1.一種牙輪鉆頭，包括：
鉆體，具有至少一個自鉆體起延伸的支臂；
牙輪組件，可轉動地安裝在所述至少一個支臂上，用于與地下巖層
嚙接以形成井孔；
所述牙輪組件具有從相關支臂起延伸的相應轉軸；
所述牙輪組件具有鄰近所述至少一個支臂設置的底面；
所述牙輪組件具有多個切削元件；
在所述牙輪組件上的每個切削元件是保徑切削元件或非保徑切削元
件，所述保徑切削元件布置在位于牙輪組件的底面附近的保徑齒圈中；
每個所述切削元件具有自相關牙輪組件起延伸的用于與所述巖層嚙
接的牙頂；
每個所述牙頂具有各自的頂點，所述頂點被定義為這樣一種點，所
述點距所述相關牙輪組件的所述轉軸的距離大于所述牙頂上的任何其它
點與所述相關牙輪組件的所述轉軸之間的距離；
每個所述切削元件具有一自所述相關牙輪組件起延伸且經過所述各
自的頂點的法向力軸；以及
在所述牙輪組件上的每個非保徑切削元件構造成使得每個非保徑切
削元件的所述法向力軸在一力心附近彼此相交，選擇所述力心以使由于
法向力而在所述牙輪組件上產生的搖晃作用減至最小，所述法向力是在
所述牙輪組件轉動時由所述切削元件撞擊所述巖層產生的。
2.如權利要求1所述的牙輪鉆頭，還包括：所述力心位于所述牙輪
組件的所述轉軸附近。
3.如權利要求1所述的牙輪鉆頭，還包括：所述力心設在所述牙輪
組件的所述轉軸上。
4.如權利要求1所述的牙輪鉆頭，還包括：所述力心具有為球狀的
構造。
5.如權利要求4所述的牙輪鉆頭，還包括：所述力心的半徑小于所
述力心與所述牙輪組件的轉軸之間的距離。
6.如權利要求1所述的牙輪鉆頭，還包括：
每個所述切削元件具有各自的切削區，該切削區具有位于所述各自
切削區的中心附近的各自頂點；以及
在所述牙輪組件上的至少兩個齒圈的切削元件具有各自的頂點，所
述各自的頂點位于離所述力心近似相同的徑向距離處。
7.如權利要求6所述的牙輪鉆頭，還包括：在所述牙輪組件上的至
少三個齒圈的切削元件具有各自的頂點，所述各自的頂點位于離所述力
心近似相同的徑向距離處。
8.如權利要求1所述的牙輪鉆頭，還包括：
自所述鉆體起延伸的三個支臂；
所述切削元件包括與相應牙輪組件附連的切削嵌件；
每個所述牙輪組件具有各自的牙輪輪廓，所述牙輪輪廓部分地限定
為全部切削嵌件的投影到一垂直面上的頂點，所述垂直面經過所述牙輪
組件的所述轉軸；以及
用于每個牙輪組件的所述頂點的合成輪廓相互協作以限定一弧段，
所述弧段具有從所述牙輪組件的相關轉軸起延伸的半徑。
9.如權利要求1所述的牙輪鉆頭，其特征在于，每個所述切削元件
包括銑成齒。
10.一種牙輪鉆頭，包括：
鉆體，具有至少一個自鉆體起延伸的支臂；
牙輪組件，可轉動地安裝在所述至少一個支臂上，用于與地下巖層
嚙接以形成井孔；
所述牙輪組件具有保徑齒圈的切削元件；
所述牙輪組件具有與所述保徑齒圈間隔開的至少第一齒圈和第二齒
圈的切削元件；
所述第一齒圈的切削元件和所述第二齒圈的切削元件相互間隔開；
每個所述切削元件具有自相關牙輪組件起延伸的用于與附近的巖層
部分嚙接的牙頂；
所述牙輪組件具有從各自支臂起延伸的轉軸；
每個所述切削元件具有一自各自牙頂起延伸的法向力軸；
每個所述切削元件具有各自的切削元件齒形角，所述切削元件齒形
