專利名稱：一種牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油和地質(zhì)部門鉆井用鑲齒牙輪鉆頭，是一種牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒。
鉆井過程中，牙輪鉆頭的合金齒在高研磨性的環(huán)境下持續(xù)工作。這種高研磨的環(huán)境是由于用泥漿、空氣等作為冷卻、循環(huán)、沖洗和從井底攜帶巖屑的介質(zhì)所造成的。在硬地層鉆井時(shí)，常使用鑲齒牙輪鉆頭，硬質(zhì)合金齒鑲裝在牙輪殼體上，它與牙輪殼體的交界處不僅是截面突變區(qū)，而且是材料硬度突變區(qū)。在鉆井過程中，合金齒除受到壓力、沖擊力和剪力作用之外，還要受到攜帶著研磨性顆粒的高速泥漿的沖蝕作用。當(dāng)高速液流流經(jīng)合金齒時(shí)，在齒與殼體交界區(qū)形成高速環(huán)流。這種環(huán)流具有很高的速度梯度，即最貼近合金齒處流速最高，而離開合金齒后，流速會(huì)急劇降低，高速泥漿環(huán)流攜裹著研磨性巖屑，迅速磨蝕交界處較軟的牙輪殼體，形成很深的環(huán)形溝槽，使合金齒的出露高度增加，固齒力下降，從而造成牙輪掉齒，降低鉆頭使用壽命。通過提高牙輪殼體硬度的方法來解決該處的沖蝕磨損問題，國(guó)內(nèi)外都有許多嘗試。美國(guó)專利3,461,983和3,513,728公開了一種牙輪殼體強(qiáng)化方法，即在鉆出齒孔后用一種材料將齒孔塞住，然后環(huán)繞著填塞物敷焊硬材料，最后將填塞物取出，鑲?cè)牒辖瘕X。這種方法的實(shí)際效用很差，因?yàn)樵诜蠛赣膊牧蠒r(shí)，會(huì)導(dǎo)致齒孔變形，影響牙輪殼體對(duì)合金齒的抱緊力，從而造成掉齒。在鑲齒后敷焊同樣因抱緊力釋放而導(dǎo)致鉆頭工作時(shí)掉齒。在牙輪殼體上敷焊硬材料后再鉆孔也是不可行的。因?yàn)橛膊牧虾干虾?，孔很難鉆，即使鉆出來，壓齒時(shí)在孔口表面也會(huì)形成裂紋，從而導(dǎo)致掉齒。
本實(shí)用新型的目的是提供一種牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒，它能防止泥漿流對(duì)合金齒與牙輪殼體交界處的沖蝕，從而有效地保護(hù)合金齒和牙輪殼體，減少合金齒的脫落現(xiàn)象，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命，而且實(shí)用性強(qiáng)，工藝簡(jiǎn)單、成本低、效果好。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在合金齒出入段和埋入段之間有一個(gè)臺(tái)肩，臺(tái)肩面略向下凹或臺(tái)肩與出入段之間有一個(gè)過渡圓弧。依靠硬質(zhì)合金齒臺(tái)肩的耐沖蝕性抵擋貼近合金齒周圍的高速泥漿環(huán)流的沖蝕作用。可以有效地保護(hù)合金齒和牙輪殼體，減少合金齒的脫落現(xiàn)象。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。


圖1是一種普通三牙輪鉆頭的剖面示意圖。
圖2是改進(jìn)前合金齒的安裝簡(jiǎn)圖。
圖3是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例。
圖4是本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例。
圖5是本實(shí)用新型馬鞍形分界面齒示意圖。
圖6是本實(shí)用新型平面形分界面齒示意圖。
圖7是本實(shí)用新型齒安裝在牙輪齒孔口帶有一平面的安裝示意圖。
附圖中1.牙掌；2.流道；3.噴嘴；4.牙輪；5.合金齒；6.出入段7.合金齒與牙輪殼體交界區(qū)；8.埋入段；9.牙輪殼體；10.臺(tái)肩；11.過渡圓??；12.牙輪齒孔口平面；13.防沖蝕齒埋入段與出入段分界面。
圖1中泥漿經(jīng)流道(2)、噴嘴(3)噴向牙輪(4)和合金齒(5)。
圖2中泥漿在合金齒與牙輪殼體交界區(qū)(7)形成高速環(huán)流，將該處沖蝕出環(huán)形溝槽，導(dǎo)致合金齒(5)出露高度增加、固齒力下降，造成掉齒現(xiàn)象。
實(shí)施例1中，合金齒(5)的出入段(6)和埋入段(8)之間有一個(gè)略向下凹的臺(tái)肩(10)，這樣，原合金齒與牙輪殼體交界處高速環(huán)流區(qū)(7)的材料硬度突變現(xiàn)象得以消除。依靠硬質(zhì)合金臺(tái)肩(10)的耐沖蝕性抵擋貼近合金齒(5)的高速泥漿環(huán)流的沖蝕作用。而臺(tái)肩(10)外環(huán)流速度迅速降低，加之下凹臺(tái)肩的導(dǎo)流作用，其導(dǎo)流角為α，一般α值為10°～90°。埋入段(10)略微低于牙輪殼體(9)，或與牙輪殼體(9)平齊，因而合金齒與牙輪殼體交界區(qū)(7)不會(huì)發(fā)生沖蝕。臺(tái)肩寬度為0.1～3毫米，最佳為0.7毫米，臺(tái)肩凹陷深度為0.12～1.5毫米，最佳為0.5毫米。
