一種能夠預(yù)防脫齒的固定切削齒鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油天然氣、礦山工程、建筑基礎(chǔ)工程施工、地質(zhì)、水文等鉆探設(shè)備用破巖工具領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆頭是鉆井工程中用以破碎巖石、形成井筒的破巖工具?，F(xiàn)有鉆頭主要分為非固定切削齒鉆頭和固定切削齒鉆頭。所謂非固定切削齒鉆頭，是指在工作狀態(tài)下，牙齒或切削齒與鉆頭體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的鉆頭。若鉆頭上的切削齒始終與鉆頭體固結(jié)為一體，彼此之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則稱這類鉆頭為固定切削齒鉆頭。
[0003]固定切削齒鉆頭主要有刮刀鉆頭、roc (聚晶金剛石復(fù)合片)鉆頭、孕鑲金剛石鉆頭，其典型代表是roc(聚晶金剛石復(fù)合片)鉆頭。roc鉆頭是鉆井工程(特別是石油天然氣鉆井工程)中使用的主要鉆頭品種之一。PDC鉆頭工作時(shí)，鉆頭在鉆壓的作用下旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，依靠鉆頭上的roc復(fù)合片對(duì)地層巖石的切削或刮切作用破碎巖石，從而在地層巖石中形成并逐漸延伸井筒。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的PDC鉆頭中，PDC復(fù)合片是通過(guò)銀釬焊的方式固結(jié)在鉆頭體上。一般情況下，所使用的復(fù)合片的形狀是圓柱體，該圓柱體的圓柱面約有三分之一的面積出露于鉆頭體表面，另外三分之二的面積與鉆頭體接觸。PDC復(fù)合片在切削井底巖石時(shí)，井底巖石對(duì)復(fù)合片有較大的沖擊力，如果銀釬焊的焊接強(qiáng)度不足以抵抗井底巖石對(duì)復(fù)合片的沖擊，就會(huì)使復(fù)合片從鉆頭體上脫落，稱之為脫齒或脫片現(xiàn)象。只要鉆頭上的某一個(gè)復(fù)合片發(fā)生脫落，那么與該復(fù)合片相鄰的復(fù)合片所受到的井底巖石沖擊力會(huì)急劇增加，加劇鉆頭的磨損或發(fā)生更多的脫齒現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆頭的實(shí)效。
[0005]影響復(fù)合片焊接強(qiáng)度的主要因素有:1.PDC復(fù)合片出露于鉆頭體表面的高度。復(fù)合片出露于鉆頭體表面的高度越低，復(fù)合片與鉆頭體接觸的面積越大，那么焊接強(qiáng)度就越高，但由于復(fù)合片的出露高度低，復(fù)合片被壓入巖石的深度就越低，那么鉆頭機(jī)械鉆速就越低。因此通常情況下復(fù)合片的三分之一外表面會(huì)出露在鉆頭體外。2.對(duì)銀釬焊料的水力沖蝕。鉆井過(guò)程中，鉆井液對(duì)鉆頭體有較強(qiáng)的沖蝕作業(yè)，因此鉆頭體的材料或鉆頭體表面的材料以抗沖蝕的耐磨碳化鎢為主。但復(fù)合片與鉆頭體之間是焊接使用的銀釬焊料，銀釬焊料的抗沖蝕能力較弱，若鉆頭在井底的工作時(shí)間較長(zhǎng)，那么銀釬焊料會(huì)逐漸被沖蝕，將嚴(yán)重影響到復(fù)合片的焊接強(qiáng)度。3.銀釬焊料分布不均勻。一般復(fù)合片的直徑比與相應(yīng)復(fù)合片對(duì)應(yīng)的齒窩的直徑大0.4mm，釬焊復(fù)合片時(shí)，將0.4mm間隙的空間充滿銀釬焊料。由于焊接復(fù)合片時(shí)存在的細(xì)小雜質(zhì)以及復(fù)合片與齒窩之間的間隙使復(fù)合片的空間位置不固定，導(dǎo)致銀釬焊料分布不均，將會(huì)影響復(fù)合片的釬焊強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于:提供一種能夠預(yù)防脫齒的固定切削齒鉆頭，通過(guò)加強(qiáng)銀釬焊的焊接強(qiáng)度，同時(shí)能夠預(yù)防銀釬焊被過(guò)分沖蝕，達(dá)到降低脫齒的風(fēng)險(xiǎn)，增加鉆頭在井底的使用時(shí)間。
