CN102943629A - 一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头及其制造工艺，主要包括接头（1）、工作部（11）、胎体（2）和切削齿（5），胎体（2）设置于工作部表面，切削齿（5）包括圆柱形硬质合金齿带（6）、方形硬质合金齿带（7）、圆-方形硬质合金齿组合式齿带（12）、巴拉斯齿（8）和保径齿（10），切削齿（5）以高低交错复合的方式布于胎体（2）表面。其制造工艺包括：制作模具、涂胶、造基体、布齿和烧结成型。本发明的优点在于：其制造工艺简单；保护巴拉斯齿在钻头切削金属套管时免受损伤，继而全力切削岩石，可实现高效切削金属和岩石的双作用功能，弥补普通铣锥在深井/超深井的厚壁及双层套管开窗侧钻作业中难以快速分叉的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及适用于深井/超深井、高强度厚壁及双层套管开窗侧钻技术领域，特别是一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头及其制造工艺。
背景技术
经过多年来对石油资源地开采，我国有许多套损井、变形井和事故井区域还有大量的石油资源，使死井复活，老井更新，成为石油开采的重要研究的课题之一。
套管开窗侧钻技术是近几年发展起来的一项新技术，套管开窗侧钻技术是在普通定向井技术的基础上发展起来的，除具有普通定向井和水平井的共性之外，也具有自己的独特性。侧钻技术主要应用于：
（1）钻井过程中套管内有落物且无法打捞，不能继续进行钻井作业。
（2）钻井及采油过程中套管变形，无法正常采油。
（3）采油过程中砂堵严重，通过修井作业无法恢复生产的井。
（4）直井落空，偏离油层位置，经勘探其周围还有开采价值油藏。
（5）油田开发后期，已无开采价值的井，为了节约钻井成本，充分挖掘潜力，利用原井眼开窗侧钻定向井开采边缘油气藏。
套管开窗侧钻技术的核心是要有可靠的、高效率的磨铣工具，选择较好的开窗位置进行套管开窗并钻出地层。在侧钻技术发展初期，采用平底磨鞋进行套管开窗，耗时较长，而且开窗质量差。经过不断探索，目前常用的磨铣工具有复式铣锥和钻铰式铣锥等。但在深井/超深井硬地层井段开窗侧钻施工中，由于套管强度高且壁厚和地层岩石可钻性差，极易造成开窗钻头切削齿先期钝化，导致开窗效率低，甚至开窗失败。而国内在深井/超深井硬地层、高强度厚壁及双层套管开窗侧钻作业中，对既能高效侧切金属，又能快速强切岩石的磨铣工具的研制和使用还是空白。所以有必要设计一种钻头，先用一组复合齿侧切套管，保护切削地层岩石的齿组，待开窗成功后，切削地层岩石的齿组能全力切削地层岩石。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种侧切金属套管和地层岩石效率高、使用寿命长、适应能力强和制造工艺简单的双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头及其制造工艺。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头，包括接头和工作部，接头与工作部一体相连，它还包括胎体、水槽、水眼和切削齿，胎体设置于工作部的外表面上，胎体的外轮廓由浅锥面、平底面、抛物面和柱面组成，沿胎体的轮廓线方向上均匀开设有多条水槽，水槽覆盖胎体的抛物面和柱面，工作部内设有水眼，水眼与水槽连通，切削齿镶嵌在胎体上，切削齿包括自带切削角度的圆柱形硬质合金齿带、方形硬质合金齿带、圆-方形硬质合金齿组合式齿带、巴拉斯齿和保径齿，圆柱形硬质合金齿带、方形硬质合金齿带、圆-方形硬质合金齿组合式齿带分别沿胎体的轮廓线方向分布，圆柱形硬质合金齿带始于胎体的浅锥面，止于胎体的柱面，方形硬质合金齿带和圆-方形硬质合金齿组合式齿带始于胎体的抛物面，止于胎体的柱面，巴拉斯齿以始于浅锥面中心的渐开线为基准分布于圆柱形硬质合金齿带和方形硬质合金齿带之间；胎体的柱面上均匀分布有多组保径齿。
