CN111502551B - 一种胎体刀翼混合钻头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种胎体刀翼混合钻头及其制备方法，混合钻头包括有钻头体，钻头体上设置刀翼和牙轮，刀翼上安设有固定切削齿，牙轮通过牙掌与钻头体相连，所述刀翼由具有刀片的基体与胎体粉材料一起烧结而成，构成胎体刀翼。制备时，将具有刀片的基体通过砂板安设在烧结底模上方，并在烧结底模中布置好石墨替片位置；然后填入胎体粉，再将装有胎体粉材料的烧结底模和具有刀片的基体置入高温烧结炉中一起烧结形成刀翼基体。本发明的胎体刀翼混合钻头提升了钻头的耐磨能力，提升了钻头适应复杂地层的能力；本发明制备方法结合胎体刀翼的烧结工艺和钢体钻头的机加工方式来实现，操作简单，可以提升钻头在使用过程中的安全系数。
Description
技术领域
本发明属于钻井技术领域，尤其涉及一种石油、天然气和地质钻井用的胎体刀翼混合钻头及其制备方法。
背景技术
在现有技术中，混合钻头因其固定刀翼加滚动牙轮的复合切削结构，具有适应多种地层、机械钻速高、进尺多等性能优势，但也因混合钻头多用在含有砾石或难钻地层中，内锥未受到牙轮覆盖和肩部是最容易失效位置，内锥的PDC切削齿半径较大处容易崩齿磨损，肩部PDC的切削齿由于钻头线速度较大，容易崩齿磨损，牙轮外排齿也容易断齿磨损，肩部复合片失效后，失去切削功能，钻头与地层相互磨合，很快磨至钻头基体，导致牙轮掌尖密封失效，出现严重的牙轮旷动甚至落井事故。
当前行业内，解决该类困境尚没有找到合适解决方案，目前虽然看到有将内锥部位通过加密布齿和增加二排齿方式来提高钻头耐磨能力，但是当二排齿失效后，依然容易磨损基体，甚至出心磨损报废；在钢体基体上安装各种耐磨齿也是没有起到良好效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种耐磨性能好的胎体刀翼混合钻头及其制备方法。
本发明所采用的技术方案为：一种胎体刀翼混合钻头，包括有钻头体，钻头体上设置刀翼和牙轮，刀翼上安设有固定切削齿，牙轮通过牙掌与钻头体相连，其特征在于：所述刀翼由具有刀片的基体与胎体粉材料一起烧结而成，构成胎体刀翼。
按上述技术方案，所述胎体粉材料为碳化钨，所述具有刀片的基体为钢体材质。
按上述技术方案，所述刀翼与牙轮之间设有喷嘴。
按上述技术方案，所述刀翼从内至外划分为内锥、鼻部肩部和保径段，所述胎体刀翼上内锥、鼻部肩部和保径段的任一位置可以布置孕镶齿、孕镶颗粒或聚晶。
按上述技术方案，所述胎体刀翼数量2-6个，牙轮数量1-6个。
一种胎体刀翼混合钻头的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将具有刀片的基体安设在布置好石墨替片位置底模上方，保证刀片顶部离底模底部距离10～50mm，再从基体与底模的空隙处填入胎体粉材料；
S2：将装有胎体粉材料的烧结底模和具有刀片的基体置入高温烧结炉中一起烧结形成刀翼基体，并清理石墨替片后钎焊固定切削齿；
S3：刀翼基体烧结完成后，在刀翼基体上铣出牙掌位置及钻通水孔，并在刀翼之间铣出位置安设牙掌，牙掌下端与刀翼基体通过焊碳钢焊丝接成一体，牙掌的上端安设有牙轮；
S4：刀翼基体下部加工成钻头柄部扣型或通过焊碳钢焊丝连接钻头上体。
按上述技术方案，步骤S1中：通过间隔铺设砂板形成刀翼空隙，同时用于保证刀片顶部与底模底部的距离。
按上述技术方案，所述的刀翼上的固定切削齿位置是通过在底模中粘结石墨替片烧结而成,所述的固定切削齿为金刚石复合片。
按上述技术方案，刀翼基体在1150-1200摄氏度下烧结而成。
按上述技术方案，所述具有刀片的基体包括圆柱形钢体基体，在钢体基体上设有多个呈径向凸出布设的刀片，其数量与刀翼数量一致。
按上述技术方案，每个刀片包括刀片根部和刀片顶部，刀片根部延伸至钢体基体的侧壁处，其通过倒圆或斜边与钢体基体过渡连接，所述刀片顶部安设在钢体基体的端部，刀片顶部离刀翼最小厚度不低于10mm，刀片厚度为5-20mm。
本发明所取得的有益效果为：1、本发明的胎体刀翼混合钻头提升了钻头的耐磨能力，提升了钻头适应复杂地层的能力；2、本发明制备方法结合胎体刀翼的烧结工艺和刚体钻头的机加工方式来实现，操作简单，可执行性强，其胎体刀翼在烧结过程中可以布置高耐磨材料进一步增加钻头的耐磨能力，如布置孕镶颗粒、金刚石颗粒或聚晶等高耐磨材料，以提升钻头在使用过程中的安全系数。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的胎体刀翼混合钻头的立体图。
图2为本发明实施例一的具有刀片基体的俯视图。
图3为本发明实施例一的具有刀片基体的立体图。
图4为本发明实施例一的安装石墨替片的底模俯视图。
