔開。連通孔45使鉆頭11外部的流體靜壓力與壓力補(bǔ)償器43連通以降低并優(yōu)選平衡潤滑油與外部的流體靜壓力之間的壓差。
第二通道47也從儲(chǔ)油腔41向下延伸。第二通道47與第一通道39隔開并延伸至第二潤滑油孔49。在所示的實(shí)施例中，第二潤滑油孔49為形成于軸頸表面18外部上的凹槽。孔49可包括兩個(gè)獨(dú)立但間距緊密的孔，如圖1所示，或者可為細(xì)長的溝槽或一個(gè)圓孔。為了方便，在這里第二孔49示出為一個(gè)。第二孔49通至軸頸表面18的下側(cè)的外部，如圖2所示。由于圖1中的剖面為垂直剖面，孔49未被示為完全延伸至圖1的軸頸表面18的外部。第二孔49沿著牙輪軸頸17的軸線的位置為牙輪軸頸17的中間截面區(qū)域，大約位于滾球33與密封件31之間的中間。如圖2所示，第二孔49在從相對于上死點(diǎn)的零點(diǎn)為185度到225度范圍內(nèi)的某一點(diǎn)相交于軸頸表面18的外部。本具體實(shí)施例示出了處于205度的第二孔49。
所述精確位置可以改變并且被選擇以利用偏心。所述偏心是由軸頸表面18的外徑與牙輪內(nèi)腔37的內(nèi)徑之間的差別造成的。圖2示出了環(huán)形間隙51，該間隙在圖2中被大大地放大了。在實(shí)際中，環(huán)形間隙51很小，通常在一側(cè)不超過0.004″。環(huán)形間隙51與這種類型的現(xiàn)有鉆頭中的相同。在負(fù)載情況下，牙輪軸頸17的軸心52與牙輪23的中心或軸心54不同。特定鉆頭11在最大負(fù)載情況下在軸心53與軸心54之間具有最大的理論偏心距。在作業(yè)時(shí)，在實(shí)際負(fù)載情況下在軸心52與軸心54之間具有實(shí)際偏心距。偏心率為特定負(fù)載下的實(shí)際偏心距除以可能的最大偏心距。在高負(fù)載情況下，牙輪軸頸17和牙輪23具有一些彈性變形。作業(yè)期間的鉆頭11的偏心率優(yōu)選從約0.9變化到略高于1.0。
盡管很小，由于在鉆井期間具有向下的力施加在鉆頭上，環(huán)形間隙51在約零度的地方仍會(huì)具有最大的寬度或間隙點(diǎn)51a，并在約180度的地方具有最小寬度或間隙點(diǎn)51b。假設(shè)牙輪23在圖2中箭頭所示的方向上旋轉(zhuǎn)，在0到約180度的區(qū)間，間隙51具有會(huì)聚區(qū)域51c，在此區(qū)域用于潤滑油的空間逐漸變小。在從約180度到0度的區(qū)域，間隙51具有發(fā)散區(qū)域51d，在此區(qū)域用于潤滑油的空間逐漸變大。由于潤滑油位于牙輪軸頸17與牙輪23之間，所以最小間隙點(diǎn)51b通常不會(huì)為零。在作業(yè)期間，最小的間隙點(diǎn)51b可能會(huì)到達(dá)零，但是通常不會(huì)保持在零。在作業(yè)期間，最小間隙點(diǎn)51b通常略靠近下游或超過180度點(diǎn)一小段距離。會(huì)聚區(qū)域51c終止于最小間隙點(diǎn)51b，分散區(qū)域51d起始于最小間隙點(diǎn)51b。