所述的胎体为碳化钨胎体。
所述的圆柱形硬质合金齿带、方形硬质合金齿带、圆-方形硬质合金齿组合式齿带和巴拉斯齿以高低交错复合的方式均匀分布于胎体上。
所述的圆柱形硬质合金齿带和方形硬质合金齿带的露齿高度比巴拉斯齿的高0.1～0.2mm。
所述的胎体的柱面上均布有六组保径齿，每组保径齿有三个。
一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头的制造工艺，它包括以下步骤：
S1：制作模具：制作胎体表面形状模具；
S2：涂胶：在模具内壁涂上厚度为切削齿露齿高度的松胶；
S3：造基体：在S1所得模具内制造与水槽、水眼和保径齿相对应的基体，并将保径齿放入对应的基体内；
S4：布齿：以碳化钨胎体轮廓线为基准排布圆柱形硬质合金齿带、方形硬质合金齿带和圆-方形硬质合金齿组合式齿带，再将巴拉斯齿以渐开线为基准布于圆柱形硬质合金齿带和方形硬质合金齿带之间；
S5：烧结成型：在S1中得到的模具端面填充碳化钨粉末，将工作部与接头联体对接入模具内部，并在工作部的柱面与模具的柱面内壁之间填入碳化钨粉末，完成造型后，热压烧结成型：首先进行预热，时间为60～90min，预热后烧结，烧结温度≤1100℃，时间为120～150min，保温110～130min，最后冷却110～130min。
本发明具有以下优点：
1、在巴拉斯齿周围分布具有金属切削优势的特制自带切削角度的圆柱形硬质合金齿和方形硬质合金齿，保护巴拉斯齿在钻头切削金属套管时免受损伤，因此保证巴拉斯齿能以全力切削地层岩石，实现高效侧切金属和岩石的双作用功能。
2、适应深井/超深井硬地层开窗侧钻作业，弥补普通铣锥在深井/超深井的厚壁及双层套管开窗侧钻作业中难以快速分叉的缺陷。
3、制造工艺简单。
附图说明
图1是本发明的主体结构简图。
图2是本发明的端面布齿示意图（略掉巴拉斯齿）。
图3是图2的补充表达示意图。
图4是本发明的1/3柱面布齿示意图。
图5是圆柱形硬质合金齿带的局部示意图。
图6是方形硬质合金齿带的局部示意图。
图7是圆-方形硬质合金齿组合式齿带的局部示意图
图中：1-接头，2-胎体，3-水槽，4-水眼，5-切削齿，6-圆柱形硬质合金齿带，7-方形硬质合金齿带，8-巴拉斯齿，9-渐开线，10-保径齿，11-工作部，12-圆-方形硬质合金齿组合式齿带。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1：如图1所示，一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头，包括接头1和工作部11，接头1与工作部11一体相连，它还包括胎体2、水槽3、水眼4和切削齿5，胎体2设置于工作部11的外表面上，胎体2为碳化钨胎体，胎体2的外轮廓由浅锥面、平底面、抛物面和柱面组成；如图2至图7所示，沿胎体2的轮廓线方向上均匀开设有多条水槽3，水槽3覆盖胎体2的抛物面和柱面，工作部11内设有水眼4，水眼4与水槽3连通，切削齿5镶嵌在胎体2上，切削齿5包括自带切削角度的圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7、圆-方形硬质合金齿组合式齿带12、巴拉斯齿8和保径齿10，圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7、圆-方形硬质合金齿组合式齿带12分别沿胎体2的轮廓线方向分布，圆柱形硬质合金齿带6始于胎体2的浅锥面，止于胎体2的柱面，方形硬质合金齿带7和圆-方形硬质合金齿组合式齿带12始于胎体2的抛物面，止于胎体2的柱面，巴拉斯齿8以始于浅锥面中心的渐开线9为基准分布于圆柱形硬质合金齿带6和方形硬质合金齿带7之间，圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7、圆-方形硬质合金齿组合式齿带12和巴拉斯齿8以高低交错复合的方式均匀分