洁式钻头或自洗式钻头[10]。这种牙齿啮合错位结构可以实现两个牙轮相互“剔牙”的效果,能够及时清理牙间里的岩屑、泥块,防止钻头被泥包裹住。改进后的牙轮钻头不易被泥包裹,具有一定穿透软硬交错地层的能力,就可以在井底服役相对较长时间。但是另一方面,轴颈与牙轮组成的滑动摩擦副摩擦很严重,大大影响了牙轮钻头的寿命,这成了制约牙轮钻头推广使用的主要原因。1932、1933年出现了装有滚动轴承的两牙轮钻头和三牙轮钻头[11~12]。这两种钻头滚动轴承的技术关键在于:在轴颈内取洞放入滚珠,使之与牙轮轴向定位并组成滚动摩擦副。这一技术上的进步,使牙轮钻头的寿命得以很大提升。另外,与两牙轮钻头相比,三牙轮钻头有很多优势:(1)在不降低井底覆盖率的前提下,各个牙轮上每个齿圈之间的距离变大了,便于牙轮冲洗,进一步防止被泥包裹;(2)更充加分地利用了有限的空间,提升了钻头总的负载能力;(3)三牙轮钻头的三圈外排齿可切削井壁,提升了保径能力;(4)根据三角形具有稳定性的原理,三个牙轮的稳定性比两个牙轮好,钻出的井身质量更优。在延长了牙轮钻头的使用寿命以后,研究牙轮钻头的注意力逐渐转向了钻井速度。虽然牙轮钻头在中软地层能够避免泥包,但是相对刮刀钻头其机械钻速仍慢得多。为了解决这一问题,研究者想把刮削作用和冲击压碎作用结合起来,提高牙轮钻头的机械钻速。1935年,在这一新思路的引导下,牙轮钻头历史上一个重要的进步出现了,即移轴式和复锥牙轮钻头被发明出来[5]。移轴牙轮钻头是将牙轮轴线由原来同钻体轴线相交的位置,向钻头转动方向平移了几个毫米。复锥牙轮钻头是通过两个相异锥顶角的圆锥面组合起来作为牙轮的外廓面,替代原来的单锥牙轮。这两种新机械结构使钻头在压入井底钻进的同时,牙齿还有一定的横向运动,增加了每单坑破岩的体积,从而提高了钻进速度。此外,表面强化技术的发展使得牙齿具有更高的耐磨性。至此,牙轮钻头开始3
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