[0007]本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
一種能夠預(yù)防脫齒的固定切削齒鉆頭，包括鉆頭體和切削齒，其特征在于:所述鉆頭體上設(shè)置有與所述切削齒外形相匹配的齒窩；所述切削齒的切削刃理論輪廓線為圓形，在所述切削齒的底面設(shè)置有與切削齒成為一體的圓柱凸臺(tái)，所述圓柱凸臺(tái)與切削齒的軸線相同；在所述齒窩的底面還設(shè)置有圓形盲孔，所述圓形盲孔的軸線與齒窩的軸線相同；所述切削齒通過(guò)銀釬焊的方式固結(jié)在齒窩內(nèi)，所述圓柱凸臺(tái)置于圓形盲孔內(nèi)。
[0008]通過(guò)銀釬焊的方式固結(jié)上述切削齒在相對(duì)應(yīng)的齒窩內(nèi)，焊接切削齒時(shí)，先將銀釬焊材熔化在齒窩和圓形盲孔內(nèi)，再將切齒置入齒窩，切削齒的部分圓柱體插入齒窩底面的圓形盲孔內(nèi)。由于圓形盲孔的軸線與齒窩的軸線相同，圓形盲孔對(duì)切削齒形成支撐，切削齒與齒窩的間隙固定、均勻，使熔化后的焊材在齒窩內(nèi)分布均勻，冷卻后固結(jié)切削齒，有利于提高切削齒的焊接強(qiáng)度。同時(shí)在圓形盲孔內(nèi)的銀釬焊材也加強(qiáng)了對(duì)切削齒的焊接強(qiáng)度，而且圓形盲孔設(shè)置在齒窩底面，水力難以對(duì)其內(nèi)部的銀釬焊材進(jìn)行沖蝕。
[0009]所述圓形盲孔的長(zhǎng)度長(zhǎng)于固結(jié)在其內(nèi)部圓柱凸臺(tái)的長(zhǎng)度?？梢允骨邢鼾X的底面緊靠齒窩的底面，齒窩對(duì)切削齒形成有效的支撐和保護(hù)。
[0010]在所述齒窩的圓柱面上均勻設(shè)置有與齒窩軸線相互平行的溝槽。熔化后的銀釬焊材進(jìn)入所述溝槽，轉(zhuǎn)動(dòng)齒窩內(nèi)切削齒，切削齒能夠?qū)⑷刍癄顟B(tài)下的銀釬焊材均勻地帶到所述溝槽內(nèi)，并能夠使齒窩的圓柱表面均勻的覆蓋銀釬焊材。冷卻后，切削齒固結(jié)在齒窩內(nèi)。由于齒窩內(nèi)的溝槽均勻地填充了銀釬焊材，增加了切削齒和齒窩的焊接強(qiáng)度，并且水力沖擊難以有效地對(duì)溝槽內(nèi)的銀釬焊材進(jìn)行沖蝕，避免了因水力沖蝕而降低切削齒的焊接強(qiáng)度，能夠有效地預(yù)防切削齒脫落的風(fēng)險(xiǎn)。
[0011]另一方面，焊接切削齒時(shí)，難免有些雜質(zhì)會(huì)進(jìn)入熔化后的銀釬焊材內(nèi)，如果沒(méi)有溝槽的設(shè)計(jì)，顆粒較大的雜質(zhì)會(huì)影響到切削齒在齒窩內(nèi)的位置精度，最終影響到鉆頭的使用效果。采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)的溝槽，雜質(zhì)會(huì)進(jìn)入到溝槽內(nèi)，不至于影響到切削齒在齒窩內(nèi)的位置精度。
[0012]作為優(yōu)選方式，所述齒窩的圓柱面上的溝槽的橫截面為矩形。
[0013]作為優(yōu)選方式，所述齒窩的圓柱面上的溝槽的橫截面為半圓形。
[0014]作為優(yōu)選方式，所述切削齒的材料為PDC復(fù)合片、孕鑲金剛石、硬質(zhì)合金或立方氮化硼。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
1.通過(guò)在切削齒底面設(shè)計(jì)圓柱凸臺(tái)，以及在相對(duì)應(yīng)的齒窩底面設(shè)置圓形盲孔，增加了銀釬焊材與切削齒和齒窩的接觸面積，使焊接強(qiáng)度增加，同時(shí)也使銀釬焊材難以被沖蝕，能夠起到預(yù)防切削齒脫落的作用。