布于胎体2上，圆柱形硬质合金齿带6和方形硬质合金齿带7的露齿高度比巴拉斯齿8的高0.15mm，在开窗时，利用圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7和圆-方形硬质合金齿组合式齿带12进行切削金属套管，由于圆柱形硬质合金齿带6和方形硬质合金齿带7的露齿高度比巴拉斯齿8的高0.15mm，因此能很好地保护巴拉斯齿8，继而使巴拉斯齿8能全力切削地层岩石；胎体2的柱面上均布有六组保径齿10，每组保径齿10有三个，保径齿10选用普通圆柱形硬质合金齿。
一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头的制造工艺，它包括以下步骤：
S1：制作模具：如图1所示，制作胎体2表面形状模具；
S2：涂胶：如图1至图4所示，在模具内壁涂上厚度为切削齿5露齿高度的松胶；
S3：造基体：如图2和图4所示，在S1所得模具内制造与水槽3、水眼4和保径齿10相对应的基体，并将保径齿10放入对应的基体内；
S4：布齿：如图2至图7所示，以碳化钨胎体2轮廓线为基准排布圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7和圆-方形硬质合金齿组合式齿带12，再将巴拉斯齿8以渐开线9为基准布于圆柱形硬质合金齿带6和方形硬质合金齿带7之间；
S5：烧结成型：如图1所示，在S1中得到的模具端面填充碳化钨粉末，将工作部11与接头1联体对接入模具内部，并在工作部11的柱面与模具的柱面内壁之间填入碳化钨粉末，完成造型后，热压烧结成型：首先将造型进行预热，时间为80min，预热后烧结，烧结温度1100℃，时间为135min，保温120min，最后冷却120min。本实施例为最佳实施例。
实施例2：如图1所示，一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头，包括接头1和工作部11，接头1与工作部11一体相连，它还包括胎体2、水槽3、水眼4和切削齿5，胎体2设置于工作部11的外表面上，胎体2为碳化钨胎体，胎体2的外轮廓由浅锥面、平底面、抛物面和柱面组成；如图2至图7所示，沿胎体2的轮廓线方向上均匀开设有多条水槽3，水槽3覆盖胎体2的抛物面和柱面，工作部11内设有水眼4，水眼4与水槽3连通，切削齿5镶嵌在胎体2上，切削齿5包括自带切削角度的圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7、圆-方形硬质合金齿组合式齿带12、巴拉斯齿8和保径齿10，圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7、圆-方形硬质合金齿组合式齿带12分别沿胎体2的轮廓线方向分布，圆柱形硬质合金齿带6始于胎体2的浅锥面，止于胎体2的柱面，方形硬质合金齿带7和圆-方形硬质合金齿组合式齿带12始于胎体2的抛物面，止于胎体2的柱面，巴拉斯齿8以始于浅锥面中心的渐开线9为基准分布于圆柱形硬质合金齿带6和方形硬质合金齿带7之间，圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7、圆-方形硬质合金齿组合式齿带12和巴拉斯齿8以高低交错复合的方式均匀分布于胎体2上，圆柱形硬质合金齿带6和方形硬质合金齿带7的露齿高度比巴拉斯齿8的高0.1mm，在开窗时，利用圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7和圆-方形硬质合金齿组合式齿带12进行切削金属套管，由于圆柱形硬质合金齿带6和方形硬质合金齿带7的露齿高度比巴拉斯齿8的高0.1mm，因此能很好地保护巴拉斯齿8，继而使巴拉斯齿8能全力切削地层岩石；胎体2的柱面上均布有六组保径齿10，每组保径齿10有三个，保径齿10选用普通圆柱形硬质合金齿。
