一种能够预防脱齿的固定切削齿钻头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备用破岩工具领域。
【背景技术】
[0002]钻头是钻井工程中用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具。现有钻头主要分为非固定切削齿钻头和固定切削齿钻头。所谓非固定切削齿钻头，是指在工作状态下，牙齿或切削齿与钻头体之间存在相对运动的钻头。若钻头上的切削齿始终与钻头体固结为一体，彼此之间没有相对运动，则称这类钻头为固定切削齿钻头。
[0003]固定切削齿钻头主要有刮刀钻头、roc (聚晶金刚石复合片)钻头、孕镶金刚石钻头，其典型代表是roc(聚晶金刚石复合片)钻头。roc钻头是钻井工程(特别是石油天然气钻井工程)中使用的主要钻头品种之一。PDC钻头工作时，钻头在钻压的作用下旋转钻进，依靠钻头上的roc复合片对地层岩石的切削或刮切作用破碎岩石，从而在地层岩石中形成并逐渐延伸井筒。
[0004]现有技术中的PDC钻头中，PDC复合片是通过银钎焊的方式固结在钻头体上。一般情况下，所使用的复合片的形状是圆柱体，该圆柱体的圆柱面约有三分之一的面积出露于钻头体表面，另外三分之二的面积与钻头体接触。PDC复合片在切削井底岩石时，井底岩石对复合片有较大的冲击力，如果银钎焊的焊接强度不足以抵抗井底岩石对复合片的冲击，就会使复合片从钻头体上脱落，称之为脱齿或脱片现象。只要钻头上的某一个复合片发生脱落，那么与该复合片相邻的复合片所受到的井底岩石冲击力会急剧增加，加剧钻头的磨损或发生更多的脱齿现象，导致钻头的实效。
[0005]影响复合片焊接强度的主要因素有:1.PDC复合片出露于钻头体表面的高度。复合片出露于钻头体表面的高度越低，复合片与钻头体接触的面积越大，那么焊接强度就越高，但由于复合片的出露高度低，复合片被压入岩石的深度就越低，那么钻头机械钻速就越低。因此通常情况下复合片的三分之一外表面会出露在钻头体外。2.对银钎焊料的水力冲蚀。钻井过程中，钻井液对钻头体有较强的冲蚀作业，因此钻头体的材料或钻头体表面的材料以抗冲蚀的耐磨碳化钨为主。但复合片与钻头体之间是焊接使用的银钎焊料，银钎焊料的抗冲蚀能力较弱，若钻头在井底的工作时间较长，那么银钎焊料会逐渐被冲蚀，将严重影响到复合片的焊接强度。3.银钎焊料分布不均匀。一般复合片的直径比与相应复合片对应的齿窝的直径大0.4mm，钎焊复合片时，将0.4mm间隙的空间充满银钎焊料。由于焊接复合片时存在的细小杂质以及复合片与齿窝之间的间隙使复合片的空间位置不固定，导致银钎焊料分布不均，将会影响复合片的钎焊强度。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于:提供一种能够预防脱齿的固定切削齿钻头，通过加强银钎焊的焊接强度，同时能够预防银钎焊被过分冲蚀，达到降低脱齿的风险，增加钻头在井底的使用时间。
[0007]本发明目的通过下述技术方案来实现:
一种能够预防脱齿的固定切削齿钻头，包括钻头体和切削齿，其特征在于:所述钻头体上设置有与所述切削齿外形相匹配的齿窝；所述切削齿的切削刃理论轮廓线为圆形，在所述切削齿的底面设置有与切削齿成为一体的圆柱凸台，所述圆柱凸台与切削齿的轴线相同；在所述齿窝的底面还设置有圆形盲孔，所述圆形盲孔的轴线与齿窝的轴线相同；所述切削齿通过银钎焊的方式固结在齿窝内，所述圆柱凸台置于圆形盲孔内。
