CN201865582U - 一种钢体金刚石钻头 - Google Patents

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本实用新型涉及一种钻井工具,尤其是涉及一种对钢体金刚石钻头的结构改良。一种钢体金刚石钻头,包括钻头体(1)以及设置在钻头体(1)上的至少一个刀翼(3),并在刀翼(3)设有若干切削齿(4),其特征在于,所述的钻头体(1)上与切削齿(4)相邻,在刀翼(3)上纵向设置有强化装置。因此,本实用新型具有如下优点:1.设计合理,结构简单且完全实用;2.解决了超硬非金属材料如热稳定聚晶金刚石不能镶嵌或者焊接于钢体钻头保径面上做保径的难题,提高了地层钻进钢体钻头的保径能力和使用寿命,保证井眼尺寸;3.耐磨性高,钻头使用不会存在缩径现象,钻头不会提前失效。

Description

一种钢体金刚石钻头
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种钻井工具,尤其是涉及一种对钢体金刚石钻头的结构改良。
背景技术
[0002] 钢体金刚石钻头是一种在地层钻井工程中得到了广泛应用的钻井工具,其钻头体 与最先流行使用的PDC钻头不同,基体不再是碳化钨烧结体,而是优质结构钢,其由钻头 体、切削齿、耐磨层,保径结构和水力结构等组成,它是通过其切削齿与地层岩石的接触对 其产生挤压和剪切岩层来破碎岩石的。为了防止钻头在工作时由于地层岩石的磨损而导致 钻头直径缩小即所谓“缩径”,现有技术是在钻头的外侧布置镶嵌一定数量的硬质合金,或 者敷焊不同结构形式的耐磨硬质合金材料,提高钻头保径寿命。
[0003] 钢体钻头保径加强的方法目前较常用的有三种方法,方法1采用单个刀翼保径段 整面堆焊,提高保径耐磨性,延长保径能力。此种工艺操作难度大,受制于焊接工人的操作 水平,若焊接操作不当,或钻头承受较大侧向冲击力的情况下,堆焊层可能整体脱落。其次 堆焊层厚度不好控制,若堆焊层较薄,达不到钻头保径垫的直径要求,造成钻头不合格或者 使用中失效快,若堆焊层太厚,造成焊料浪费以及磨削时对保径垫冲击而造成不利影响。
[0004] 方法2、在保径上加工一定深度的孔或者槽进行堆焊,是在保径上布满孔或者槽, 然后堆焊满耐磨硬质合金材料,该工艺满足了保径在一定时间内的耐磨性及保径能力,目 前常用的耐磨硬质合金材料如碳化钨合金等,他们耐冲蚀性能优越,耐磨性好,但是钻头长 时间在井下工作,或在研磨性能较强的地层就会出现其保径耐磨寿命不能满足钻头寿命的 现象,钻头使用存在缩径现象,钻头提前失效等问题。
[0005] 方法3、把硬质合金柱或者人造金刚石复合齿镶嵌在孔内,在孔周围敷焊满耐磨硬 质合金材料。本方法保径效果较好,但是耐磨性能取决与硬质合金耐磨能力,其次操作难度 大,同方法2在研磨性较强地层时,硬质合金的耐磨寿命已经不能满足使用要求。
[0006] 根据现有方法的不足,在此提出一种新的钢体钻头保径耐磨强化结构的方法和工 艺。使用耐磨性优良材料,包括超硬质合金、热稳定聚晶金刚石、或人造单晶金刚石、天然金 刚石,按照一定的粉末冶金烧结方法制成各种形状并且包覆有耐磨材料的合金块,或者使 用电镀及电铸方法制造成的合金块,把该合金块采用焊接方法或者过盈镶嵌的方法使其附 着固定在钢体金刚石钻头的保径部位预留的槽或者孔内,达到保径耐磨强化的目的。
[0007] 包覆有耐磨材料的合金块金块可采用无压粉末冶金烧结法或压制成型烧结等制 作成含有超硬耐磨非金属的孕镶合金块,也可以是使用电镀、电铸的方法获得的孕镶合金 块,包覆有耐磨材料的合金块金块后续可以通过磨削或者激光等机械加工方法获得所需的 尺寸,也可直接使用。
[0008] 这样就解决了耐磨性优良材料可焊性差,非金属硬质材料不具备焊接性,热失效 敏感等导致无法直接应用与钢体钻头保径的问题。实用新型内容
[0009] 本实用新型主要是解决现有技术所存在的受制于焊接工人的操作水平,若焊接操 作不当,或钻头承受较大侧向冲击力的情况下,堆焊层可能整体脱落。其次堆焊层厚度不好 控制,若堆焊层较薄,达不到钻头保径垫的直径要求,造成钻头不合格或者使用中失效快, 若堆焊层太厚,造成焊料浪费以及磨削时对保径垫冲击而造成不利影响等的技术问题;提 供了一种解决了超硬非金属材料如热稳定聚晶金刚石不能镶嵌或者焊接于钢体钻头保径 面上做保径的难题,提高了地层钻进钢体钻头的保径能力和使用寿命,保证井眼尺寸的钢 体金刚石钻头。
