CN112792541A - 一种pdc钻头取齿装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油钻井中的PDC钻头取齿工具技术领域，特别涉及一种PDC钻头取齿装置，壳体内安装有电池和直流电机，直流电机通过螺杆驱动螺母机构连接取齿机构，取齿机构内部安装有钕铁硼，第一电极和第二电极分别设置为正极和负极。当需要取齿时，将取齿装置的前端放置在钻头的取齿位置，第一电极和第二电极接通电源并将信号反馈给控制系统，控制系统控制直流电机启动并进行取齿。钕铁硼的前端设置有耐高温取齿隔板，取齿机构前端还设置有第一电极和第二电极，取齿机构的前端底部设置有降温机构，降温机构通过半导体制冷片为取齿机构的腔体及钕铁硼降温。本发明可快取出钻头齿片，保护工作人员的安全，提高工作效率。

Description

一种PDC钻头取齿装置

技术领域

本发明涉及石油钻井中的PDC钻头取齿工具技术领域，特别涉及一种PDC钻头取齿装置。

背景技术

石油钻井中，PDC钻头具有寿命长、机械钻速高、进尺多等优势，PDC钻头修复技术，是降低钻头成本最主要的技术之一，当前对损坏的PDC钻头中锥齿和弧齿的取出主要办法是，将钻头加热至钎焊料熔化，利用压缩空气或割枪氧气将齿片从齿孔内吹出，或使用镊子夹住取出；上述方法存在的主要问题：

一是安全隐患大，高温齿片吹出，方向不定，连带吹出的钎焊料，极易飞溅到操作者或周边的设备；

二是效率低，部分齿片钎焊间隙小，压缩气或氧气着力点不当，齿片不能顺利吹出；

三是，要实现钻头的齿片及其齿孔周围的钎焊料熔化并取出齿片，需要加温至650°C以上，然后使用常温压缩空气对钻头进行喷气以吹出齿片，但同时齿孔瞬间降温，尤其反复多次的操作，极易在齿片及齿孔周围产生淬火裂纹或内应力。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种PDC钻头取齿装置。

采用螺杆驱动螺母机构带动耐高温钕铁硼靠近钻头需要取出的齿片，将钎焊料熔化的齿片快速吸附出来，为防止高温对钕铁硼的磁性造成减弱，该装置还设置有耐高温取齿隔板和半导体制冷片进行隔温和降温，本发明避免了传统方法对钻头胎体造成的损伤，可以快速将钻头的齿片取出并对钻头进行修复，可以保护工作人员的安全，提高取齿的工作效率。

其技术方案如下：

一种PDC钻头取齿装置，包括壳体，壳体前端设有导向筒，导向筒内轴向滑动套设有取齿机构，所述取齿机构包括磁吸部、取齿筒、直线往复驱动机构，所述磁吸部设置于取齿筒前端，所述取齿筒与导向筒轴向滑动配合，所述直线往复驱动机构设置于取齿筒后端。

进一步的，还包括降温机构，所述降温机构由降温组件和降温仓组成，降温组件设置于降温仓内，降温仓设置于导向筒的侧壁上，所述导向筒的侧壁上开设有若干冷气入口，所述降温仓通过冷气入口与导向筒连通。

进一步的，所述降温组件包括导流电扇、散热电扇、半导体制冷片、散热板、散热孔、耐高温挡板，所述散热板架设于降温仓内将降温仓分隔为制冷仓和散热仓两部分，半导体制冷片安装于散热板上，耐高温挡板设置于降温仓前方，导流电扇设置于制冷仓内，吹向半导体制冷片，散热孔开设于散热仓的下方，散热电扇设置于散热仓内，吹向散热孔。

进一步的，所述直线往复驱动机构包括螺杆传动机构、驱动组件，所述螺杆传动机构包括驱动螺母、驱动螺杆，所述驱动螺母固设于取齿筒后端，所述驱动螺杆与驱动螺母螺纹传动连接，所述驱动组件与驱动螺杆传动连接。