角部分地由相應法向力軸與所述相關牙輪組件的所述轉軸的相交來限
定；以及
選擇與所述第一齒圈的切削元件和所述第二齒圈的切削元件相關的
所述切削元件齒形角，以使每個切削元件的法向力軸相交在一公共力心
處。
11.如權利要求10所述的牙輪鉆頭，其特征在于，所述力心包括位
于所述牙輪組件的所述轉軸上的位置。
12.如權利要求10所述的牙輪鉆頭，其特征在于，所述力心包括接
近單點的非常小的尺寸。
13.如權利要求10所述的牙輪鉆頭，還包括：
自所述鉆體起延伸的三個支臂；以及
可轉動地安裝在每個所述支臂上的用于與巖層嚙接的各自牙輪組
件。
14.如權利要求10所述的牙輪鉆頭，還包括：選擇所述力心的相對
于所述相關牙輪組件的轉軸的位置，以使當相關切削元件撞擊巖層時牙
輪的搖晃減至最小。
15.如權利要求10所述的牙輪鉆頭，其特征在于，所述切削元件包
括嵌件和硬質合金齒。
16.如權利要求10所述的牙輪鉆頭，其特征在于，每個所述切削元
件包括銑成齒。
17.如權利要求10所述的牙輪鉆頭，還包括：所述第一齒圈的切削
元件和所述第二齒圈的切削元件的各自頂點位于離所述力心近似相同的
徑向距離處。
18.如權利要求10所述的牙輪鉆頭，還包括：選擇用于所述保徑齒
圈內的每個切削元件的所述切削元件齒形角，以使各自的法向力軸垂直
于所述相關牙輪組件的所述轉軸延伸。
19.如權利要求10所述的牙輪鉆頭，還包括：選擇所述保徑齒圈內
的每個切削元件的所述切削元件齒形角，以使所述法向力軸經過所述力
心。
20.一種用于形成具有增強的鉆井性能的牙輪鉆頭的方法，所述方
法包括：
形成一鉆體，所述鉆體具有至少一個自鉆體起延伸的支臂；
把牙輪組件可轉動地安裝在所述至少一個支臂上，所述牙輪組件具
有鄰近所述至少一個支臂設置的底面；
在所述牙輪組件上形成多個切削元件，每個所述切削元件具有自牙
輪組件起延伸的用于與巖層嚙接的牙頂，在所述牙輪組件上的每個切削
元件是保徑切削元件或非保徑切削元件，所述保徑切削元件布置成位于
牙輪組件的底面附近的保徑齒圈；
為每個非保徑切削元件選擇位置和定向，使所述每個非保徑切削元
件的各自法向力軸與一單力心相交；以及
選擇所述單力心的位置，以減小牙輪組件的搖晃并增強所述鉆頭的
鉆井穩定性。
21.如權利要求20所述的方法，還包括：減小所述力心的尺寸以近
似對應于與所述法向力軸相交的單點。
22.如權利要求20所述的方法，還包括：
形成具有三個自鉆體起延伸的支臂的鉆體；以及
把各自牙輪組件可轉動地安裝在所述支臂上。
23.如權利要求20所述的方法，還包括：選擇所述力心的位置以使
法向力的搖晃作用減至最小，所述法向力與當所述鉆頭轉動時所述切削
元件撞擊巖層有關。
24.一種可操作用于在地下巖層內形成井孔的牙輪鉆頭，包括：
鉆體，具有至少一個自鉆體起延伸的支臂；
牙輪組件，可轉動地安裝在所述至少一個支臂上；
所述牙輪組件具有各自的從所述至少一個支臂起延伸的轉軸；
所述牙輪組件具有多個切削元件；
每個所述切削元件具有自相關牙輪組件起延伸的用于與巖層嚙接的
牙頂；
每個所述牙頂具有各自的頂點，所述頂點被定義為這樣一種點，所