[0008]通过银钎焊的方式固结上述切削齿在相对应的齿窝内，焊接切削齿时，先将银钎焊材熔化在齿窝和圆形盲孔内，再将切齿置入齿窝，切削齿的部分圆柱体插入齿窝底面的圆形盲孔内。由于圆形盲孔的轴线与齿窝的轴线相同，圆形盲孔对切削齿形成支撑，切削齿与齿窝的间隙固定、均匀，使熔化后的焊材在齿窝内分布均匀，冷却后固结切削齿，有利于提高切削齿的焊接强度。同时在圆形盲孔内的银钎焊材也加强了对切削齿的焊接强度，而且圆形盲孔设置在齿窝底面，水力难以对其内部的银钎焊材进行冲蚀。
[0009]所述圆形盲孔的长度长于固结在其内部圆柱凸台的长度。可以使切削齿的底面紧靠齿窝的底面，齿窝对切削齿形成有效的支撑和保护。
[0010]在所述齿窝的圆柱面上均匀设置有与齿窝轴线相互平行的沟槽。熔化后的银钎焊材进入所述沟槽，转动齿窝内切削齿，切削齿能够将熔化状态下的银钎焊材均匀地带到所述沟槽内，并能够使齿窝的圆柱表面均匀的覆盖银钎焊材。冷却后，切削齿固结在齿窝内。由于齿窝内的沟槽均匀地填充了银钎焊材，增加了切削齿和齿窝的焊接强度，并且水力冲击难以有效地对沟槽内的银钎焊材进行冲蚀，避免了因水力冲蚀而降低切削齿的焊接强度，能够有效地预防切削齿脱落的风险。
[0011]另一方面，焊接切削齿时，难免有些杂质会进入熔化后的银钎焊材内，如果没有沟槽的设计，颗粒较大的杂质会影响到切削齿在齿窝内的位置精度，最终影响到钻头的使用效果。采用本发明的设计的沟槽，杂质会进入到沟槽内，不至于影响到切削齿在齿窝内的位置精度。
[0012]作为优选方式，所述齿窝的圆柱面上的沟槽的横截面为矩形。
[0013]作为优选方式，所述齿窝的圆柱面上的沟槽的横截面为半圆形。
[0014]作为优选方式，所述切削齿的材料为PDC复合片、孕镶金刚石、硬质合金或立方氮化硼。
[0015]本发明的有益效果:
1.通过在切削齿底面设计圆柱凸台，以及在相对应的齿窝底面设置圆形盲孔，增加了银钎焊材与切削齿和齿窝的接触面积，使焊接强度增加，同时也使银钎焊材难以被冲蚀，能够起到预防切削齿脱落的作用。
[0016]2.切削齿的圆柱凸台和齿窝的圆形盲孔的结构特点，使切削齿在齿窝为能实现精准定位，且银钎焊材在齿窝内分布更加均匀。
[0017]3.通过在齿窝圆柱面上设置沟槽，能够有效保护齿窝的沟槽内的银钎焊材，能够有效地预防切削齿脱落的风险。
[0018]4.本发明的钻头与现有钻头技术的外观结构相同，但是通过优化、改进切削齿与齿窝的结构关系，增强了固齿强度，能够有效地预防切削齿脱落。
【附图说明】
[0019]下面结合附图和本发明的实施方式对本发明做作进一步的说明。
[0020]图1是本发明的钻头的剖视图。
[0021]图2是本发明的切削齿的结构示意图。
[0022]图3是本发明【具体实施方式】一。
[0023]图4是现有技术中钻头体的结构示意图。
[0024]图5是本发明【具体实施方式】二。
[0025]图6是本发明的齿窝具有沟槽的结构示意图一。
[0026]图7是本发明的齿窝具有沟槽的结构示意图二。
[0027]图中标记:1-钻头体、2_切削齿、21-切削刃、22_圆柱凸台、3_齿窝、301-圆形盲孔、302-沟槽。
【具体实施方式】
[0028]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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029]图1示意的表示出了本发明一种能够预防脱齿的固定切削齿钻头的基本结构，包括包括钻头体I和切削齿2，其特征在于:所述钻头体I上设置有与所述切削齿2外形相匹配的齿窝3。如图2所示的切削齿结构，所述切削齿2的切削刃21理论轮廓线为圆形，在所述切削齿2的底面设置有与切削齿成为一体的圆柱凸台22，所述圆柱凸台22与切削齿2的轴线相同。如图3所示的齿窝结构，在所述齿窝3的底面还设置有圆形盲孔301，所述圆形盲孔301的轴线与齿窝3的轴线相同；所述切削齿2通过银钎焊的方式固结在齿窝3内，所述圆柱凸台22置于圆形盲孔301内。
