专利名称：凸顶偏楔齿的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于石油、天然气和地质钻井牙轮钻头上的硬质合金齿，具体涉及一 种凸顶偏楔齿。
背景技术：
牙轮钻头广泛应用于油田、矿山和工程钻探领域。牙轮钻头钻井工作时，牙轮上的外 排齿既要冲击压入破碎井底岩石，又要刮切井壁岩石，还要起到保持牙轮钻头直径尽量不 縮小，承担着多重任务。要靠冲击压入作用破碎井底岩石，就要求齿顶面比较锐利；要刮 切井壁岩石、保持牙轮钻头直径尽量不縮小，就需要使得外排齿与井壁有较大的接触面积。 而现有的牙轮钻头常用的外排齿有偏楔齿、锥球齿等，都不能同时满足上述两项要求。偏 楔齿与井壁有较大的接触面积，有利于刮切井壁岩石、保持牙轮钻头直径尽量不缩小；但 由于偏楔齿齿顶面存在一个平面，齿顶面比较钝，不利于冲击压入破碎井底岩石，使得当 偏楔齿作为牙轮钻头的外排齿时，外排齿成为牙轮钻头机械钻速低下的主要原因之一。锥 球齿虽然齿顶面比较锐利，易于冲击压入破碎井底岩石，但当锥球齿作为牙轮钻头的外排 齿时，使得外排齿与井壁的接触面积减少，因而刮切井壁的作用较弱，也使牙轮钻头的保 径能力降低。
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作为牙轮钻头 外排齿时既能高效破碎井底岩石、又能对井壁产生较强的刮切作用的凸顶偏楔齿。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为包括有齿柱(1)和齿冠(2)，所述
的齿冠由锥形冠基(8)、齿顶面(3)和对应设置的两个楔面(7a、 7b)构成，两个楔面上端 与齿顶面交汇；其不同之处在于齿顶面(3)为向外凸出、中部高、两端渐低的光滑曲面，且 齿顶面和齿冠宽度由一端至另一端递减收縮。
按上述方案，两个楔面(7a、 7b)分别是由各自的母线绕各自的回转轴线(12、 13)回转 并切割锥形冠基(8)而形成的回转曲面;所述的两条母线和各自的回转轴线分别位于两个平 面(Pl、 P2)内，所述两个平面(P1、 P2)与过齿柱轴线的齿顶中心平面(P)分别成夹角Bl、 B2，由此形成两个偏楔面；两个夹角Bl、 B2的取值范围均为45° 89° ;所述的分别位 于两个平面(Pl、 P2)内的两条母线为与齿柱轴线相倾斜的直线(14、 15)，所述相倾斜直 线与齿柱轴线的夹角大于锥形冠基(8)母线与齿柱轴线的夹角，为25° 50° 。按上述方案，所述的齿顶面(3)是由经过三条纵向曲线(9、 10、 11)和三条横向曲线(16、 17、 18)所形成网络的空间曲面(19)切割锥形冠基(8)而形成。所述的三条纵向曲线(9、 10、 11)中居中的一条为向上凸出的纵向曲线(10)，两侧的纵向曲线(9、ll)分别是两个楔面(7a、 7b)的母线的端点(F、 H)绕各自回转轴线(12、 13)回转所形成的圆弧。
按上述方案，向上凸出的居中纵向曲线(10)由一条或多条圆弧相联构成，或由抛物线 构成，或由抛物线和圆弧相连构成。
按上述方案，所述的三条横向曲线(16、 17、 18)均是圆弧，且三条圆弧的曲率半径 Rl、 R2、 R3各不相同，沿着纵向曲线的长度方向从齿顶面宽端到窄端，横向曲线的曲率半 径是递减的，即R1〉R2〉R3。
按上述方案，所述的三条横向曲线(16、 17、 18)在空间的相对齿冠底面位置高度各不 相同，靠近齿顶面中部的横向曲线(17)位置较高，靠近齿顶面两端的横向曲线(16、 18)位 置较低；靠近齿顶面中部的横向曲线(17)与靠近齿顶面两端的横向曲线的高度差el、 e2 为0. 1 10毫米。
本发明的有益效果在于1、本发明作为牙轮钻头外排齿工作时，其齿顶面是由齿顶面
