CN205638241U - 一种特殊结构硬质合金基体pdc涂层的单牙轮钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于石油、天然气钻探的一种特殊结构硬质合金基体PDC涂层的单牙轮钻头。它包括钻头体、牙轮，所述牙轮上布置有切削齿，所述钻头体上设置有轴颈,牙轮与轴颈形成转动连接；所述轴颈表面采用激光淬火硬化；所述牙轮上采用有PDC涂层的指状铣刀形状的切削齿；切削齿采用一种非均相特殊结构硬质合金基体，独特的制备工艺使其具有类似蜂窝状的组织结构。本实用新型利用指状铣刀优异的切削能力和抗冲击能力，有利于提高钻头破岩效率；具有类似蜂窝状的组织结构有效地提升硬质合金的抗碎裂性能，使钻头的使用寿命得到显著提高。

Description

一种特殊结构硬质合金基体PDC涂层的单牙轮钻头

技术领域

本实用新型涉及用于石油、天然气钻探的一种特殊结构硬质合金基体PDC涂层的单牙轮钻头。

背景技术

单牙轮钻头是目前石油、天然气钻探使用最主要的破岩工具之一，其工作性能的好坏直接影响到钻井质量、钻进速度以及钻井成本。牙轮钻头主要依赖牙齿的刮凿作用破碎岩石，牙轮上不同位置的齿在井底形成网状的刮切运动轨迹，从而完成对井底岩石的全面覆盖。而单牙轮钻头具有侧切削能力强和与岩石的接触时间可调范围大，适用于在高钻压低转速状态下运行。单牙轮在深井、超深井、老井侧钻和小井眼钻探等方面颇有其优越性，具有广阔的发展前景。使用寿命和钻速两个性能指标对于牙轮钻头至关重要，其中钻头切削结构的改进是提高钻头机械转速最直接的方法，研究人员对于切削结构的改进主要集中在主切削齿结构上，先后发明了楔形齿、勺形齿、偏顶勺形齿、等磨损齿等等；牙轮钻头轴承的使用寿命直接决定了钻头的寿命，牙轮轴承小轴颈和止推轴颈承受的载荷很小，牙轮钻头轴承的大轴颈受到较大的径向力和周向摩擦力矩。

单牙轮硬质合金牙齿的磨损寿命较短是制约单牙轮钻头使用寿命的主要因素，而目前钻头上所使用的PDC齿具有超强的耐磨性和良好的自锐性，使得PDC钻头能够具有相当高的破岩效率和工作寿命。但是PDC齿承受冲击载荷的能力比较差，普通圆柱形切削齿容易发生异常磨损或失效现象，严重影响钻头的钻速和使用寿命。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种特殊结构硬质合金基体PDC涂层的单牙轮钻头，切削齿基体采用一种非均相特殊结构硬质合金，该硬质合金具有类似蜂窝状的组织结构，该结构中，具有优异耐磨性的芯部材料被具有良好韧性的边界材料所分隔，当芯部材料在服役期间产生裂纹并拓展至边界材料时由于边界材料良好的韧性，避免了裂纹的贯穿连通，钻头采用的指状铣刀结构是一种新的钻头齿形，这种齿能够提高牙齿的抗冲击能力和耐磨性，同时这种结构与普通的圆形结构相比切削性能提高，从而延长牙齿的使用寿命和提高钻头的机械钻速。对该牙轮钻头轴颈表面采用激光淬火硬化，提高轴承表面的硬度，同时对牙轮内孔采取镀银措施，降低内孔表面的摩擦系数，从而降低牙轮转动时的摩擦力，提高轴承的使用寿命。

本实用新型的技术方案是：

本实用新型一种特殊结构硬质合金基体PDC涂层的单牙轮钻头，包括钻头体、牙轮，所述牙轮上布置有切削齿，所述钻头体上设置有轴颈,牙轮与轴颈形成转动连接；所述轴颈表面采用激光淬火硬化；所述牙轮上采用有PDC涂层的指状铣刀形状的切削齿；切削齿采用一种非均相特殊结构硬质合金基体，这种硬质合金采用仿生结构设计，独特的制备工艺使其具有类似蜂窝状的组织结构。