[0030]与图4所示的现有技术相比，本发明的钻头在现有切削齿技术的基础上增加了圆柱凸台22，在现有钻头体技术的基础上在齿窝3底面设置了长于圆柱22的圆形盲孔301。切削齿2在齿窝3内实现精准定位，使切削齿2的圆柱面与齿窝的圆柱面之间的间隙保持均衡，使银钎焊材在所述间隙内分布均匀，加之在圆柱凸台22与圆形盲孔301之间也使用银钎焊材固结，对切削齿2的防脱落起到更为积极的作用。
[0031]图5是本发明的钻头的另一种【具体实施方式】。在钻头体I的齿窝3底面设置有圆形盲孔301，并同时在齿窝3的圆柱面上均匀设置有与齿窝轴线相互平行的沟槽302。沟槽的设计使银钎焊材增加了与齿窝的接触面积，使切削齿的固结更牢固，同时也保护了银钎焊材避免被过分冲蚀，起到预防切削齿脱落的作用。
[0032]如图6所示，作为一种优选方式，所述齿窝3的圆柱面上的沟槽302的横截面为矩形。
[0033]如图7所所示，作为另一种优选方式，所述齿窝3的圆柱面上的沟槽302的横截面为半圆形。
[0034]作为优选方式，所述切削齿的材料为PDC复合片、孕镶金刚石、硬质合金或立方氮化硼。
[0035]本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
【主权项】
1.一种能够预防脱齿的固定切削齿钻头，包括钻头体(I)和切削齿(2)，其特征在于:所述钻头体(I)上设置有与所述切削齿(2)外形相匹配的齿窝；所述切削齿(2)的切削刃(21)理论轮廓线为圆形，在所述切削齿(2)的底面设置有与切削齿(2)成为一体的圆柱凸台(22)，所述圆柱凸台(22)与切削齿(2)的轴线相同；在所述齿窝(3)的底面还设置有圆形盲孔(301)，所述圆形盲孔(301)的轴线与齿窝(3)的轴线相同；所述切削齿(2)通过银钎焊的方式固结在齿窝(3)内，所述圆柱凸台(22)置于圆形盲孔(301)内。2.如权利要求1所述的能够预防脱齿的固定切削齿钻头，其特征在于:所述圆形盲孔(301)的长度长于固结在其内部圆柱凸台(22)的长度。3.如权利要求1所述的能够预防脱齿的固定切削齿钻头，其特征在于:在所述齿窝(3)的圆柱面上均匀设置有与齿窝轴线相互平行的沟槽(302)。4.如权利要求3所述的能够预防脱齿的固定切削齿钻头，其特征在于:所述齿窝(3)的圆柱面上的沟槽(302)的横截面为矩形。5.如权利要求3所述的能够预防脱齿的固定切削齿钻头，其特征在于:所述齿窝(3)的圆柱面上的沟槽(302)的横截面为半圆形。6.如权利要求1所述的能够预防脱齿的固定切削齿钻头，其特征在于:所述切削齿的材料为PDC复合片、孕镶金刚石、硬质合金或立方氮化硼。
【专利摘要】本发明公开了一种能够预防脱齿的固定切削齿钻头,属于钻探用钻头技术领域。该钻头包括钻头体和切削齿，所述切削齿的底面设置有与切削齿成为一体的圆柱凸台，所述钻头体上的齿窝的底面还设置有圆形盲孔，切削齿结构与齿窝结构相适应，更进一步在所述齿窝的圆柱面上均匀设置有与齿窝轴线相互平行的沟槽。本发明的钻头与现有钻头技术的外观结构相同，但是通过优化、改进切削齿与齿窝的结构关系，增强了切削齿的固齿强度，并且还保护了银钎焊被过多冲蚀，能够有效地预防切削齿脱落。
【IPC分类】E21B10/43
【公开号】CN104963632
【申请号】CN201510419580
【发明人】李娜
【申请人】盘锦裕达钻采工具制造有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月17日