一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头的制造工艺，它包括以下步骤：
S1：制作模具：如图1所示，制作胎体2表面形状模具；
S2：涂胶：如图1至图4所示，在模具内壁涂上厚度为切削齿5露齿高度的松胶；
S3：造基体：如图2和图4所示，在S1所得模具内制造与水槽3、水眼4和保径齿10相对应的基体，并将保径齿10放入对应的基体内；
S4：布齿：如图2至图7所示，以碳化钨胎体2轮廓线为基准排布圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7和圆-方形硬质合金齿组合式齿带12，再将巴拉斯齿8以渐开线9为基准布于圆柱形硬质合金齿带6和方形硬质合金齿带7之间；
S5：烧结成型：如图1所示，在S1中得到的模具端面填充碳化钨粉末，将工作部11与接头1联体对接入模具内部，并在工作部11的柱面与模具的柱面内壁之间填入碳化钨粉末，完成造型后，热压烧结成型：首先进行预热，时间为90min，预热后烧结，烧结温度1000℃，时间为150min，保温110min，最后冷却130min。
实施例3：如图1所示，一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头，包括接头1和工作部11，接头1与工作部11一体相连，它还包括胎体2、水槽3、水眼4和切削齿5，胎体2设置于工作部11的外表面上，胎体2为碳化钨胎体，胎体2的外轮廓由浅锥面、平底面、抛物面和柱面组成；如图2至图7所示，沿胎体2的轮廓线方向上均匀开设有多条水槽3，水槽3覆盖胎体2的抛物面和柱面，工作部11内设有水眼4，水眼4与水槽3连通，切削齿5镶嵌在胎体2上，切削齿5包括自带切削角度的圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7、圆-方形硬质合金齿组合式齿带12、巴拉斯齿8和保径齿10，圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7、圆-方形硬质合金齿组合式齿带12分别沿胎体2的轮廓线方向分布，圆柱形硬质合金齿带6始于胎体2的浅锥面，止于胎体2的柱面，方形硬质合金齿带7和圆-方形硬质合金齿组合式齿带12始于胎体2的抛物面，止于胎体2的柱面，巴拉斯齿8以始于浅锥面中心的渐开线9为基准分布于圆柱形硬质合金齿带6和方形硬质合金齿带7之间，圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7、圆-方形硬质合金齿组合式齿带12和巴拉斯齿8以高低交错复合的方式均匀分布于胎体2上，圆柱形硬质合金齿带6和方形硬质合金齿带7的露齿高度比巴拉斯齿8的高0.2mm，在开窗时，利用圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7和圆-方形硬质合金齿组合式齿带12进行切削金属套管，由于圆柱形硬质合金齿带6和方形硬质合金齿带7的露齿高度比巴拉斯齿8的高0.2mm，因此能很好地保护巴拉斯齿8，继而使巴拉斯齿8能全力切削地层岩石；胎体2的柱面上均布有六组保径齿10，每组保径齿10有三个，保径齿10选用普通圆柱形硬质合金齿。
一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头的制造工艺，它包括以下步骤：
S1：制作模具：如图1所示，制作胎体2表面形状模具；
S2：涂胶：如图1至图4所示，在模具内壁涂上厚度为切削齿5露齿高度的松胶；
S3：造基体：如图2和图4所示，在S1所得模具内制造与水槽3、水眼4和保径齿10相对应的基体，并将保径齿10放入对应的基体内；
S4：布齿：如图2至图7所示，以碳化钨胎体2轮廓线为基准排布圆柱形硬质合金齿带6、方形硬质合金齿带7和圆-方形硬质合金齿组合式齿带12，再将巴拉斯齿8以渐开线9为基准布于圆柱形硬质合金齿带6和方形硬质合金齿带7之间；