環(huán)形間隙51內(nèi)的潤滑油具有壓力分布，所述壓力分布為圍繞環(huán)形間隙51圓周各點(diǎn)上的理論上的潤滑油壓力。參看圖3，理論上的潤滑油壓力從會(huì)聚區(qū)域51c內(nèi)的零度點(diǎn)非線性地升高到正峰值53a，該正峰值恰出現(xiàn)在會(huì)聚區(qū)域51c內(nèi)最小間隙點(diǎn)51b前。在實(shí)際鉆井作業(yè)中，圖3中的零值將會(huì)為正壓力，其基本上為井筒內(nèi)鉆井液的流體靜壓力。最大壓力點(diǎn)53a之后為立即或急劇壓力下降區(qū)或點(diǎn)53c，其出現(xiàn)在緊跟最小間隙點(diǎn)51c(圖2)的發(fā)散區(qū)域51的起始處。立即下降區(qū)53c下降到儲(chǔ)油腔41(圖1)內(nèi)的壓力水平，該壓力水平近似為井筒內(nèi)的流體靜壓力。正壓力峰值53a的實(shí)際大小取決于施加在鉆頭上的重力和其它因素。
圖3中的虛線示出了沒有孔49(圖2)的常規(guī)鉆頭軸承中的壓力分布。立即壓力降低區(qū)53c將會(huì)繼續(xù)到現(xiàn)有技術(shù)的壓力水平53b，其在理論上與正壓力峰值53a的大小相同但相對于井筒內(nèi)的流體靜壓力為負(fù)值。這種現(xiàn)有技術(shù)中的壓力分布稱作完全薩默菲爾德方程(Sommerfield solution)。在本發(fā)明中，完全薩默菲爾德方程不會(huì)出現(xiàn)，而是立即壓力下降區(qū)53c僅僅會(huì)下降到近似儲(chǔ)油腔41內(nèi)的環(huán)境壓力，其與井筒內(nèi)的流體靜壓力相同。產(chǎn)生立即下降區(qū)53c與現(xiàn)有技術(shù)的壓力水平53b之間差異的原因?yàn)榈诙ǖ?7和第二孔49使儲(chǔ)油腔41內(nèi)較高的壓力與環(huán)形間隙51連通，否則會(huì)在環(huán)形間隙51附近出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中的壓力水平53b。由于這一連通通道，立即下降區(qū)53c不會(huì)持續(xù)到相對于儲(chǔ)油腔41內(nèi)的壓力而言大的負(fù)壓力值，而是僅僅下降到儲(chǔ)油腔41內(nèi)的環(huán)境壓力。第二孔49位于發(fā)散區(qū)域51d內(nèi)，比最大間隙點(diǎn)51a更為靠近最小間隙點(diǎn)51b以產(chǎn)生這種連通?？蓛?yōu)選地是，第二孔49近似位于立即壓力下降區(qū)53c。
圖3中實(shí)線所示的壓力分布被稱作半薩默菲爾德方程。在現(xiàn)有技術(shù)中的軸頸軸承中，一般情況下，負(fù)峰值53b可通過氣穴過程(cavitation)得以消除。氣體和蒸汽氣泡形成在潤滑油內(nèi)并且在潤滑油穿過軸承的發(fā)散區(qū)時(shí)通過充填容積而減輕了負(fù)立即下降區(qū)。因此，氣穴作用對軸頸軸承是一個(gè)有益的特征。然而在鉆頭中，氣穴作用通常不會(huì)發(fā)生，因?yàn)榱⒓聪陆祬^(qū)53b的水平高于潤滑油飽和度和蒸汽壓力，即使相對于儲(chǔ)油腔41內(nèi)潤滑油壓力為負(fù)值。這是鉆頭外部流體靜壓力的作用結(jié)果。盡管不會(huì)出現(xiàn)實(shí)際的氣穴作用，圖2中的第二通道47和孔49仍獲得了適于鉆頭的理想的半薩默菲爾德效果(Sommerfeld effect)。
研究已經(jīng)表明，如果其具有由曲線53標(biāo)識(shí)的理論壓力分布，鉆頭11的承載能力就會(huì)顯著提高，這與完全薩默菲爾德方程相反，所述薩默菲爾德方程將包括負(fù)立即下降區(qū)53b。圖4為兩種不同鉆頭的軸承負(fù)載對偏心率的曲線圖。在兩種情況下，承載能力隨著偏心率的增加而增加。曲線55是根據(jù)本發(fā)明鉆頭11繪制的，本發(fā)明的鉆頭11為每一軸承設(shè)有通道47和孔49。曲線57為與鉆頭11相同但不具有第二通道47和第二孔49的常規(guī)鉆頭繪制的。這一曲線圖中也計(jì)算了也包括側(cè)面泄漏效應(yīng)、表面變形和粘度壓力效應(yīng)。這種模擬示出了曲線55所表示的軸承能夠比曲線57所表示的軸承多承載約20％的載荷。