中部最上部位开始到齿顶面两端，逐步与岩石接触的，在刚开始与岩石接触时，只有齿顶 面中部与岩石接触，接触面积小，使得岩石上产生的局部接触应力较高，更利于岩石破碎，
因而可提高齿的切削效率，降低钻井的综合成本；2、由于齿顶面中部高，两端低，降低了 齿顶面两端由于边缘效应产生的高应力，减少齿顶面两端发生破碎的机率，提高了齿的寿 命；3、由于齿顶面与相邻的其它齿冠曲面是光滑连接的，消除了连接的应力集中现象，减 少齿顶面与相邻的其它齿冠曲面的连接部位发生破碎的机率，进一步提高了齿的寿命；4、 由于齿顶面一头宽、 一头窄，当用作牙轮钻头的外排齿，使得齿顶面的宽头面向井壁时， 与井壁的接触面积较大，因而对井壁的刮切作用较强，钻头保径能力也较强。
图1为本发明一个实施例的正视图。
图2为本发明一个实施例的立体图。
图3为本发明一个实施例的齿顶面的结构形成示意图。
图4为图1的俯视图。
图5为图4的E-E局部剖视图。
图6为图4的D-D局部剖视图。
图7为图1的A-A局部剖视图。图8为图1的B-B局部剖视图。 图9为图1的C-C局部剖视图。
具体实施例方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。包括有齿柱(1)和齿冠(2)，所述的齿冠由 锥形冠基(8)、齿顶面(3)和对应设置的两个楔面(7a、 7b)构成，锥形冠基(8)母线与齿柱 轴线的夹角为20。，两个楔面上端与齿顶面(3)交汇。
如图4所示，过齿柱轴线作3个平面(P、 Pl、 P2)，两侧的平面(P1、 P2)分别与齿顶中 心平面(P)成一定夹角Bl、 B2，两个夹角B1、 B2的取值范围均为70。 -85° 。
如图5、 6所示，在平面(P1)内，作与齿柱轴线成夹角的直线(14)和回转轴线(12)， 夹角大于锥形冠基(8)母线与齿柱轴线的夹角，为30° -4(T ，以该直线(14〉为母线绕回转 轴线(12)回转形成的回转曲面切割锥形冠基(8)即得到楔面7a;同时直线(14)的上端点F 绕回转轴线(12)旋转时形成齿顶面的纵向曲线(9)。在平面(P2)内，作与齿柱轴线成夹角的 直线(15)和回转轴线(13)，夹角大于锥形冠基(8)母线与齿柱轴线的夹角，为30° -40° ， 以该直线(15)为母线绕回转轴线(13)回转形成的回转曲面切割锥形冠基(8)即得到楔面 7b;同时直线(15)的上端点H绕回转轴线(13)旋转时形成齿顶面的纵向曲线(11)。两个楔 面7a、 7b形成两个偏楔面，使齿顶面和齿冠宽度由一端至另一端递减收缩。
如图3所示，在齿顶中心平面(P)内作一 向上凸出的圆弧作为居中的纵向曲线(10)。所 述的三条纵向曲线(9、 10、 11)为形成空间曲面(19)的纵向曲线。在与齿顶中心平面(P) 相垂直的3个平面(Q1、 Q、 Q2)内，分别作3条圆弧作为形成空间曲面(19)的三条横向曲线 (16、 17、 18)，其中平面Q1位于齿顶面宽端，平面Q2位于齿顶面窄端，平面Q过齿柱轴 线，3条圆弧的半径分别为Rl、 R2、 R3， 3条圆弧的长度分别为Ll、 L2、 L3，使得R1〉R2〉R3， 且L1〉L2〉L3。三条横向曲线(16、 17、 18)在空间的相对齿冠底面位置高度各不相同，齿 顶面中部的横向曲线(17)位置较高，靠近齿顶面两端的横向曲线(16、 18)位置较低；齿顶 面中部的横向曲线(17)中点T与靠近齿顶面两端的横向曲线的高度差el、e2的取值范围为 1 5毫米。
经过三条纵向曲线(9、 10、 11)和三条横向曲线(16、 17、 18),形成光滑空间曲面(19)， 用空间曲面(19)切割锥形冠基(8)，即得到向外凸出的、中部高、两端渐低的光滑的齿顶面 (3)，齿顶面和齿冠宽度由一端至另一端递减收縮；且齿顶面(3)与两楔面(7a、 7b)分别光 滑连接，齿顶面与相邻的其它齿冠曲面也为光滑连接。