进一步的，所述驱动组件包括直流电机、电池，所述直流电机的输出轴与驱动螺杆连接，所述电池与直流电机电性连接。

进一步的，所述导向筒前端设有耐高温取齿隔板，所述耐高温取齿隔板的厚度以不影响磁吸部与待取下的齿片吸合为准。

进一步的，所述耐高温取齿隔板前方设有第一电极、第二电极，所述第一电极和第二电极与直流电机电性连接，第一电极、第二电极的高度以不影响磁吸部与待取下的齿片吸合为准。

进一步的，还包括限位开关，所述限位开关设置于壳体内部，限位开关与直流电机电性连接，所述限位开关包括前限位开关和后限位开关，当磁吸部与耐高温取齿隔板接触时，前限位开关控制直流电机停机，当磁吸部与耐高温取齿隔板分离，被吸合的齿片掉落时，后限位开关控制直流电机停机。

进一步的，还包括设置于取齿筒后端的磁铁，所述限位开关设置于壳体内壁，限位开关为磁吸开关，取齿筒带动磁铁移动到限位开关下方时，启动限位开关。

进一步的，还包括护手挡板、手动开关，所述护手挡板设置于导向筒上方，所述手动开关设置于壳体下方，所述手动开关与直流电机电性连接。

本发明的有益效果是：

1.采用螺杆驱动螺母机构带动耐高温钕铁硼进行齿片的取出方法，改变了现有使用压缩空气或割枪氧气将齿片从齿孔内吹出或使用镊子夹住取出的办法，即保证了安全生产，也避免了传统方法对钻头胎体造成的损伤；

2.设置有降温机构，通过半导体制冷片和导流电扇为取齿机构的腔体及钕铁硼进行降温，并配合耐高温取齿隔板共同防止高温减弱或破坏钕铁硼的磁性，保证了PDC钻头取齿装置的持久耐用；

3.PDC钻头取齿装置设置第一电极和第二电极，当2个电极放置到钻头取齿的位置时，电极接通并启动电机及螺杆驱动螺母机构进行取齿，可以实现快速取齿。

附图说明

图1为实施例一仰视结构示意图；

图2为沿图1中A-A线的剖视结构示意图；

图3为实施例二仰视结构示意图；

图4为实施例二沿图3中B-B线的剖视结构示意图；

图5为实施例三沿图3中B-B线的剖视结构示意图；

图6为实施例四沿图3中B-B线的剖视结构示意图；

图7 为实施例五沿图3中B-B线的剖视结构示意图；

图8为本发明释放齿或未工作时的结构示意图；

图9为圆形导向筒及取齿筒结构示意图；

图10为方形导向筒及取齿筒结构示意图；

图11为选用方形导向筒时，驱动螺母结构示意图；

图12为实施例一直流电机控制回路示意图；

图13为实施例二直流电机控制回路示意图；

图14为实施例四直流电机控制回路示意图；

图中：1、电池，2、驱动螺杆，3、驱动螺母，4、手动开关，5、导流电扇，6、散热电扇，7、半导体制冷片，8、散热板，9、散热孔，10、耐高温挡板，11、第一电极，12、第二电极，13、耐高温取齿隔板，14、钕铁硼，15、冷气入口，16、取齿筒，17、护手挡板，18、前限位开关，19、磁铁，20、后限位开关，21、联轴器，22、直流电机，23、壳体，24、电机仓，25、电源仓，26、降温仓，27、导向筒，161、导向槽，271、导向楞。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

实施例一：

请参阅图1和2，一种PDC钻头取齿装置，包括壳体23、取齿机构、螺杆驱动机构。

壳体23整体呈枪型，壳体23内设置有电机仓24、电源仓25，电机仓24用于安装和固定电机，电源仓25用于安装和固定电池1，壳体23前端设置有导向筒27，导向筒27前端设置有耐高温取齿隔板13，其厚度以不影响钕铁硼14与齿片吸合为准，壳体23下方设置有手动开关4。