图5为本发明实施例一的安装石墨替片的底模立体图。
图6为本发明实施例一的组装状态俯视图。
图7为本发明实施例一的组装状态立体图。
图8为本发明实施例一的砂板立体图。
图9为本发明实施例一的烧结状态立体图。
图10为本发明实施例二提供的胎体刀翼混合钻头的立体图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供了一种3刀翼3牙轮的胎体刀翼混合钻头，包括有钻头体2，钻头体上设置刀翼1和牙轮3，刀翼1从内至外划分为内锥、鼻部肩部和保径段，刀翼上安设有固定切削齿8，所述刀翼1为胎体材质，所述的钻头体除刀翼以外部分均为钢体材质，刀翼1由具有刀片的基体7与胎体粉材料一起烧结而成，构成胎体刀翼。本实施例中，所述胎体粉材料为碳化钨，所述具有刀片的基体为钢体材质。牙轮3安设与刀翼之间，其通过牙掌4与钻头体2相连。刀翼与牙轮之间钻通水孔，安装喷嘴6。
本实施例中，所述胎体刀翼上内锥、鼻部肩部和保径段的任一位置可以布置孕镶齿、孕镶颗粒或聚晶。
本实施例还提供了一种胎体刀翼混合钻头的制备方法，包括如下步骤：
S1：提供具有刀片的基体，所述具有刀片的基体为钢体材质，其结构如图2、3所示，所述具有刀片的基体7包括圆柱形钢体基体9，在钢体基体9上设有多个呈径向凸出布设的刀片10，其数量与刀翼数量一致，每个刀片包括刀片根部1001和刀片顶部1002，刀片根部1001延伸至钢体基体的侧壁处，其通过倒圆或斜边11与圆柱形钢体基体9过渡连接，将具有刀片的基体安设在布置好石墨替片位置13(如图4、5所示)的底模12上方(如图6、7所示)，所述刀片顶部1002安设在钢体基体9的端部，通过铺设间隔砂板14a、14b和14c形成3个刀翼空隙15(如8、9所示)，同时保证刀片顶部1002离刀翼最小距离为10mm，刀片厚度为10mm，基体上布置刀片的主要目的是提高基体的强度和刚度，并加强两种材质的连接效果。其中，所述砂板为石墨或树脂覆膜砂材料，树脂覆膜砂在250-300摄氏度下烧结而成。再从3个刀翼空隙15填入胎体粉材料；
S2：将装有胎体粉材料的底模和具有刀片的基体置入高温烧结炉以1150-1200摄氏度进行烧结，形成刀翼基体，清理石墨替片后，刀翼基体表面形成多个内凹的固定切削齿位置，再在固定切削齿位置上钎焊金刚石复合片；
S3：刀翼基体烧结完成后，在钻头体上铣出牙掌位置及钻通水孔，所述的刀翼基体上通过机加工方式钻通水孔，铣出部分的刀翼基体来确定喷嘴和牙掌位置，并在刀翼之间铣出位置安设牙掌，牙掌下端与钻头体通过焊碳钢焊丝接成一体，牙掌的上端安设有牙轮；
S4：刀翼基体下部加工成钻头柄部扣型或通过焊碳钢焊丝连接钻头上体。
实施例二：
如图10所示，实施例二的结构和形状及制备方法与实施例一基本相同，不同之处在于：其为3刀翼2牙轮胎体刀翼混合钻头。
Claims (6)
1.一种胎体刀翼混合钻头的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将具有刀片的基体安设在布置好石墨替片位置底模上方，保证刀片顶部离底模底部距离10～50mm，再从基体与底模的空隙处填入胎体粉材料；
S2：将装有胎体粉材料的烧结底模和具有刀片的基体置入高温烧结炉中一起烧结形成刀翼基体，并清理石墨替片后钎焊固定切削齿；
S3：刀翼基体烧结完成后，在刀翼基体上铣出牙掌位置及钻通水孔，并在刀翼之间铣出位置安设牙掌，牙掌下端与刀翼基体通过焊碳钢焊丝接成一体，牙掌的上端安设有牙轮；
S4：刀翼基体下部加工成钻头柄部扣型或通过焊碳钢焊丝连接钻头上体。
2.根据权利要求1所述的胎体刀翼混合钻头的制备方法，其特征在于：步骤S1中：通过间隔铺设砂板形成刀翼空隙，同时用于保证刀片顶部与底模底部的距离。
3.根据权利要求2所述的胎体刀翼混合钻头的制备方法，其特征在于：所述的刀翼上的固定切削齿位置是通过在底模中粘结石墨替片烧结而成, 所述的固定切削齿为金刚石复合片。
4.根据权利要求2所述的胎体刀翼混合钻头的制备方法，其特征在于：刀翼基体在1150-1200摄氏度下烧结而成。
5.根据权利要求2所述的胎体刀翼混合钻头的制备方法，其特征在于：所述具有刀片的基体包括圆柱形钢体基体，在钢体基体上设有多个呈径向凸出布设的刀片，其数量与刀翼数量一致。
6.根据权利要求2所述的胎体刀翼混合钻头的制备方法，其特征在于：每个刀片包括刀片根部和刀片顶部，刀片根部延伸至钢体基体的侧壁处，其通过倒圆或斜边与钢体基体过渡连接，所述刀片顶部安设在钢体基体的端部，刀片顶部离刀翼最小厚度不低于10mm，刀片厚度为5-20mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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