[0016]2.切削齒的圓柱凸臺(tái)和齒窩的圓形盲孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使切削齒在齒窩為能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，且銀釬焊材在齒窩內(nèi)分布更加均勻。
[0017]3.通過(guò)在齒窩圓柱面上設(shè)置溝槽，能夠有效保護(hù)齒窩的溝槽內(nèi)的銀釬焊材，能夠有效地預(yù)防切削齒脫落的風(fēng)險(xiǎn)。
[0018]4.本發(fā)明的鉆頭與現(xiàn)有鉆頭技術(shù)的外觀結(jié)構(gòu)相同，但是通過(guò)優(yōu)化、改進(jìn)切削齒與齒窩的結(jié)構(gòu)關(guān)系，增強(qiáng)了固齒強(qiáng)度，能夠有效地預(yù)防切削齒脫落。
【附圖說(shuō)明】
[0019]下面結(jié)合附圖和本發(fā)明的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0020]圖1是本發(fā)明的鉆頭的剖視圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的切削齒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】一。
[0023]圖4是現(xiàn)有技術(shù)中鉆頭體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】二。
[0025]圖6是本發(fā)明的齒窩具有溝槽的結(jié)構(gòu)示意圖一。
[0026]圖7是本發(fā)明的齒窩具有溝槽的結(jié)構(gòu)示意圖二。
[0027]圖中標(biāo)記:1-鉆頭體、2_切削齒、21-切削刃、22_圓柱凸臺(tái)、3_齒窩、301-圓形盲孔、302-溝槽。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]圖1示意的表示出了本發(fā)明一種能夠預(yù)防脫齒的固定切削齒鉆頭的基本結(jié)構(gòu)，包括包括鉆頭體I和切削齒2，其特征在于:所述鉆頭體I上設(shè)置有與所述切削齒2外形相匹配的齒窩3。如圖2所示的切削齒結(jié)構(gòu)，所述切削齒2的切削刃21理論輪廓線為圓形，在所述切削齒2的底面設(shè)置有與切削齒成為一體的圓柱凸臺(tái)22，所述圓柱凸臺(tái)22與切削齒2的軸線相同。如圖3所示的齒窩結(jié)構(gòu)，在所述齒窩3的底面還設(shè)置有圓形盲孔301，所述圓形盲孔301的軸線與齒窩3的軸線相同；所述切削齒2通過(guò)銀釬焊的方式固結(jié)在齒窩3內(nèi)，所述圓柱凸臺(tái)22置于圓形盲孔301內(nèi)。
[0030]與圖4所示的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的鉆頭在現(xiàn)有切削齒技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了圓柱凸臺(tái)22，在現(xiàn)有鉆頭體技術(shù)的基礎(chǔ)上在齒窩3底面設(shè)置了長(zhǎng)于圓柱22的圓形盲孔301。切削齒2在齒窩3內(nèi)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，使切削齒2的圓柱面與齒窩的圓柱面之間的間隙保持均衡，使銀釬焊材在所述間隙內(nèi)分布均勻，加之在圓柱凸臺(tái)22與圓形盲孔301之間也使用銀釬焊材固結(jié)，對(duì)切削齒2的防脫落起到更為積極的作用。