實(shí)施例2中，合金齒(5)的出入段(6)和埋入段(8)之間有一個(gè)臺(tái)肩(10)，臺(tái)肩(10)與出入段(6)之間有一個(gè)過渡圓弧(11)，利用硬質(zhì)合金臺(tái)肩的耐沖蝕性能，抵擋貼近合金齒(5)的高速泥漿環(huán)流的沖蝕作用，從而防止合金齒與牙輪殼體交界區(qū)(7)出現(xiàn)圓環(huán)形沖蝕槽，減少合金齒因泥漿沖蝕而脫落的現(xiàn)象。臺(tái)肩面與出入段的過度圓弧半徑為0.1～3毫米。
實(shí)施例3中，為了提高防沖蝕效果，確保埋入段(10)略微低于牙輪殼體(9)，或與牙輪殼體(9)平齊，在實(shí)施例1和實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，將防牙輪殼體沖蝕齒的埋入段與出入段的交界面做成馬鞍形(圖5)，使交界面與牙輪基體吻合。
實(shí)施例4中，為了提高防沖蝕效果，確保埋入段(10)略微低于牙輪殼體(9)，或與牙輪殼體(9)平齊，在實(shí)施例1和實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，也可將防牙輪殼體沖蝕齒的埋入段與出入段的交界面做成平面形(圖6)，并在牙輪鉆鉸齒孔時(shí)，先在齒孔口銑一小平面(12)，使牙輪齒孔口處于該平面內(nèi)，并且該平面與齒孔中心線垂直(圖7)。
由于采用上述方案，可以達(dá)到防止泥漿流對(duì)合金齒與牙輪殼體交界區(qū)(7)的沖蝕，有效地保護(hù)合金齒(5)和牙輪殼體(9)，減少合金齒(5)的脫落現(xiàn)象，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命，降低鉆井成本的目的，實(shí)用性強(qiáng)，工藝簡(jiǎn)單、成本低、效果好。
權(quán)利要求1.一種牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒，其特征是合金齒的埋入段和出入段之間有一個(gè)臺(tái)肩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒，其特征是臺(tái)肩寬度為0.1～3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒，其特征是臺(tái)肩面向下凹陷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒，其特征是臺(tái)肩面凹陷深度為0.12～1.5mm，導(dǎo)流角α為10°～90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒，其特征是臺(tái)肩面與出入段圓弧過渡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒，其特征是臺(tái)肩面與出入段的過渡圓弧半徑為0.1～3.0mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒，其特征是合金齒臺(tái)肩略微低于牙輪殼體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒，其特征是合金齒臺(tái)肩與牙輪殼體的高度為0～1mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒，其特征是合金齒安裝在齒孔口帶有一小平面的牙輪殼體上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒，其特征是齒孔口完全處于該小平面內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒，其特征是合金齒臺(tái)肩面形狀可以是帶凹槽的馬鞍形，或不帶凹槽的馬鞍形，或帶凹槽的平面形，或不帶凹槽平面形。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種牙輪鉆頭用硬質(zhì)合金齒。它的出入段和埋入段之間有一個(gè)向下凹陷的臺(tái)肩面或圓弧臺(tái)肩面,當(dāng)泥漿流繞出入段高速旋轉(zhuǎn)時(shí),由硬度高、耐沖蝕性能好的臺(tái)肩面承受高速泥漿流的沖蝕;合金齒埋入段露出少,同時(shí)由于高速泥漿流的離心作用和凹陷臺(tái)肩的導(dǎo)流作用,埋入段外泥漿的流速迅速降低,從而防止合金齒與牙輪殼體交界區(qū)出現(xiàn)圓環(huán)形沖蝕槽,減少合金齒因泥漿沖蝕而脫落的現(xiàn)象,達(dá)到保護(hù)合金齒、提高鉆頭使用性能的目的。
文檔編號(hào)E21B10/46GK2365389SQ99237120
公開日2000年2月23日 申請(qǐng)日期1999年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月27日
發(fā)明者邵增元, 郭國(guó)忠 申請(qǐng)人:江漢石油鉆頭股份有限公司