述點距所述牙輪組件的所述轉軸的距離大于所述牙頂上的任何其它點與
所述牙輪組件的所述轉軸之間的距離；
每個所述切削元件具有一自所述牙輪組件起延伸且經過所述各自頂
點的法向力軸；
所述牙輪組件具有各自的牙輪組件輪廓，所述牙輪組件輪廓部分地
限定為全部所述切削元件的所述牙頂在一平面上的合成投影，所述平面
經過所述牙輪組件的所述轉軸；以及
所述多個切削元件中的每一個的所述法向力軸在一力心附近彼此相
交。
25.如權利要求24所述的牙輪鉆頭，還包括：所述力心位于所述牙
輪組件的所述轉軸附近以使法向力對所述牙輪組件的作用減至最小，所
述法向力是在所述牙輪組件轉動時由所述切削元件撞擊巖層產生的。
26.如權利要求24所述的牙輪鉆頭，還包括：所述力心設在所述牙
輪組件的所述轉軸上。
27.如權利要求24所述的牙輪鉆頭，還包括：所述力心具有為球狀
的構造。
28.如權利要求27所述的牙輪鉆頭，還包括：所述力心的半徑小于
所述力心與所述牙輪組件的轉軸之間的距離。
29.一種可操作用于在地下巖層內形成井孔的牙輪鉆頭，包括：
鉆體，具有至少一個自鉆體起延伸的支臂；
牙輪組件，可轉動地安裝在所述至少一個支臂上；
所述牙輪組件具有各自的從所述至少一個支臂起延伸的轉軸；
所述牙輪組件具有多個切削元件；
每個所述切削元件具有自所述牙輪組件起延伸的用于與巖層嚙接的
牙頂；
每個所述牙頂具有各自的頂點，所述頂點被定義為這樣一種點，所
述點距所述牙輪組件的所述轉軸的距離大于所述牙頂上的任何其它點與
所述牙輪組件的所述轉軸之間的距離；
每個所述切削元件具有一自所述牙輪組件起延伸且經過所述各自頂
點的法向力軸；
每個所述牙輪組件具有各自的牙輪組件輪廓，所述牙輪組件輪廓部
分地限定為全部所述切削元件的所述牙頂在一平面上的合成投影，所述
平面經過所述牙輪組件的所述轉軸；
所述多個切削元件中的每一個的所述法向力軸在一力心附近彼此相
交；
每個所述切削元件具有各自的切削區，該切削區具有位于所述各自
切削區的中心附近的各自頂點；以及
在所述牙輪組件上的至少一個齒圈的所述切削元件具有各自的頂
點，所述各自的頂點位于離所述力心近似相同的徑向距離處。
30.如權利要求29所述的牙輪鉆頭，還包括：每個所述牙輪組件上
的至少二個齒圈的所述切削元件具有各自的頂點，所述各自的頂點位于
離所述力心近似相同的徑向距離處。
31.如權利要求29所述的牙輪鉆頭，還包括：每個所述牙輪組件上
的至少三個齒圈的所述切削元件具有各自的頂點，所述各自的頂點位于
離所述力心近似相同的徑向距離處。
32.如權利要求29所述的牙輪鉆頭，還包括：
自所述鉆體起延伸的三個支臂；
可轉動地安裝在每個所述支臂上的用于與巖層嚙接的各自牙輪組件；
所述切削元件包括與相應牙輪組件附連的切削嵌件；
每個所述牙輪組件具有各自的牙輪輪廓，所述牙輪輪廓部分地限定
為全部切削嵌件的投影到一垂直面上的頂點，所述垂直面經過所述牙輪
組件的所述轉軸；以及
用于每個所述牙輪組件的全部切削嵌件的所述頂點的合成輪廓相互
協作以限定一弧段，所述弧段具有從所述牙輪組件的相關轉軸起延伸的
半徑。
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