权利要求
1、一种凸顶偏楔齿，包括有齿柱(1)和齿冠(2)，所述的齿冠由锥形冠基(8)、齿顶面(3)和对应设置的两个楔面(7a、7b)构成，两个楔面上端与齿顶面交汇，其特征在于齿顶面(3)为向外凸出、中部高、两端渐低的光滑曲面，且齿顶面和齿冠宽度由一端至另一端递减收缩。
2、 按权利要求1所述的凸顶偏楔齿，其特征在于两个楔面(7a、 7b)分别是由 各自的母线绕各自的回转轴线(12、 13)回转并切割锥形冠基(8)而形成的回转曲 面；所述的两条母线和各自的回转轴线分别位于两个平面(Pl、 P2)内，所述两 个平面(P1、 P2)与过齿柱轴线的齿顶中心平面(P)分别成夹角Bl、 B2，由此形成 两个偏楔面；两个夹角Bl、 B2的取值范围均为45。 89° 。
3、 按权利要求2所述的凸顶偏楔齿，其特征在于所述的分别位于两个平面 (Pl、 P2)内的两条母线为与齿柱轴线相倾斜的直线(14、 15)，所述相倾斜直线 与齿柱轴线的夹角大于锥形冠基(8)母线与齿柱轴线的夹角，为25° 50° 。
4、 按权利要求1或2所述的凸顶偏楔齿，其特征在于所述的齿顶面(3)是由 经过三条纵向曲线(9、 10、 11)和三条横向曲线(16、 17、 18)所形成网络的空间曲 面(19)切割锥形冠基(8)而形成。
5、 按权利要求4所述的凸顶偏楔齿，其特征在于所述的三条纵向曲线(9、 10、 ll)中居中的一条为向上凸出的纵向曲线(lO)，两侧的纵向曲线(9、 ll)分别是两 个楔面(7a、 7b)的母线端点绕各自回转轴线(12、 13)回转所形成的圆弧。
6、 按权利要求5所述的凸顶偏楔齿，其特征在于所述的向上凸出的居中纵向 曲线(IO)由一条或多条圆弧相联构成，或由抛物线构成，或由抛物线和圆弧相连 构成。
7、 按权利要求4所述的凸顶偏楔齿，其特征在于所述的三条横向曲线(16、 17、 18)均是圆弧，且三条圆弧的曲率半径Rl、 R2、 R3各不相同，沿着纵向曲线 的长度方向从齿顶面宽端到窄端，横向曲线的曲率半径是递减的，即R1〉R2〉R3。
8、 按权利要求7所述的凸顶偏楔齿，其特征在于所述的三条横向曲线(16、 17、 18)在空间的相对齿冠底面位置高度各不相同，靠近齿顶面中部的横向曲线 (17)位置较高，靠近齿顶面两端的横向曲线(16、 18)位置较低。
9、 按权利要求8所述的凸顶偏楔齿，其特征在于所述的靠近齿顶面中部的横 向曲线(17)与靠近齿顶面两端的横向曲线的高度差el、 e2为0. 1 10毫米。
10、 按权利要求2所述的凸顶偏楔齿，其特征在于所述的两个夹角Bl、 B2的取值范围均为70° -85° 。
全文摘要
本发明涉及一种用于石油、天然气和地质钻井牙轮钻头上的硬质合金齿，具体地涉及一种凸顶偏楔齿。包括有齿柱和齿冠，所述的齿冠由锥形冠基、齿顶面和对应设置的两个楔面构成，两个楔面上端与齿顶面交汇，其特征在于齿顶面为向外凸起、中部高、两端渐低的光滑曲面；所述的两个楔面为偏楔面，使得齿顶面和齿冠宽度由一端至另一端递减收缩。本发明具有以下优点1.利于岩石破碎，因而可提高齿的切削效率，降低钻井的综合成本；2.抗破碎能力强，且使用寿命长；3.当发明用作牙轮钻头的外排齿，在齿顶面的宽头面向井壁时，与井壁的接触面积较大，因而对井壁的刮切作用较强，钻头保径能力也较强。
文档编号E21B10/56GK101560869SQ20091006226
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者鹏 吴, 樊孝兵, 郭承富, 陈东方 申请人:江汉石油钻头股份有限公司