取齿机构主要由钕铁硼14、取齿筒16组成，螺杆驱动机构主要由驱动螺杆2、驱动螺母3、直流电机22、电池1组成。

取齿筒16呈筒状，轴向滑动套设于导向筒27内，钕铁硼14嵌装于取齿筒16前端，取齿筒16后段设有容纳驱动螺杆2动作的中空，取齿筒16后端部固定设置有驱动螺母3，驱动螺杆2与驱动螺母3通过螺纹传动驱动取齿筒16作直线往复运动。驱动螺母3与取齿筒16焊接或将驱动螺母3通过过盈配合套设于取齿筒16内。

直流电机22安装于电机仓24内，电池1安装于电源仓25内，直流电机22、电池1、手动开关4之间电性连接，手动开关4控制直流电机22运行，包括三个挡位，分别为正转、停机、反转，直流电机22正转时，取齿筒16前行，直流电机22反转时，取齿筒16后退。

驱动螺杆2后端与直流电机22的输出轴固定连接。

导向筒27的侧壁上开设有冷气入口15，用于钕铁硼14和取齿筒16的散热，手动开关4前方设置有护手挡板17，用于隔挡来自前方的热量。

请参阅图12所示的直流电机22的控制回路示意图，取齿时，当钻头上取齿处加热的钎焊料熔化后，将本装置的前端，即耐高温取齿隔板13放置在待取齿片上，手动开关4控制直流电机22启动并驱动取齿筒16前行至耐高温取齿隔板13的位置，在钕铁硼14的磁力作用下将齿片吸合在耐高温取齿隔板13上，取下齿片后，将装置离开钻头并按动手动开关4使电机反转，带动取齿筒16退回至原始位置，同时取出的齿片因离开钕铁硼14而掉落，即可完成取齿工作。

实施例二：

请参阅图3和4，本实施例中，耐高温取齿隔板13前端设置两个电极，分别为第一电极11、第二电极12，所述电极与直流电机22控制回路串联，用于控制直流电机22正转，手动开关4用于控制直流电机22反转。

请参阅图13所示的直流电机22控制回路示意图，取齿时，当钻头上取齿处加热的钎焊料熔化后，将本装置的前端放置在齿片中心位置，第一电极11和第二电极12通过齿片接通，直流电机22启动并驱动取齿筒16前行至耐高温取齿隔板13的位置进行取齿，取齿完成后，将装置离开钻头并按动手动开关4使电机反转，带动取齿筒16退回至原始位置，同时取出的齿片因离开钕铁硼14而掉落，完成取齿工作。

实施例三：

请参阅图5，本实施例中，驱动螺杆2通过联轴器21与直流电机22的输出轴传动连接，进一步使本装置便于维保，提高可靠性。

实施例四：

请参阅图6所示本实施例结构示意及图14所示的直流电机22控制回路示意图，本实施例在实施例三的基础上进一步改进，在取齿筒16后端的外壁上设置磁铁19，在取齿筒16后端上方的壳体23上设置两个限位开关，分别为前限位开关18、后限位开关20，所述限位开关与直流电机22的控制回路电性连接，所述限位开关通过磁铁19触发，当取齿筒16前行至耐高温取齿隔板13处时，磁铁19触发前限位开关18，使直流电机22停机，当取齿筒16回到原位置时，磁铁19触发后限位开关20，使直流电机22停机，从而防止不当操作对装置造成损坏。

实施例五：

请参阅图7，本实施例在实施例四的基础上进一步改进，一种PDC钻头取齿装置，包括壳体23、取齿机构、降温机构。

壳体23内部设有导向筒27、电机仓24、电源仓25、降温仓26。导向筒27位于壳体23前端，用于容纳取齿机构；电机仓24和电源仓25位于壳体23后端，降温仓26位于导向筒27下方，通过冷气入口15与导向筒27连通，电池1和直流电机22分别安装于电机仓24和电源仓25内；导向筒27前端口处设有耐高温取齿隔板13，耐高温取齿隔板13的厚度以不影响钕铁硼14与齿片吸合为宜，耐高温取齿隔板13前端面边缘设有第一电极11和第二电极12，直流电机22通过螺杆驱动螺母3机构连接取齿机构；降温机构安装于降温仓26内。