[0031]圖5是本發(fā)明的鉆頭的另一種【具體實(shí)施方式】。在鉆頭體I的齒窩3底面設(shè)置有圓形盲孔301，并同時(shí)在齒窩3的圓柱面上均勻設(shè)置有與齒窩軸線相互平行的溝槽302。溝槽的設(shè)計(jì)使銀釬焊材增加了與齒窩的接觸面積，使切削齒的固結(jié)更牢固，同時(shí)也保護(hù)了銀釬焊材避免被過(guò)分沖蝕，起到預(yù)防切削齒脫落的作用。
[0032]如圖6所示，作為一種優(yōu)選方式，所述齒窩3的圓柱面上的溝槽302的橫截面為矩形。
[0033]如圖7所所示，作為另一種優(yōu)選方式，所述齒窩3的圓柱面上的溝槽302的橫截面為半圓形。
[0034]作為優(yōu)選方式，所述切削齒的材料為PDC復(fù)合片、孕鑲金剛石、硬質(zhì)合金或立方氮化硼。
[0035]本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種能夠預(yù)防脫齒的固定切削齒鉆頭，包括鉆頭體(I)和切削齒(2)，其特征在于:所述鉆頭體(I)上設(shè)置有與所述切削齒(2)外形相匹配的齒窩；所述切削齒(2)的切削刃(21)理論輪廓線為圓形，在所述切削齒(2)的底面設(shè)置有與切削齒(2)成為一體的圓柱凸臺(tái)(22)，所述圓柱凸臺(tái)(22)與切削齒(2)的軸線相同；在所述齒窩(3)的底面還設(shè)置有圓形盲孔(301)，所述圓形盲孔(301)的軸線與齒窩(3)的軸線相同；所述切削齒(2)通過(guò)銀釬焊的方式固結(jié)在齒窩(3)內(nèi)，所述圓柱凸臺(tái)(22)置于圓形盲孔(301)內(nèi)。2.如權(quán)利要求1所述的能夠預(yù)防脫齒的固定切削齒鉆頭，其特征在于:所述圓形盲孔(301)的長(zhǎng)度長(zhǎng)于固結(jié)在其內(nèi)部圓柱凸臺(tái)(22)的長(zhǎng)度。3.如權(quán)利要求1所述的能夠預(yù)防脫齒的固定切削齒鉆頭，其特征在于:在所述齒窩(3)的圓柱面上均勻設(shè)置有與齒窩軸線相互平行的溝槽(302)。4.如權(quán)利要求3所述的能夠預(yù)防脫齒的固定切削齒鉆頭，其特征在于:所述齒窩(3)的圓柱面上的溝槽(302)的橫截面為矩形。5.如權(quán)利要求3所述的能夠預(yù)防脫齒的固定切削齒鉆頭，其特征在于:所述齒窩(3)的圓柱面上的溝槽(302)的橫截面為半圓形。6.如權(quán)利要求1所述的能夠預(yù)防脫齒的固定切削齒鉆頭，其特征在于:所述切削齒的材料為PDC復(fù)合片、孕鑲金剛石、硬質(zhì)合金或立方氮化硼。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種能夠預(yù)防脫齒的固定切削齒鉆頭,屬于鉆探用鉆頭技術(shù)領(lǐng)域。該鉆頭包括鉆頭體和切削齒，所述切削齒的底面設(shè)置有與切削齒成為一體的圓柱凸臺(tái)，所述鉆頭體上的齒窩的底面還設(shè)置有圓形盲孔，切削齒結(jié)構(gòu)與齒窩結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，更進(jìn)一步在所述齒窩的圓柱面上均勻設(shè)置有與齒窩軸線相互平行的溝槽。本發(fā)明的鉆頭與現(xiàn)有鉆頭技術(shù)的外觀結(jié)構(gòu)相同，但是通過(guò)優(yōu)化、改進(jìn)切削齒與齒窩的結(jié)構(gòu)關(guān)系，增強(qiáng)了切削齒的固齒強(qiáng)度，并且還保護(hù)了銀釬焊被過(guò)多沖蝕，能夠有效地預(yù)防切削齒脫落。
【IPC分類】E21B10/43
【公開(kāi)號(hào)】CN104963632
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510419580
【發(fā)明人】李娜
【申請(qǐng)人】盤(pán)錦裕達(dá)鉆采工具制造有限公司
【公開(kāi)日】2015年10月7日
【申請(qǐng)日】2015年7月17日