CN102649200A - 钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法及刀头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法及刀头。该方法用碳化钨焊条在刀体（1）的前刀面上堆焊一层碳化钨颗粒堆焊体（2），将碳化钨颗粒堆焊体（2）的前端面堆成一块矩形平面（3）；在堆焊矩形平面（3）的同时将一些硬质合金刀片按一定规律镶嵌在矩形平面（3）上，其嵌入深度大于硬质合金刀片的高度C的1/2。本发明采用了具有切削刃的硬质合金刀片以及交错排列方式，切削刃使得切削阻力变小，切削速度大大提升；交错排列方式形成间断切削，切屑变得更短，更容易被带到地面或下落井底，从而防止卡钻，使切割施工更为安全、方便。本发明为井下更换套管作业更快更好的实施提供了更加便利的条件。

Description

钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法及刀头

技术领域

本发明涉及一种钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法及刀头，属于地质钻探工具技术领域。

背景技术

石油钻井作业中一旦发生井内套管破损都要进行更换，割断破损段套管并取出、在破损段下入新套管。割断套管的过程是：将机械式或者液压式内割刀下到切割位置，刀头在机械力或者液压力的作用下绕销轴旋转径向张开，此时旋转机械式或者液压式内割刀，刀尖接触套管，加大机械力或者液压力，刀尖切入套管进行切削，继续加大机械力或者液压力，刀尖深入套管进行切削，持续加大机械力或者液压力直到套管被切断。

现有的内割刀都是三个刀头，每个刀头的前刀面和侧面堆焊块状硬质合金刀片或者不规则粗大颗粒硬质合金作为磨铣刃，每个硬质合金个体并非机床切削刀具那样开有刀刃可以有效的切削。实际切削的微过程是硬质合金个体磨铣套管壁切削，其震动剧烈，切割多层套管困难，切割用时长，就会延长工期，增加成本。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法及刀头。使内割刀能够平稳、快速切割多层套管，最大的刀刃展开至3倍于本体的直径获得各种不利切削条件（包括硬点、偏心、不连续切割等）下的最大稳定性，粗状的三刀刃结构允许高速切割，快速切套管。

本发明的技术方案

钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法，对刀头预热300～500℃，在刀头工作部位用镍银基作钎焊料将硬质合金刀片镶崁在刀头工作部位，硬质合金刀片通过紧密附着钎焊料与刀头钎焊连接。在刀体的工作部位表面预钎焊一层镍银焊条作为打底层，然后再堆焊碳化钨颗粒。堆焊方式为氧乙炔焰堆焊，使用中性焰，热量因足够大，确保碳化钨颗粒在镍银基体合金重新凝固之前能在工作表面均匀分布，同时也应控制火焰温度，避免过热导致碳化钨烧损，或基体合金蒸发导致碳化钨与刀头无法形成有效结合，将碳化钨颗粒堆焊的前端面堆成一块矩形平面；在堆焊矩形平面的同时将一些硬质合金刀片按一定规律镶嵌在矩形平面上，其嵌入深度大于硬质合金刀片的高度C的1/2，其露出矩形平面之外的切削方向的菱边设有切削刃。

前述钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法中，所述硬质合金刀片包括矩形刀片和三角刀片。

前述钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法中，所述按一定规律镶嵌在矩形平面上是将三角刀片镶嵌在矩形平面底部；将矩形刀片按行列排列在矩形平面其余部分；三角刀片与矩形刀片露出矩形平面的高度相同。

前述钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法中，所述矩形刀片按行列排列在矩形平面其余部分是矩形刀片长度A方向顺着矩形平面的长度方向排两列以上，列间距大于矩形刀片厚度B；相邻两列之间的矩形刀片交错排列。

前述钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法中，所述露出矩形平面之外的切削方向的菱边设有切削刃，切削刃的厚度δ为0.2～0.3mm；切削刃的前角α为10～20°，后角β为5～10°。