取齿机构主要由取齿筒16、钕铁硼14、驱动螺母3组成，取齿筒16与导向筒27轴向滑动配合，钕铁硼14安装于取齿筒16前端，驱动螺母3安装于取齿筒16后端，取齿筒16内开设有容纳驱动螺杆2运动的中空。

与驱动螺母3配合的驱动螺杆2的后端连接联轴器21，联轴器21链接直流电机22的输出轴，直流电机22转动时，带动联轴器21和驱动螺杆2转动，使取齿机构进行前后滑动。

取齿筒16的后端还设置有磁铁19，壳体23内安装有前限位开关18和后限位开关20，用来检测取齿机构前后滑动时磁铁19的位置，即检测取齿筒16前后滑动的极限位置，从而对直流电机22进行启停控制和限位控制。

降温机构主要由半导体制冷片7、散热板8、导流电扇5、散热电扇6组成，通过半导体制冷片7为取齿机构的取齿筒16及钕铁硼14降温。散热板8架设于降温仓26内将降温仓26分割为上下两部分，上半部通过冷气入口15连通导向筒27，下半部通过散热孔9连通外部，半导体制冷片7安装在降温机构内的散热板8上，导流电扇5和散热电扇6安装于降温仓26后端，导流电扇5位于上半部，散热电扇6位于下半部，导流电扇5将冷气通过冷气入口15吹入导向筒27内，为取齿机构降温，散热电扇6将半导体制冷片7产生的热量通过散热孔9吹出壳体23。

本实施例中，壳体23的外部还设置有护手挡板17，用来遮挡并防止钻头取齿时的高温或焊锡熔化造成的伤害。

本实施例中，降温机构的前端可以设置耐高温挡板10或将前端的仓壁设置为耐高温挡板10，避免钻头取齿时的高温影响降温机构的降温效果，减少能源消耗。

本实施例中，第一电极11和第二电极12分别设置为正极和负极，当需要取齿时，将取齿装置的前端放置在钻头的取齿位置，第一电极11和第二电极12接通电源并将信号反馈给控制系统，控制系统控制直流电机22启动并进行取齿。

本实施例中，壳体23上还设置有手动开关4，用于控制直流电机22反转，壳体23为不锈钢材质。

请参阅图2、4、5、7所示本装置取齿时的状态，钕铁硼14与耐高温取齿隔板13贴合，使齿片吸合在耐高温取齿隔板13上；图6所示为本装置释放齿片过程中的工作状态，钕铁硼14逐渐远离耐高温取齿隔板13，耐高温取齿隔板13隔挡住齿片，作用于齿片上的吸力逐渐减弱；图8为齿片释放时的状态，由于耐高温取齿隔板13隔挡住齿片，当取齿筒16后退直至脱离钕铁硼14的吸力作用范围，钕铁硼14与齿片脱离，齿片因失去吸力掉落。

请参阅图9所示的一种导向筒27与取齿筒16的轴向滑动配合方式，导向筒27和取齿筒16均为圆筒形，导向筒27内壁上设置有导向楞271，取齿筒16外壁上设置有导向槽161，导向楞271与导向槽161滑动配合，使导向筒27与取齿筒16径向相对固定，轴向可滑动。

图10示出了另一种导向筒27与取齿筒16的轴向滑动配合方式，导向筒27和取齿筒16均为方筒形，两者之间间隙配合，既能轴向滑动又防止相对转动。

图11示出了一种驱动螺母3的加工方式，驱动螺母3与取齿筒16加工为一体，取齿筒16的后端内壁开设内螺纹，与驱动螺杆2螺纹配合，进一步简化部件，降低故障率。

图12至图14示出了本发明各个实施例对应的电路示意图，为常规直流电机控制回路设计，在此不再赘述。

本发明中所述的限位开关优选为磁控开关。

本发明工作时，当钻头上取齿处加热的钎焊料熔化后，将本装置的前端放置在齿片中心位置，第一电极11和第二电极12接通，控制系统控制直流电机22启动并驱动取齿机构前行至耐高温取齿隔板13的位置进行取齿，取齿完成后，将装置离开钻头并按动手动开关4使电机反转，带动取齿机构退回至原始位置，同时取出的齿片因离开钕铁硼14而掉落。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种PDC钻头取齿装置，包括壳体(23)，其特征在于，壳体(23)前端设有导向筒(27)，导向筒(27)内轴向滑动套设有取齿机构，所述取齿机构包括磁吸部、取齿筒(16)、直线往复驱动机构，所述磁吸部设置于取齿筒(16)前端，所述取齿筒(16)与导向筒(27)轴向滑动配合，所述直线往复驱动机构设置于取齿筒(16)后端。

2.根据权利要求1所述的一种PDC钻头取齿装置，其特征在于，还包括降温机构，所述降温机构由降温组件和降温仓(26)组成，降温组件设置于降温仓(26)内，降温仓(26)设置于导向筒(27)的侧壁上，所述导向筒(27)的侧壁上开设有若干冷气入口(15)，所述降温仓(26)通过冷气入口(15)与导向筒(27)连通。

3.根据权利要求2所述的一种PDC钻头取齿装置，其特征在于，所述降温组件包括导流电扇(5)、散热电扇(6)、半导体制冷片(7)、散热板(8)、散热孔(9)、耐高温挡板(10)，所述散热板(8)架设于降温仓(26)内将降温仓(26)分隔为制冷仓和散热仓两部分，半导体制冷片(7)安装于散热板(8)上，耐高温挡板(10)设置于降温仓(26)前方，导流电扇(5)设置于制冷仓内，吹向半导体制冷片(7)，散热孔(9)开设于散热仓的下方，散热电扇(6)设置于散热仓内，吹向散热孔(9)。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种PDC钻头取齿装置，其特征在于，所述直线往复驱动机构包括螺杆传动机构、驱动组件，所述螺杆传动机构包括驱动螺母(3)、驱动螺杆(2)，所述驱动螺母(3)固设于取齿筒(16)后端，所述驱动螺杆(2)与驱动螺母(3)螺纹传动连接，所述驱动组件与驱动螺杆(2)传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种PDC钻头取齿装置，其特征在于，所述驱动组件包括直流电机(22)、电池(1)，所述直流电机(22)的输出轴与驱动螺杆(2)连接，所述电池(1)与直流电机(22)电性连接。

6.根据权利要求5所述的一种PDC钻头取齿装置，其特征在于，所述导向筒(27)前端设有耐高温取齿隔板(13)，所述耐高温取齿隔板(13)的厚度以不影响磁吸部与待取下的齿片吸合为准。

7.根据权利要求6所述的一种PDC钻头取齿装置，其特征在于，所述耐高温取齿隔板(13)前方设有第一电极(11)、第二电极(12)，所述第一电极(11)和第二电极(12)与直流电机(22)电性连接，第一电极(11)、第二电极(12)的高度以不影响磁吸部与待取下的齿片吸合为准。

8.根据权利要求7所述的一种PDC钻头取齿装置，其特征在于，还包括限位开关，所述限位开关设置于壳体(23)内部，限位开关与直流电机(22)电性连接，所述限位开关包括前限位开关(18)和后限位开关(20)，当磁吸部与耐高温取齿隔板(13)接触时，前限位开关(18)控制直流电机(22)停机，当磁吸部与耐高温取齿隔板(13)分离，被吸合的齿片掉落时，后限位开关(20)控制直流电机(22)停机。

9.根据权利要求8所述的一种PDC钻头取齿装置，其特征在于，还包括设置于取齿筒(16)后端的磁铁(19)，所述限位开关设置于壳体(23)内壁，限位开关为磁吸开关，取齿筒(16)带动磁铁(19)移动到限位开关下方时，启动限位开关。

10.根据权利要求1-3或5-9任一所述的一种PDC钻头取齿装置，其特征在于，还包括护手挡板(17)、手动开关(4)，所述护手挡板(17)设置于导向筒(27)上方，所述手动开关(4)设置于壳体(23)下方，所述手动开关(4)与直流电机(22)电性连接。

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