所述切削齿基体外设置碳化钨-钴衬层，碳化钨-钴衬层对PDC涂层的设置起到连接作用；所述牙轮上的切削齿采用指状铣刀形状结构。

切削齿采用一种非均相特殊结构硬质合金为基体，切削齿的布置在综合考虑了能够满足保证切削过程钻头抗冲击能力以及钻头的切削性能的条件下按照纵排方式交错布置在牙轮上。

本实用新型与现有的技术相比的有益效果是：1、利用指状铣刀优异的切削能力和抗冲击能力，有利于提高钻头破岩效率，结合上PDC涂层的抗研磨能力较普通的单牙轮钻头的硬质合金易于吃入土层，很大程度上提高钻头的使用寿命和工作效率。2、根据单牙轮钻头破岩时，轴承易于磨损，采用轴承表面激光淬火和牙轮内表面镀银，增加了轴承表面硬度并降低牙轮内表面摩擦系数，有效的提高了轴承的使用寿命，从而提高了钻头的使用寿命和工作效率。3.切削齿基体采用一种非均相特殊结构硬质合金，这种硬质合金采用仿真结构设计，独特的制备工艺使其具有类似蜂窝状的组织结构可以有效地提升硬质合金的抗碎裂性能，使钻头的使用寿命得到显著提高，极大地提高了资源勘探、开采的工作效益和经济效益。

附图说明

图1为本实用新型一种特殊结构硬质合金基体PDC涂层的单牙轮钻头的结构示意图；

图2本实用新型的牙轮剖开后的结构示意图；

图3为本实用新型的指状铣刀齿结构示意图；

图4为图1的左视图；

图5为图3的左视图。

图中：1.钻头体，2.牙轮，3.切削齿，4.轴颈，5.滚珠，6.润滑油孔7.非均相特殊结构硬质合金基体，8.碳化钨-钴衬层，9.PDC涂层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本实用新型一种特殊结构硬质合金基体PDC涂层的单牙轮钻头，包括钻头体1、牙轮2，所述牙轮2上布置有切削齿3，所述钻头体1上设置有轴颈4,牙轮2与轴颈4形成转动连接，所述轴颈4表面采用激光淬火硬化；所述牙轮2上采用有PDC涂层9的指状铣刀形状的切削齿3；切削齿3采用一种非均相特殊结构硬质合金基体7，这种硬质合金采用仿生结构设计，独特的制备工艺使其具有类似蜂窝状的组织结构。

所述切削齿3基体外设置碳化钨-钴衬层8，碳化钨-钴衬层8对PDC涂层9的设置起到连接作用；所述牙轮2上的切削齿3采用指状铣刀形状结构。

钻头钻进时，在钻头体1的旋转带动下，牙轮2围绕钻头中心轴线作公转的同时，还绕轴颈4作自转运动。

所述轴颈4与牙轮2之间设置有滚珠5。

Claims (2)

1.一种特殊结构硬质合金基体PDC涂层的单牙轮钻头，包括钻头体(1)、牙轮(2)，其特征在于：所述牙轮(2)上布置有切削齿(3)，所述钻头体(1)上设置有轴颈(4),牙轮(2)与轴颈(4)形成转动连接，所述轴颈(4)表面采用激光淬火硬化；所述牙轮(2)上采用有PDC涂层(9)的指状铣刀形状的切削齿(3)；切削齿(3)采用一种非均相特殊结构硬质合金基体(7)，具有类似蜂窝状的组织结构。

2.根据权利要求1所述的一种特殊结构硬质合金基体PDC涂层的单牙轮钻头，其特征在于：切削齿(3)基体外设置碳化钨-钴衬层(8)，碳化钨-钴衬层(8)对PDC涂层(9)的设置起到连接作用。