[0010] 本实用新型还有一目的是解决现有技术所存在的现状,钻头长时间在井下工作以及 在研磨性能较强的地层就会出现其保径耐磨寿命不能满足,钻头使用中缩径,钻头提前失效等 的技术问题;提供了一种耐磨性高,钻头使用寿命长,保径能力超级优良的钢体金rau石钻头。
[0011] 本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
[0012] 一种钢体金刚石钻头,包括钻头体以及设置在钻头体上并纵向设有若干切削齿的 至少一个刀翼,其特征在于,所述的钻头体上与切削齿相邻纵向设置有强化装置。
[0013] 在上述的钢体金刚石钻头,所述的强化装置包括与上述切削齿相邻并纵向设置在 上述钻头体外围的具有保径段面的保径段,所述的保径段上设置有若干强化槽。
[0014] 强化结构块采用无压粉末冶金烧结法制作成的包覆有耐磨材料的合金块。
[0015] 强化结构块采用压制烧结法制作成的包覆有耐磨材料的合金块。
[0016] 强化结构块采用电镀方法制作成的包覆有耐磨材料的合金块。
[0017] 强化结构块采用电铸方法制作成的包覆有耐磨材料的合金块。
[0018] 强化结构块可以机械加工后使用也可以直接使用。
[0019] 作为另一种方案,在上述的钢体金刚石钻头,所述的强化装置包括与上述切削齿 相邻并纵向设置在上述钻头体外围的具有保径段面的保径段,所述的保径段上设置有若干 强化孔。
[0020] 作为另一种方案,在上述的钢体金刚石钻头,所述的强化装置包括与上述切削齿 相邻并纵向设置在上述钻头体外围的具有保径段面的保径段,所述的保径段上设置有若干 强化槽和强化孔。
[0021] 上述的钢体金刚石钻头,所述的强化槽内钎焊有与所述强化槽尺寸配合的强化结 构块。
[0022] 上述的钢体金刚石钻头,所述的强化孔内钎焊有与所述强化孔尺寸配合的强化结 构块。
[0023] 上述的钢体金刚石钻头,所述的强化槽和强化孔内钎焊有与所述强化槽和强化孔 尺寸配合的强化结构块。
[0024] 上述的钢体金刚石钻头,保径段面上设有耐磨层,所述的钻头体上还设有喷嘴。
[0025] 上述的钢体金刚石钻头,所述的保径段强化槽横截面为梯形或方形或半圆形或椭 圆形或T形或矩形或圆柱型或V型或U型。
[0026] 上述的钢体金刚石钻头,所述的保径段上对应的强化孔的形状为4-8边形孔或圆 孔。
[0027] 因此,本实用新型具有如下优点:[0028] 1.设计合理,结构简单且完全实用;
[0029] 2.解决了超硬非金属材料如热稳定聚晶金刚石不能镶嵌或者焊接于钢体钻头保 径面上做保径的难题,提高了地层钻井钢体钻头的保径能力和使用寿命,保证井眼尺寸;
[0030] 3.耐磨性高,钻头使用不会存在缩径现象,钻头不会提前失效。
附图说明
[0031] 图1是本实用新型实施例平面布置图;
[0032] 图2是本实用新型第一个实施例的侧面布置图,其保径部位铣槽或钻孔;
[0033] 图3是本实用新型第二个实施例的侧面布置图,其保径上钎焊或者镶嵌上包覆有 耐磨材料碳化钨合金块
[0034] 图4是本实用新型所采用的保径强化结构块截面为梯形形状图;方形及圆形代表 耐磨材料;
[0035] 图5是本实用新型所采用的保径强化结构块截面为梯形形状图;多种耐磨材料混
合使用。
[0036] 图6是本实用新型所采用的保径强化结构块截面为半圆形形状图;
[0037] 图7是本实用新型所采用的保径强化结构块截面为椭圆形形状图;
[0038] 图8是本实用新型所采用的保径强化结构块截面为T形形状图;
[0039] 图9是本实用新型所采用的保径强化结构块截面为矩形形状图;
[0040] 图10是本实用新型所采用的保径强化结构块截面为圆柱型形状图。
具体实施方式
[0041] 下面通过实施例,并结合附图,对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。图 中,钻头体1、喷嘴2、刀翼3、切削齿4、保径段5、保径段面6、强化槽7、强化孔8,强化结构 块9。
[0042] 实施例:
[0043] 如图2所示,一种钢体金刚石钻头,包括钻头体1以及设置在钻头体1上的刀翼 3,刀翼3为5个,在刀翼3上有若干个切削齿4,钻头体1还设有喷嘴2,钻头体1上的刀翼 3上与切削齿4相邻纵向设置有强化装置,强化装置包括与上述切削齿4相邻并纵向设置 在上述钻头体1外围的具有保径段面6的保径段5,保径面6与保径段5设置在刀翼3上, 所述的保径段5上设置有若干强化槽7,如图3所示,强化槽7内镶嵌或钎焊有与所述强化 槽7尺寸配合的强化结构块9,本实施例中,采用焊接或镶嵌方法把强化结构块9固定于保 径段5上。通过钎焊方法对本实例中的热影响较充分,强度可靠,可充分保证强化结构块 8的强度和使用中的寿命及可靠性,通过过盈镶嵌固定对本实例中的强度可靠,同样可充分 保证强化结构块8的强度和使用中的寿命及可靠性。最终钻头终加工后,保径耐磨强化结 构块直接与井壁接触,能取得优良的保径效果,解决钻头缩径问题。也可使钢体金刚石钻头 达到胎体金刚石钻头寿命延长,保径耐磨寿命长的效果。在保径段面6上设有耐磨层,耐磨 层采用堆焊或者敷焊包覆在保径段面6上用以保护强化槽7,降低冲蚀失效风险,保径段5 横截面为梯形或方形或半圆形或椭圆形或T形或矩形或圆柱型。
[0044] 实施例2 :[0045] 强化装置包括与上述切削齿4相邻并纵向设置在上述钻头体1的刀翼3外围的具 有保径段面6的保径段5,所述的保径段5上设置有若干强化孔8,强化孔8内镶嵌有与所 述强化孔8过盈配合的强化结构块9,其余均与上述实施例1相同,本文不再赘述。
[0046] 实施例3 :
[0047] 强化装置包括与上述切削齿4相邻并纵向设置在上述钻头体1的刀翼3外围上的 具有保径段面6的保径段5,所述的保径段5上设置有若干强化槽7和强化孔8,强化槽7 和强化孔8内均镶嵌有与所述强化槽7过盈配合的强化结构块9,其余均与上述实施例1相 同,本文不再赘述。
[0048] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所 属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似 的方式替代,但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0049] 尽管本文较多地使用了,钻头体1、喷嘴2、刀翼3、切削齿4、保径段5、保径段面6、 强化槽7、强化孔8、强化结构块9等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术 语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质;把它们解释成任何一种附加的限制 都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (10)

1. 一种钢体金刚石钻头,包括钻头体(1)以及设置在钻头体(1)上的至少一个刀翼 (3),刀翼(3)纵向设有若干切削齿G),其特征在于,所述的钻头体⑴在刀翼⑶上与切 削齿(4)相邻设置有强化装置。
2.根据权利要求1所述的钢体金刚石钻头,其特征在于,所述的强化装置包括与上述 切削齿(4)相邻并纵向设置在上述钻头体(1)外围的具有保径段面(6)的保径段(5),所述 的保径段(¾上设置有若干强化槽(7)。
3.根据权利要求1所述的钢体金刚石钻头,其特征在于,所述的强化装置包括与上述 切削齿(4)相邻并纵向设置在上述钻头体(1)外围的具有保径段面(6)的保径段(5),所述 的保径段(¾上设置有若干强化孔(8)。
4.根据权利要求1所述的钢体金刚石钻头,其特征在于,所述的强化装置包括与上述 切削齿(4)相邻并纵向设置在上述钻头体(1)外围的具有保径段面(6)的保径段(5),所述 的保径段(¾上设置有若干强化槽(7)和强化孔(8)。
5.根据权利要求2所述的钢体金刚石钻头,其特征在于,所述的强化槽(7)内钎焊有与 所述强化槽(7)配合尺寸的强化结构块(9)。
6.根据权利要求3所述的钢体金刚石钻头,其特征在于,所述的强化孔(8)内钎焊有与 所述强化孔(8)配合尺寸的强化结构块(9)。
7.根据权利要求4所述的钢体金刚石钻头,其特征在于,所述的强化槽(7)和强化孔 ⑶内钎焊有与所述强化槽⑵和强化孔⑶配合尺寸的强化结构块(9)。
8.根据权利要求2或3或4所述的钢体金刚石钻头,其特征在于,保径段面(6)上设有 耐磨层,所述的钻头体(1)上还设有喷嘴O)。
9.根据权利要求2或4所述的钢体金刚石钻头,其特征在于,所述的保径段(¾上对应 的强化槽(7)的横截面为梯形或方形或半圆形或椭圆形或T形或矩形或圆柱型或V型或U 型。
10.根据权利要求3或4所述的钢体金刚石钻头,其特征在于,所述的保径段(5)上对 应的强化孔(8)的形状为4-8边形孔或圆孔。
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