在發(fā)散區(qū)域51d中設(shè)置孔49將會(huì)導(dǎo)致潤滑油循環(huán)穿過軸承空穴進(jìn)入儲(chǔ)油腔41。參看圖3，現(xiàn)有技術(shù)的壓力水平53b與立即下降區(qū)53c之間的壓差產(chǎn)生這一循環(huán)。潤滑油以與旋轉(zhuǎn)方向相同的方向在牙輪軸頸17周圍流動(dòng)。潤滑油從儲(chǔ)油腔41流動(dòng)穿過第二通道47和出口49。潤滑油在牙輪軸頸17周圍流動(dòng)并通過第一孔37和滾球通道35返回第一通道39。鉆頭(如鉆頭11)通常以約60到200rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。每一牙輪23的旋轉(zhuǎn)速度約是鉆頭旋轉(zhuǎn)速度的1.5倍。旋轉(zhuǎn)在壓力分布53上有影響，使最大壓力點(diǎn)在量值上增加。最大壓力值也會(huì)隨著偏心率的增加而增加。這些影響增加了泵送或循環(huán)增加，從而增加了流速。
除不同的特征之外，圖5所示的第二實(shí)施例與第一實(shí)施例具有相同的標(biāo)記?？?9’不同第一實(shí)施例中的孔49，其沒有與之相通的第二通道，不像通道47?？?9為可以是各種形狀的凹部?？?9優(yōu)選包括一細(xì)長凹槽，該細(xì)長凹槽從最后機(jī)器加工表面19(圖1)至用于滾球33的凹槽延伸了軸頸表面18的長度的大部分。孔49’與第一實(shí)施例的孔49具有相同的周向位置?？?9’在環(huán)形間隙51內(nèi)在立即下降區(qū)53c提供了另外的容積，防止或降低了相對于儲(chǔ)油腔41(圖1)內(nèi)的壓力為負(fù)值的壓力峰值。
第三實(shí)施例在圖6中示出。孔49”可為與第二實(shí)施例中的孔49’相同類型的孔，或者為多個(gè)類似于第一實(shí)施例中的孔49的孔。通道59從孔49”延伸到無負(fù)載側(cè)的牙輪軸頸17的外部?？蓛?yōu)選地是，通道59在最大間隙點(diǎn)51a的會(huì)聚側(cè)通到牙輪軸頸17的上死點(diǎn)附近的位置。這附近的間隙51內(nèi)的壓力基本上與儲(chǔ)油腔41(圖1)內(nèi)的壓力相同。這種儲(chǔ)油腔壓力與孔49”的連通降低或消除了負(fù)峰值53b，從而增加了承載能力。
本發(fā)明具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。通過降低或消除發(fā)散區(qū)內(nèi)壓力下降，發(fā)散區(qū)內(nèi)牙輪軸頸的下側(cè)的凹槽增加了承載能力，所述發(fā)散區(qū)的壓力低于儲(chǔ)油腔內(nèi)的壓力。此外，一個(gè)實(shí)施例增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的潤滑油的循環(huán)，其分散了磨損顆粒并確保了向牙輪軸頸的各個(gè)部分的潤滑油供應(yīng)。
雖然本發(fā)明僅僅以三種形式進(jìn)行了展示，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其不具有限制作用，而是其在不脫離本發(fā)明范圍的情況下易于做出各種改變。
權(quán)利要求
1.在一種鉆孔鉆頭中，具有帶有至少一個(gè)鉆頭牙掌的鉆頭體，從所述鉆頭牙掌伸出的圓柱狀牙輪軸頸，具有圓筒狀內(nèi)腔的可旋轉(zhuǎn)牙輪，所述內(nèi)腔滑動(dòng)配合在牙輪軸頸的軸頸表面，其特征在于包括位于所述軸頸表面的外部部分上的凹部，從牙輪軸頸的內(nèi)端來看該外部部分在從185度到225度的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于在鉆頭作業(yè)期間，圍繞間隙圓周測得的潤滑油壓力分布具有最大正峰值，該最大正峰值后為達(dá)到最小值的立即下降區(qū)，所述凹部大致位于立即下降區(qū)處。
3.如權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于還包括潤滑油腔，該潤滑油腔包括鉆頭體內(nèi)的儲(chǔ)油腔和環(huán)繞軸頸表面的環(huán)形間隙；儲(chǔ)油腔內(nèi)用于降低儲(chǔ)油腔內(nèi)潤滑油與鉆頭周圍流體靜壓力之間的壓差的壓力補(bǔ)償器；以及從所述凹部延伸穿過牙輪軸頸通向潤滑油腔的通道，該潤滑油腔內(nèi)壓力與儲(chǔ)油腔內(nèi)的壓力基本相同。
4.如權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于還包括從所述凹部延伸通過牙輪軸頸通向牙輪軸頸無負(fù)載側(cè)的通道。
5.如權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于還包括潤滑油腔，該潤滑油腔包括鉆頭體內(nèi)的儲(chǔ)油腔和環(huán)繞牙輪軸頸的環(huán)形間隙；儲(chǔ)油腔內(nèi)用于降低儲(chǔ)油腔內(nèi)潤滑油與環(huán)繞鉆頭流體靜壓力之間的壓差的壓力補(bǔ)償器；從儲(chǔ)油腔通向牙輪軸頸的外部部分的第一通道；以及從所述凹部通向儲(chǔ)油腔的第二通道。
6.一種鉆孔鉆頭，其包括具有至少一個(gè)鉆頭牙掌的鉆頭體；沿牙輪軸頸的軸線從所述牙掌伸出的圓柱狀牙輪軸頸；具有圓筒狀內(nèi)腔的可旋轉(zhuǎn)牙輪，所述內(nèi)腔滑動(dòng)配合在牙輪軸頸的軸頸表面，在所述內(nèi)腔與軸頸表面之間限定形成一環(huán)形間隙，其中在鉆井期間施加在所述鉆頭上的重力使環(huán)形間隙在軸頸表面的上部部分大于軸頸表面的下部部分；鉆頭體內(nèi)的儲(chǔ)油腔；安裝在鉆頭體上用于降低鉆頭外鉆井液靜壓力與儲(chǔ)油腔內(nèi)壓力之間壓差的壓力補(bǔ)償器；位于軸頸表面的內(nèi)端和外端之間的軸頸表面外部部分的凹部；以及在鉆頭作業(yè)期間，圍繞所述間隙圓周測得的潤滑油壓力分布具有最大正峰值，該最大正峰值后大致達(dá)到儲(chǔ)油腔內(nèi)潤滑油壓力的立即下降區(qū)，所述凹部大致位于該立即下降區(qū)處。
7.如權(quán)利要求6所述的鉆頭，其特征在于還包括從所述凹部穿過牙輪軸頸通向潤滑油腔某一位置的通道，該潤滑油腔內(nèi)壓力與儲(chǔ)油腔內(nèi)的壓力基本相同。
8.如權(quán)利要求6所述的鉆頭，其特征在于還包括從所述凹部穿過牙輪軸頸通向牙輪軸頸無負(fù)載側(cè)的通道。
9.如權(quán)利要求6所述的鉆頭，其特征在于還包括從儲(chǔ)油腔通向牙輪軸頸的外部部分的第一通道；以及從所述凹部通向儲(chǔ)油腔的第二通道。
10.一種鉆孔鉆頭，其包括具有至少一個(gè)鉆頭牙掌的鉆頭體；具有外端和內(nèi)端的圓柱狀牙輪軸頸，所述外端結(jié)合到所述牙掌所述牙輪軸頸相對于鉆頭的旋轉(zhuǎn)軸線向下向內(nèi)延伸；具有圓筒狀內(nèi)腔的可旋轉(zhuǎn)牙輪，所述內(nèi)腔滑動(dòng)配合在牙輪軸頸的軸頸表面；鉆頭體內(nèi)的儲(chǔ)油腔；安裝在鉆頭體上用于降低鉆頭外鉆井液靜壓力與儲(chǔ)油腔內(nèi)壓力之間壓差的壓力補(bǔ)償器；在有操作負(fù)載的情況下，所述牙輪相對于牙輪軸頸偏心，從而形成牙輪與軸頸表面之間的環(huán)形間隙，所述環(huán)形間隙具有通向最小間隙點(diǎn)的會(huì)聚區(qū)和從最小間隙點(diǎn)通向軸頸表面的無負(fù)載側(cè)的發(fā)散區(qū)；以及位于軸頸表面的內(nèi)端和外端之間中央?yún)^(qū)域內(nèi)軸頸表面上的凹部，該凹部位于發(fā)散區(qū)域中并且相對于最大間隙點(diǎn)而言更為靠近最小間隙點(diǎn)。
11.如權(quán)利要求10所述的鉆頭，其特征在于在作業(yè)期間，所述鉆頭具有潤滑油壓力分布，所述壓力分布在最小間隙點(diǎn)附近的會(huì)聚區(qū)內(nèi)具有最大正峰值，并在最小間隙點(diǎn)附近的發(fā)散區(qū)內(nèi)具有立即下降區(qū)，并且所述凹部位于立即下降區(qū)。
12.如權(quán)利要求10所述的鉆頭，其特征在于還包括從所述凹部穿過牙輪軸頸通向潤滑油腔某一位置的通道，該潤滑油腔內(nèi)壓力與儲(chǔ)油腔內(nèi)的壓力基本相同。
13.如權(quán)利要求10所述的鉆頭，其特征在于還包括從所述凹部穿過牙輪軸頸通向牙輪軸頸無負(fù)載側(cè)的通道。
14.如權(quán)利要求10所述的鉆頭，其特征在于還包括從儲(chǔ)油腔通向牙輪軸頸的外部部分的第一通道；以及從所述凹部通向儲(chǔ)油腔的第二通道。
15.在一種鉆孔鉆頭中，該鉆孔鉆頭包括帶有至少一個(gè)鉆頭牙掌的鉆頭體，從所述牙掌伸出的圓柱狀牙輪軸頸，具有圓筒狀內(nèi)腔的可旋轉(zhuǎn)牙輪，所述內(nèi)腔滑動(dòng)配合在牙輪軸頸的軸頸表面，鉆頭體內(nèi)的儲(chǔ)油腔，以及從儲(chǔ)油腔通向牙輪軸頸外部部分的第一通道，其特征在于從儲(chǔ)油腔通向軸頸表面外部部分上的孔的第二通道，從牙輪軸頸的內(nèi)端來看，所述外部部分位于從185到225度的范圍內(nèi)。
16.如權(quán)利要求15所述的鉆頭，其特征在于在鉆頭作業(yè)期間，圍繞所述間隙圓周測得的潤滑油壓力分布具有最大正峰值，該最大正峰值后跟著達(dá)到最小值的立即下降區(qū)，并且第二通道的所述孔大致位于立即下降區(qū)處。
17.如權(quán)利要求15所述的鉆頭，其特征在于所述第二通道的所述孔位于牙輪軸頸的最后機(jī)器加工表面與軸頸表面的內(nèi)端之間的中部區(qū)域。
18.一種鉆孔鉆頭，包括具有至少一個(gè)鉆頭牙掌的鉆頭體；沿牙輪軸頸軸線從所述牙掌伸出的圓柱狀牙輪軸頸；具有圓筒狀內(nèi)腔的可旋轉(zhuǎn)牙輪，所述內(nèi)腔滑動(dòng)配合在牙輪軸頸的軸頸表面，在所述內(nèi)腔與軸頸表面之間限定形成了一環(huán)形間隙，其中在鉆井期間施加在所述鉆頭上的重力使環(huán)形間隙在軸頸表面的上部部分大于軸頸表面的下部部分；鉆頭體內(nèi)的儲(chǔ)油腔；安裝在鉆頭體上用于降低鉆頭外鉆井液靜壓力與儲(chǔ)油腔內(nèi)壓力之間壓差的壓力補(bǔ)償器；從儲(chǔ)油腔通向牙輪軸頸的外部部分上的孔的第一通道；與第一通道隔開并從所述儲(chǔ)油腔通向軸頸表面的外部部分上的孔的第二通道，其用于從儲(chǔ)油腔向環(huán)形間隙供應(yīng)潤滑油；在鉆頭作業(yè)期間，圍繞所述間隙圓周測得的潤滑油壓力分布具有最大正峰值，在該最大正峰值后跟著的是大致達(dá)到儲(chǔ)油腔內(nèi)潤滑油壓力的立即下降區(qū)，所述第二通道的孔大致位于立即下降區(qū)處。
19.如權(quán)利要求18所述的鉆頭，其特征在于面向牙輪軸頸的內(nèi)端而言，第二通道的孔位于從185到225度的范圍內(nèi)的一點(diǎn)。
20.一種鉆孔鉆頭，其包括具有至少一個(gè)鉆頭牙掌的鉆頭體；具有外端和內(nèi)端的圓柱狀牙輪軸頸，所述外端結(jié)合到所述牙掌，所述牙輪軸頸相對于鉆頭的旋轉(zhuǎn)軸線向下向內(nèi)延伸；具有圓筒狀內(nèi)腔的可旋轉(zhuǎn)牙輪，所述內(nèi)腔滑動(dòng)配合在牙輪軸頸的軸頸表面；鉆頭體內(nèi)的儲(chǔ)油腔；安裝在鉆頭體上用于降低鉆頭外鉆井液靜壓力與儲(chǔ)油腔內(nèi)壓力之間壓差的壓力補(bǔ)償器；從牙輪軸頸外部部分通向儲(chǔ)油腔的第一通道；其中在有操作負(fù)載的情況下，所述牙輪相對于牙輪軸頸偏心，從而形成牙輪與軸頸表面之間的環(huán)形間隙，所述環(huán)形間隙具有通向最小間隙點(diǎn)的會(huì)聚區(qū)和從最小間隙點(diǎn)通向軸頸表面的無負(fù)載側(cè)的發(fā)散區(qū)；從儲(chǔ)油腔通向一部分軸頸表面的第二通道，該第二通道在發(fā)散區(qū)內(nèi)并且相對于最大間隙點(diǎn)而言更為靠近最小間隙點(diǎn)。
21.如權(quán)利要求20所述的鉆頭，其特征在于當(dāng)面向牙輪軸頸的內(nèi)端而言，所述第二通道終止于軸頸表面從185到225度的范圍內(nèi)，零度點(diǎn)為牙輪軸頸的上死點(diǎn)。
22.如權(quán)利要求20所述的鉆頭，其特征在于所述第二通道終止于軸頸表面的內(nèi)端與外端之間的中部區(qū)域。
23.如權(quán)利要求20所述的鉆頭，其特征在于在作業(yè)期間，所述鉆頭具有潤滑油壓力分布，所述壓力分布在最小間隙點(diǎn)附近的會(huì)聚區(qū)內(nèi)具有最大正峰值，并在最小間隙點(diǎn)附近的發(fā)散區(qū)內(nèi)具有立即下降區(qū)，并且第二通道的孔位于所述立即下降區(qū)。
全文摘要
一種鉆孔鉆頭，包括旋轉(zhuǎn)牙輪，所述牙輪具有兩個(gè)潤滑油通道以增加承載能力并產(chǎn)生潤滑油循環(huán)。鉆頭體內(nèi)的儲(chǔ)油腔將潤滑油供向牙輪與牙輪軸頸之間的通道。壓力補(bǔ)償器使?jié)櫥蛪毫εc鉆頭外部的壓力平衡。第一通道從儲(chǔ)油腔通向牙輪軸頸的上側(cè)。從牙輪軸頸的內(nèi)端來看，第二通道從儲(chǔ)油腔通向牙輪軸頸在從185度到225度的范圍內(nèi)的某一點(diǎn)。這一點(diǎn)位于圍繞牙輪軸頸的環(huán)形間隙的發(fā)散區(qū)51d內(nèi)。
文檔編號(hào)E21B10/08GK1942651SQ200580005687
公開日2007年4月4日 申請日期2005年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者A·J·迪克, 林峙 申請人:貝克休斯公司