S5：烧结成型：如图1所示，在S1中得到的模具端面填充碳化钨粉末，将工作部11与接头1联体对接入模具内部，并在工作部11的柱面与模具的柱面内壁之间填入碳化钨粉末，完成造型后，热压烧结成型：首先进行预热，时间为60min，预热后烧结，烧结温度1090℃，时间为120min，保温130min，最后冷却110min。
Claims (6)
1.一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头，包括接头（1）和工作部（11），接头（1）与工作部（11）一体相连，其特征在于：它还包括胎体（2）、水槽（3）、水眼（4）和切削齿（5），胎体（2）设置于工作部（11）的外表面上，胎体（2）的外轮廓由浅锥面、平底面、抛物面和柱面组成，沿胎体（2）的轮廓线方向上均匀开设有多条水槽（3），水槽（3）覆盖胎体（2）的抛物面和柱面，工作部（11）内设有水眼（4），水眼（4）与水槽（3）连通，切削齿（5）镶嵌在胎体（2）上，切削齿（5）包括自带切削角度的圆柱形硬质合金齿带（6）、方形硬质合金齿带（7）、圆-方形硬质合金齿组合式齿带（12）、巴拉斯齿（8）和保径齿（10），圆柱形硬质合金齿带（6）、方形硬质合金齿带（7）、圆-方形硬质合金齿组合式齿带（12）分别沿胎体（2）的轮廓线方向分布，圆柱形硬质合金齿带（6）始于胎体（2）的浅锥面，止于胎体（2）的柱面，方形硬质合金齿带（7）和圆-方形硬质合金齿组合式齿带（12）始于胎体（2）的抛物面，止于胎体（2）的柱面，巴拉斯齿（8）以始于浅锥面中心的渐开线（9）为基准分布于圆柱形硬质合金齿带（6）和方形硬质合金齿带（7）之间；胎体（2）的柱面上均匀分布有多组保径齿（10）。
2.根据权利要求1所述的一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头，其特征在于：所述的胎体（2）为碳化钨胎体。
3.根据权利要求1所述的一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头，其特征在于：所述的圆柱形硬质合金齿带（6）、方形硬质合金齿带（7）、圆-方形硬质合金齿组合式齿带（12）和巴拉斯齿（8）以高低交错复合的方式均匀分布于胎体（2）上。
4.根据权利要求1和3所述的一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头，其特征在于：所述的圆柱形硬质合金齿带（6）和方形硬质合金齿带（7）的露齿高度比巴拉斯齿（8）高0.1～0.2mm。
5.根据权利要求1所述的一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头，其特征在于：所述的胎体（2）的柱面上均布有六组保径齿（10），每组保径齿（10）有三个。
6.一种双作用超硬复合齿强侧切开窗钻头的制造工艺，其特征在于：它包括以下步骤：
S1：制作模具：制作胎体（2）表面形状模具；
S2：涂胶：在模具内壁涂上厚度为切削齿（5）露齿高度的松胶；
S3：造基体：在S1所得模具内制造与水槽（3）、水眼（4）和保径齿（10）相对应的基体，并将保径齿（10）放入对应的基体内；
S4：布齿：以碳化钨胎体（2）轮廓线为基准排布圆柱形硬质合金齿带（6）、方形硬质合金齿带（7）和圆-方形硬质合金齿组合式齿带（12），再将巴拉斯齿（8）以渐开线（9）为基准布于圆柱形硬质合金齿带（6）和方形硬质合金齿带（7）之间；
S5：烧结成型：在S1中得到的模具端面填充碳化钨粉末，将工作部（11）与接头（1）联体对接入模具内部，并在工作部（11）的柱面与模具的柱面内壁之间填入碳化钨粉末，完成造型后，热压烧结成型：首先进行预热，时间为60～90min，预热后烧结，烧结温度≤1100℃，时间为120～150min，保温110～130min，最后冷却110～130min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |