CN104989281A - 一种保径可修复的钢体pdc钻头及保径修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种保径可修复的钢体PDC钻头，包括钻头体、刀翼、保径体、保径齿和倒划眼齿，其特征在于：钻头体、刀翼和保径体成为一体，该保径体连接在刀翼的下部，在保径体上设置有保径齿和倒划眼齿；所述保径齿设置在保径体的左右两侧，且保径齿的侧面露出保径体边沿的长度L为0-0.5mm。本发明还公开了一种钢体PDC钻头的保径修复方法，修复后钻头的保径能够达到设计尺寸。本发明结构简单，修复方法可行，钻头修复时，能从保径齿底部或侧面用力取出保径齿，重新镶嵌新的保径齿，可以使钻头重复使用和修复，达到降低钻井成本的要求。

Description

一种保径可修复的钢体PDC钻头及保径修复方法
技术领域
本发明涉及石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等领域使用的钻探用PDC钻头及修复方法，特别是一种保径可修复的钢体PDC钻头及保径修复方法。
背景技术
PDC钻头具有机械钻速高、寿命长、工作平稳等特点越来越广泛地被应用于地质钻探等领域。PDC钻头的保径结构在钻头钻进时起到扶正钻头、保证井壁稳定、井眼规则和井径不缩小的作用。
PDC钻头主要分为胎体钻头和钢体钻头，胎体钻头的钻头体材质主要为铸造碳化钨，通过浸渍烧结而成。胎体钻头具有较高的耐磨性，使用寿命较长。钢体PDC钻头的主要材质为合金钢，该材质的耐磨性较低，为了增加钻头的耐磨性，一般在钻头体表面，特别在能够接触到井底岩石的钻头体表面上堆焊一层以碳化钨材料为主的耐磨层。
为了降低钻井成本，要求使用后的PDC钻头经过修复，达到新钻头的质量标准，可以继续下井使用。钻头每次下井使用，对钻头的保径都具有一定程度磨损，导致钻头外径逐渐变小。对于钢体PDC钻头，现有的钻头技术通常在钻头的保径体上镶嵌有用于加强钻头保径的PDC齿、硬质合金或聚晶金刚石材料或在保径体上敷焊碳化钨耐磨层等耐磨性材料，增加了钻头保径的耐磨性，减缓了保径的磨损程度，但在强研磨性地层，保径也容易磨损。在钻头修复时，磨损后的耐磨材料难以从钻头保径体上取出，无法镶嵌新的耐磨材料。因此钻头保径经过修复后，也不能达到钻头原有的外径尺寸。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种保径可修复的钢体PDC钻头，能够增强钻头的耐磨性，还能使钻头经过修复后达到钻头原有的外径尺寸，可以下井继续使用，降低钻井成本。本发明还提供一种钢体PDC钻头的保径修复方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种保径可修复的钢体PDC钻头，包括钻头体、刀翼、保径体、保径齿和倒划眼齿，其特征在于，钻头体、刀翼和保径体成为一体，该保径体连接在刀翼的下部，在保径体上设置有保径齿和倒划眼齿；所述保径齿设置在保径体的左右两侧，且保径齿的侧面露出保径体边沿的长度L为0-0.5mm。
钻头在井底使用一段时间后，钻头保径会出现一定程度的磨损，导致钻头的外径变小，在钻头的保径体上设置保径齿能够加强钻头保径，增加钻头的耐磨性，降低保径的磨损程度。
现有技术中，钻头保径在井底的磨损后，保径齿与保径体的径向端面相同，也就是保径齿出露保径体径向表面的高度为零，钻头修复时无法用钳子夹住保径齿出露于保径体径向外表面的部分，不能取出磨损后的保径齿，因此不能替换新的保径齿。
本发明通过将保径齿设置在保径体的左右两侧，且保径齿的侧面露出保径体边沿的长度L为0-0.5mm。钻头在使用中，保径齿侧面不与岩石接触，因此没有磨损。钻头在修复时，能够用钳子夹住保径齿的侧面或抵住复合片的地面用力，将旧的保径齿取出，更换新的保径齿。
    在上述技术方案中，所述钻头体的材质为42CrMo，在所述刀翼和保径体的表面堆焊有一层碳化钨耐磨层。刀翼和保径体上堆焊耐磨层是在其能够接触到井底岩石的地方，虽然堆焊了耐磨层，但其耐磨性还是要低于胎体钻头。因此还需在钢体钻头的保径上增加保径齿来提高钻头整体的耐磨性。
    作为优选，在保径体同一侧相邻两个保径齿的距离d为2-10mm。
所述保径齿的材料是PDC齿、硬质合金齿或孕镶金刚石齿。
本发明所提供的一种钢体PDC钻头的保径修复方法，包括如下步骤：A.局部加热保径齿（4）和倒划眼齿（5）周围，使固结切削齿的银钎焊料熔化，使用钳子或铁钩取出保径齿（4）和倒划眼齿（5）。B.钻头冷却到常温后，用金刚石砂轮打磨保径体（3）上的齿窝，清除齿窝内的参与银钎焊料。C.在保径体（3）的齿窝内镶嵌石墨替代块，在保径体上堆焊耐磨层，使钻头外径达到钻头的设计尺寸。D.取出石墨替代块，并清除齿窝内的石墨替代块残渣。E.在保径体上用过银钎焊的方式固结保径齿（4）和倒划眼齿（5）。
    所述步骤C堆焊使用氧气乙炔焰的方式，氧气表压力3.0—4.0Mpa，乙炔表压力0.10—0.15Mpa，堆焊时调整火焰至微碳化焰，垂直于工件表面堆焊；堆焊采用的碳化钨管状焊条，焊条直径3—5mm。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
使用保径齿加强保径，增加钻头保径的耐磨性，降低保径的磨损程度；保径齿的侧面出露钻头保径体的边沿0-0.5mm，能使钻头修复时，能从保径齿底部或侧面用力取出保径齿，重新镶嵌新的保径齿，可以使钻头重复使用和修复，达到降低钻井成本的要求。
附图说明
下面结合附图和本发明的实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明的具体结构示意图。
图2是本发明的保径结构示意图。
图中标记：1-钻头体、2-刀翼、3-保径体、4-保径齿、5-倒划眼齿。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示意的表示出本发明一种保径可修复的钢体PDC钻头的基本结构，包括钻头体1、刀翼2、保径体3、保径齿4和倒划眼齿5，其中钻头体1、刀翼2和保径体3成为一体，该保径体3连接在刀翼2的下部，在保径体1上设置有保径齿4和倒划眼齿5；所述保径齿4设置在保径体3的左右两侧，且保径齿4的侧面露出保径体3边沿。
图2示意的表示出本发明钻头的保径结构，在保径体3的左右两侧设置的保径齿4出露于保径体3边沿的长度L为0-0.5mm。
所述钻头体的材质为42CrMo，在所述刀翼2和保径体3的表面堆焊有一层碳化钨耐磨层。堆焊的耐磨层能够提高钻头的耐磨性。
如图2所示，在保径体同一侧相邻两个保径齿4的距离d为2-10mm。所述距离d越短，钻头上分布的保径齿4密度越高，钻头保径的耐磨性越高。
所述保径齿4的材料是PDC齿、硬质合金齿或孕镶金刚石齿等耐磨性材料。
本发明所提供的一种钢体PDC钻头的保径修复方法，包括如下步骤：A.局部加热保径齿4和倒划眼齿5周围，使固结切削齿的银钎焊料熔化，使用钳子或铁钩取出保径齿4和倒划眼齿5。B.钻头冷却到常温后，用金刚石砂轮打磨保径体3上的齿窝，清除齿窝内的参与银钎焊料。C.在保径体3的齿窝内镶嵌石墨替代块，在保径体上堆焊耐磨层，使钻头外径达到钻头的设计尺寸。D.取出石墨替代块，并清除齿窝内的石墨替代块残渣。E.在保径体上用过银钎焊的方式固结保径齿4和倒划眼齿5。
    所述步骤C堆焊使用氧气乙炔焰的方式，氧气表压力3.0—4.0Mpa，乙炔表压力0.10—0.15Mpa，堆焊时调整火焰至微碳化焰，垂直于工件表面堆焊；堆焊采用的碳化钨管状焊条，焊条直径3—5mm。
    以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种保径可修复的钢体PDC钻头，包括钻头体（1）、刀翼（2）、保径体（3）、保径齿（4）和倒划眼齿（5），其特征在于：钻头体（1）、刀翼（2）和保径体（3）成为一体，该保径体（3）连接在刀翼（2）的下部，在保径体（3）上设置有保径齿（4）和倒划眼齿（5）；所述保径齿（4）设置在保径体（3）的左右两侧，且保径齿（4）的侧面露出保径体（3）边沿的长度L为0-0.5mm。
2. 根据权利要求1所述的保径可修复的钢体PDC钻头，其特征在于：所述钻头体的材质为42CrMo，在所述刀翼（2）和保径体（3）的表面堆焊有一层碳化钨耐磨层。
3.根据权利要求1所述的保径可修复的钢体PDC钻头，其特征在于：在所述保径体（3）同一侧相邻两个保径齿（4）的距离d为2-10mm。
4. 根据权利要求1所述的保径可修复的钢体PDC钻头，其特征在于：所述保径齿（4）和倒划眼齿（5）通过银钎焊固结在保径体（3）上。
5.根据权利要求1所述的保径可修复的钢体PDC钻头，其特征在于：所述保径齿（3）的材料是PDC齿、硬质合金齿或孕镶金刚石齿。
6. 钢体PDC钻头的保径修复方法，其特征在于，包括以下步骤:A.局部加热保径齿（4）和倒划眼齿（5）周围，使固结切削齿的银钎焊料熔化，使用钳子或铁钩取出保径齿（4）和倒划眼齿（5）；B.钻头冷却到常温后，用金刚石砂轮打磨保径体（3）上的齿窝，清除齿窝内的参与银钎焊料；C.在保径体（3）的齿窝内镶嵌石墨替代块，在保径体上堆焊耐磨层，使钻头外径达到钻头的设计尺寸；D.取出石墨替代块，并清除齿窝内的石墨替代块残渣；E.在保径体上用过银钎焊的方式固结保径齿（4）和倒划眼齿（5）。
7. 根据权利要求6所述的钢体PDC钻头的保径修复方法,其特征在于：所述步骤C堆焊使用氧气乙炔焰的方式，氧气表压力3.0—4.0Mpa，乙炔表压力0.10—0.15Mpa，堆焊时调整火焰至微碳化焰，垂直于工件表面堆焊；堆焊采用的碳化钨管状焊条，焊条直径3—5mm。
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