新型單牙輪鉆頭牙輪高效流道系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆井工具技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型單牙輪鉆頭牙輪高效流道系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]單牙輪鉆頭是在地殼中破碎巖石的一種工具，廣泛應(yīng)用與石油、天然氣鉆井以及其他礦產(chǎn)資源鉆探和開發(fā)等領(lǐng)域。
[0003]眾所周知，地表上有許多地方如海洋、江湖、大沙漠、沼澤地帶，人口稠密的城市、港口、交通樞紐、工業(yè)重鎮(zhèn)、軍事要塞等地，都不大可能用鉆直井的方法來勘探和開發(fā)石油和天然氣。另外還有地質(zhì)開發(fā)和工程上的原因，例如裂縫性油氣藏、斷層油氣藏、油層溥，油稠，底水離油層近而且非?；钴S的油藏，鉆探直井根本沒有多大開發(fā)價值。十年前由于鉆井技術(shù)落后，因此鉆探的油氣井多數(shù)是直井(我國這種情況尤為凸出)。油田油層都有一定厚度，油氣層位、儲量有大有小有多有少。導(dǎo)致直井生產(chǎn)周期壽命短。近幾年來世界油氣價格持續(xù)低迷，新技術(shù)新能源持續(xù)發(fā)展，世界經(jīng)濟以及人類的生產(chǎn)生活對石油依賴層度日益下降。而開發(fā)一口新油氣井輕則幾千萬，重則數(shù)億元資金。同時開發(fā)新油氣井也會對生態(tài)環(huán)境造成永久致命的傷害。如何降低鉆探行業(yè)的生產(chǎn)成本和保護我們賴以生存的生態(tài)環(huán)境，是整個鉆井工具技術(shù)領(lǐng)域和鉆探行業(yè)必須思考和急待解決的難題。
[0004]鉆井工具的發(fā)展才能推動鉆井技術(shù)的前進。鉆井技術(shù)的發(fā)展就像樹木生長的“根深葉茂”、‘本固枝榮’規(guī)律一樣，有著它自已的發(fā)展規(guī)律，以前的鉆井基本上都是直井，有鉆井技術(shù)低的關(guān)糸，也有世界經(jīng)濟以及人類的生產(chǎn)生活對石油依賴層度高導(dǎo)致油價高昂原因、還有油氣層淺且儲量大、人類對自然生態(tài)環(huán)境保護意識溥弱、鉆探生產(chǎn)成本低等原因。而現(xiàn)如今不得不向更多領(lǐng)域開拓空間，油氣井也開始向“橫” “深” “小” “巧”方向發(fā)展。一口主井開數(shù)口天窗鉆小井眼叢井，水平井，延伸井；老井開天窗鉆小井眼定向井提尚廣能。才是降低生產(chǎn)成本、保護自然生態(tài)環(huán)境、多找油、創(chuàng)高產(chǎn)的主要發(fā)展方向。發(fā)展新型鉆探工具好比是鉆井的“根”，鉆井技術(shù)是“本”，鉆井技術(shù)有好的“根本”才能“枝葉繁茂”，鉆探工具進步才能推動鉆井技術(shù)的發(fā)展，為油氣勘探開發(fā)開辟新的途徑。
[0005]鉆探技術(shù)如何順應(yīng)時代發(fā)展，向“橫” “深” “小” “巧”方向發(fā)展，有必要大力開發(fā)主要用于鉆探定向小井眼和深井的重要鉆井工具:單牙輪鉆頭。蘇聯(lián)是最早使用與研宄單牙輪鉆頭的國家，我國這幾年有開始大量使用，主要用于鉆探深井、小井眼叢井、老井開窗和加深增產(chǎn)。采取螺桿鉆具與單牙輪鉆頭組合使用，此舉降低了鉆探周期，節(jié)約了成本，提高了產(chǎn)量，取得了很好的經(jīng)濟效益。
[0006]單牙輪鉆頭與三牙輪鉆頭相比，牙輪自轉(zhuǎn)比公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)速比約0.3:1，而三牙輪鉆頭牙輪自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比為1.5:1，因此復(fù)合鉆井時單牙輪鉆頭軸承壽命更長。又因為單牙輪鉆頭比三牙輪鉆頭軸承尺寸大得多，因而能承受更大的鉆壓和沖擊載荷。
[0007]但是現(xiàn)有的單牙輪鉆頭缺點又很明顯，它主要表現(xiàn)在:
1、現(xiàn)有的槽形流道形式，工作時泥漿功效較低，容易形成井底井壁巖肩輔墊，磨損牙輪殼體和牙齒，導(dǎo)致鉆頭先期損壞。又因為磨損牙輪殼體和牙齒同時也會產(chǎn)生高溫使軸承密封系統(tǒng)失致。
[0008]2、現(xiàn)有的槽形流道形式，由于布齒量少，尤其在牙輪頂部與井底的永久接觸區(qū)，因此鉆頭牙齒磨損和損壞成為單牙輪鉆頭短時間失效的重要原因。
[0009]3、現(xiàn)有的槽形流道形式，牙輪旋轉(zhuǎn)到槽形流道時，沒有牙齒切入地層，牙輪轉(zhuǎn)動不通暢轉(zhuǎn)速慢，機械鉆速低。
[0010]4、現(xiàn)有的槽形流道形式，鉆頭制造生產(chǎn)生時牙輪壓入牙齒工序，牙輪頂齒很容易壓裂殼體，并且固齒力小。
[0011]5、現(xiàn)有的槽形流道形式，鉆頭在使用過程中如受到異常大載荷，或使用后期，會出現(xiàn)牙輪殼體裂開成兩半的嚴(yán)重后果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，而提供一種新型單牙輪鉆頭牙輪高效流道系統(tǒng)，克服現(xiàn)有的單牙輪鉆頭牙輪流道的不足以及滿足鉆采領(lǐng)域的需求。
[0013]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案:一種新型單牙輪鉆頭牙輪高效流道系統(tǒng)，其特征在于:包括牙輪殼體主球面、牙輪頂部流道、牙輪主體流道，所述牙輪頂部流道設(shè)置在所述牙輪殼體主球面的頂部表層，所述牙輪主體流道設(shè)置在所述牙輪殼體主球面的表層，以一道或多道槽形流道構(gòu)成，流道槽底為圓弧形，與牙輪軸線形成夾角或螺旋環(huán)繞。相對于現(xiàn)有的平行于牙輪軸線的流道槽形式，不但可以增加一道或多道流道槽，利于泥漿大量順利通過和有效清洗井底，而且可以多布20-30%的牙齒。由于現(xiàn)有的平行于牙輪軸線的流道槽，在牙輪旋轉(zhuǎn)到流道槽位置時沒有牙齒壓入井底，因此牙輪在工作時會出現(xiàn)斷續(xù)而跳動，而新型單牙輪鉆頭主體流道由于與牙輪軸線形成夾角或螺旋環(huán)繞，總有牙齒切入地層，因而牙輪工作平穩(wěn)有效。
[0014]優(yōu)選地，所述牙輪頂部流道所處的整體球面低于所述牙輪殼體主球面l-8mm。相對于現(xiàn)有的槽形流道形式，有利于泥漿大量順利通過和有效清洗井底。
[0015]優(yōu)選地，所述牙輪頂部流道有兩種形式，一種形式為整體球面，一種形式為整體球面上有較淺流道槽。相對于現(xiàn)有的槽形流道形式，不但有利于泥漿大量順利通過和有效清洗井底，而且牙輪制造壓入牙齒時不會出壓裂殼體現(xiàn)象，同時固齒力更大更有效。并且由于單牙輪鉆頭頂部與井底是永久接觸區(qū)，鑲嵌齒的多少直接影響鉆頭的機械鉆速和壽命，此結(jié)構(gòu)牙輪頂部可以多布齒，提高鉆頭的機械鉆速和壽命。頂部流道凹于牙輪主球面多少，頂齒就高于主球面上的牙齒多少，井底曲線平滑。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:新型單牙輪鉆頭牙輪流道系統(tǒng)，滿足了鉆探領(lǐng)域的需求，大幅提高了單牙輪鉆頭的機械鉆速和壽命，更加安全可靠。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的俯視圖；
圖3為本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是圖3的俯視圖； 圖5為現(xiàn)有單牙輪鉆頭牙輪流道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為圖5的俯視圖；
圖7為本發(fā)明的井下工作示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及較佳實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實施方式】。如圖1和圖2所示:一種新型單牙輪鉆頭牙輪流道系統(tǒng)，包括牙輪殼體主球面、牙輪頂部流道1、牙輪主體流道2，牙輪頂部流道1、牙輪主體流道2相連或相容構(gòu)成單牙輪鉆頭牙輪流道系統(tǒng)。
[0019]所述牙輪頂部流道，在牙輪制造壓入牙齒時不會出壓裂殼體現(xiàn)象，同時固齒力更大更有效。由于單牙輪鉆頭頂部與井底是永久接觸區(qū)，鑲嵌齒的多少直接影響鉆頭的機械鉆速和壽命，此結(jié)構(gòu)牙輪頂部可以多布齒來提高鉆頭的機械鉆速和壽命。
[0020]牙輪頂部流道凹于牙輪主球面多少，頂齒就高于主球面上的牙齒多少，井底曲線平滑。
[0021]所述牙輪主體流道由于與牙輪軸線形成夾角或螺旋環(huán)繞，以一道或多道槽形流道構(gòu)成，流道槽底為圓弧形，相對于現(xiàn)有的平行于牙輪軸線的流道槽形式，可以增加一道或多道流道槽，利于泥漿大量順利通過和有效清洗井底。相對于現(xiàn)有的槽形流道形式可以多布20-30%的牙齒。
[0022]現(xiàn)有平行于牙輪軸線的流道槽，在牙輪旋轉(zhuǎn)到流道槽位置時沒有牙齒壓入井底，因此牙輪在工作時會出現(xiàn)斷續(xù)而跳動，而新型單牙輪鉆頭主體流道由于與牙輪軸線形成夾角或螺旋環(huán)繞，總有牙齒切八地層，因而牙輪工作平穩(wěn)有效。
[0023]制作工藝:
牙輪頂部流道:一種流道形式由車床在車削牙輪殼體球體面時一并車削制成。另一種流道形式先由車床在車削牙輪殼體球體面時一并車削制成整體球面，首先把牙輪殼體固定在工裝上，再用R銑刀或槽形銑刀在牙輪殼體軸心與牙輪頂平面相交處沿殼體球面走刀，走刀同時牙輪殼體旋轉(zhuǎn)，就可以銑出槽形流道。
[0024]銑制牙輪主體流道流程如下:首先把牙輪殼體固定在工裝上，用R銑刀從牙輪殼體軸心與牙輪頂平面相交處沿殼體球面走刀，走刀同時牙輪殼體旋轉(zhuǎn)，就可以銑出主體流道。
[0025]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種新型單牙輪鉆頭牙輪高效流道系統(tǒng)，其特征在于:包括牙輪殼體主球面、牙輪頂部流道、牙輪主體流道，所述牙輪頂部流道設(shè)置在所述牙輪殼體主球面的頂部表層，所述牙輪主體流道設(shè)置在所述牙輪殼體主球面的表層，以一道或多道槽形流道構(gòu)成，流道槽底為圓弧形，與牙輪軸線形成夾角或螺旋環(huán)繞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型單牙輪鉆頭牙輪高效流道系統(tǒng)，其特征在于:所述牙輪頂部流道所處的整體球面低于所述牙輪殼體主球面l-8mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型單牙輪鉆頭牙輪高效流道系統(tǒng)，其特征在于:所述牙輪頂部流道有兩種形式，一種形式為整體球面，一種形式為整體球面上有較淺流道槽。
【專利摘要】本發(fā)明涉及鉆井工具技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型單牙輪鉆頭牙輪高效流道系統(tǒng)，包括牙輪殼體主球面、牙輪頂部流道、牙輪主體流道，所述牙輪頂部流道設(shè)置在所述牙輪殼體主球面的頂部表層，所述牙輪主體流道設(shè)置在所述牙輪殼體主球面的表層，以一道或多道槽形流道構(gòu)成，流道槽底為圓弧形，與牙輪軸線形成夾角或螺旋環(huán)繞。相對于現(xiàn)有的平行于牙輪軸線的流道槽形式，不但可以增加一道或多道流道槽，利于泥漿大量順利通過和有效清洗井底，而且可以多布20-30％的牙齒。
【IPC分類】E21B10-08
【公開號】CN104653109
【申請?zhí)枴緾N201510091181
【發(fā)明人】陳斌, 胡友生
【申請人】天津立林鉆頭有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月28日