前述钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法中，所述切削刃的前角α为12°，后角β为8°。

前述钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法中，所述前角α与矩形刀片或三角刀片的切削面之间通过圆弧R过渡连接。

按前述的方法构成的刀头，包括刀体，刀体的前刀面上设有一层碳化钨颗粒堆焊体，碳化钨颗粒堆焊体前端面堆成矩形平面，矩形平面的底部镶嵌有三角刀片，矩形平面的其余部分镶嵌有按行列排列的矩形刀片；行间距D小于矩形刀片的长度A，列间距大于矩形刀片的厚度B，三角刀片和矩形刀片的嵌入深度大于矩形刀片的高度C的1/2；相邻两列之间的矩形刀片交错排列；三角刀片和矩形刀片上设有切削刃。

前述刀头中，所述切削刃的厚度δ为0.2～0.3mm；切削刃的前角α为10～20°，后角β为5～10°。

前述刀头中，所述切削刃的前角α为12°，后角β为8°。

与现有技术相比，本发明采用了具有切削刃的硬质合金刀片以及交错排列方式，切削刃使得切削阻力变小，切削速度大大提升；交错排列方式形成间断切削，切屑变得更短，更容易被带到地面或下落井底，从而防止卡钻，使切割施工更为安全、方便。本发明为井下更换套管作业更快更好的实施提供了更加便利的条件。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是矩形刀片的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是三角刀片的结构示意图。

附图中的标记为：1-刀体，2-碳化钨颗粒堆焊体，3-矩形平面，4-矩形刀片，5-三角刀片，6-切削刃，7-切削面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。

钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法，如图1所示。用碳化钨焊条在刀体1的前刀面上堆焊一层碳化钨颗粒堆焊体2，将碳化钨颗粒堆焊体2的前端面堆成一块矩形平面3；在堆焊矩形平面3的同时将一些硬质合金刀片按一定规律镶嵌在矩形平面3上，其嵌入深度大于硬质合金刀片的高度C的1/2。硬质合金刀片包括矩形刀片4和三角刀片5。按一定规律镶嵌在矩形平面3上是指将三角刀片5镶嵌在矩形平面3底部；将矩形刀片4按行列排列在矩形平面3其余部分；三角刀片5与矩形刀片4露出矩形平面5的高度相同。矩形刀片4按行列排列在矩形平面3其余部分是矩形刀片4长度A方向顺着矩形平面3的长度方向排两列以上，列间距大于矩形刀片4厚度B；相邻两列之间的矩形刀片4交错排列。矩形刀片4和三角刀片5露出矩形平面3之外的切削方向的菱边设有切削刃6，切削刃6的厚度δ为0.2～0.3mm；切削刃6的前角α为10～20°，后角β为5～10°。切削刃6的前角α为12°，后角β为8°。前角α与矩形刀片4或三角刀片5的切削面7之间通过圆弧R过渡连接。

按前述的方法构成的刀头，包括刀体1，刀体1的前刀面上设有一层碳化钨颗粒堆焊体2，碳化钨颗粒堆焊体2上设有矩形平面3，矩形平面3的底部镶嵌有三角刀片5，矩形平面3的其余部分镶嵌有按行列排列的矩形刀片4；行间距D小于矩形刀片4的长度A，列间距大于矩形刀片4的厚度B，矩形刀片4和三角刀片5的嵌入深度大于矩形刀片4的高度C；相邻两列之间的矩形刀片4交错排列；矩形刀片4和三角刀片5上设有切削刃6。切削刃6的厚度δ为0.2～0.3mm；切削刃6的前角α为10～20°，后角β为5～10°。切削刃6的前角α为12°，后角β为8°。

矩形刀片如图2和图3所示，矩形刀片4为硬质合金制成，形状近似长方体，如图2所示，其长、厚、高分别为A、B、C。在AB平面与AC平面的其中一个交线上设有切削刃6，切削刃6的厚度δ为0.2～0.3mm，可以延长内割刀的使用寿命。切削刃6处的圆弧R可以方便切屑排出。切削刃6的前角α为10～20o，最好为12o。后角β为5～12o，最好为8o。前角α可以减小切屑变形和摩擦阻力，使切削力、切削功率及切削时产生的热量减小。由于前角α过大将导致切削刃强度降低，刀头散热体积减小，致使刀具寿命降低，所以前角α不要太大。后角β的主要作用是减小刀具后刀面与工件之间的摩擦。后角β过大会使刀刃强度降低，并使散热条件变差，使刀具耐用度降低，所以后角β也不易过大。

矩形刀片4按交错排列方式镶嵌在用碳化钨颗粒堆焊在刀体1前刀面上的一层矩形平面3上，矩形刀片4的长度方向与矩形平面3的长度方向一致，同列矩形刀片4的间距D小于矩形刀片4的长度A，间距D空隙正对前一列的矩形刀片4，矩形刀片4的列数可以为2列或者更多列。也可以在列之间增加刀尖的数量。敷焊焊料采用碳化钨颗粒焊条。在矩形平面3下端尽头设有三角刀片5，三角刀片5上也设有切削刃6。

Claims (10)

1. 钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法，其特征在于：该方法用碳化钨焊条在刀体的前刀面上堆焊一层碳化钨颗粒堆焊体，将碳化钨颗粒堆焊体的前端面堆成一块矩形平面；在堆焊矩形平面的同时将一些硬质合金刀片按一定规律镶嵌在矩形平面上，其嵌入深度大于硬质合金刀片的高度C的1/2，其露出矩形平面之外的切削方向的菱边设有切削刃。

2.根据权利要求1所述钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法，其特征在于：所述硬质合金刀片包括矩形刀片和三角刀片。

3.根据权利要求2所述钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法，其特征在于：所述按一定规律镶嵌在矩形平面上是将三角刀片镶嵌在矩形平面底部；将矩形刀片按行列排列镶嵌在矩形平面其余部分；三角刀片与矩形刀片露出矩形平面的高度相同。

4.根据权利要求3所述钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法，其特征在于：所述矩形刀片按行列排列在矩形平面其余部分是指矩形刀片长度A方向顺着矩形平面的长度方向排两列以上，列间距大于矩形刀片厚度B；相邻两列之间的矩形刀片交错排列。

5.根据权利要求4所述钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法，其特征在于：所述硬质合金刀片露出矩形平面之外的切削方向的菱边设有切削刃，切削刃的厚度δ为0.2～0.3mm；切削刃的前角α为10～20°，后角β为5～10°。

6.根据权利要求3所述钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法，其特征在于：所述切削刃的前角α为12°，后角β为8°。

7.根据权利要求3所述钻井内割刀头上硬质合金刀片的布置方法，其特征在于：所述前角α与矩形刀片或三角刀片的切削面之间通过圆弧R过渡连接。

8.按权利要求1-7任一权利要求所述的方法构成的刀头，包括刀体（1），其特征在于：刀体（1）的前刀面上设有一层碳化钨颗粒堆焊体（2），碳化钨颗粒堆焊体（2）上设有矩形平面（3），矩形平面（3）的底部镶嵌有三角刀片（5），矩形平面（3）的其余部分镶嵌有按行列排列的矩形刀片（4）；行间距D小于矩形刀片（4）的长度A，列间距大于矩形刀片（4）的厚度B，矩形刀片（4）和三角刀片（5）的嵌入深度大于矩形刀片（4）的高度C的1/2；相邻两列之间的矩形刀片（4）交错排列；矩形刀片（4）和三角刀片（5）上设有切削刃（6）。

9.根据权利要求8所述刀头，其特征在于：所述切削刃（7）的厚度δ为0.2～0.3mm；切削刃（7）的前角α为10～20°，后角β为5～10°。

10.根据权利要求8所述刀头，其特征在于：所述切削刃（7）的前角α为12°，后角β为8°。

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