CN104747091A - 带齿穴的金刚石孕镶块 - Google Patents
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Abstract
本发明带齿穴的金刚石孕镶块由切削元件和金刚石孕镶块组成，其中，切削元件被镶嵌在金刚石孕镶块一侧的齿穴内。金刚石孕镶块分布有1-5个齿穴，与之配合切削元件为同样数量的1-5个。齿穴的形状包括圆柱形、扇柱形、楔形、六面体形、椭圆柱形和棱柱形的一种或几种，与之配合的切削元件的形状同样包括圆柱形、扇柱形、楔形、六面体形、椭圆柱形和棱柱形的一种或几种。本发明用于孕镶金刚石钻头的心部，线速度较低，产生热量少，镶装切削元件能够正常工作，镶装的切削元件和金刚石孕镶块协同工作，起双保险作用，较好预防孕镶金刚石钻头的掏心现象，有利于提高进尺。该带齿穴的金刚石孕镶块可用于石油、地质钻头中。
Description
技术领域
本发明属于石油、地质钻井钻头用切削元件。
背景技术
目前，孕镶金刚石钻头广泛用于石油、地质硬岩钻井，取得了好的使用效果。已有的金刚石孕镶块主要为：1.用于石材锯的刀头或节块,以长方体为基本形，把长方体的两个平行面改为与锯的直径相匹配的圆弧面，为提高锯切效率，在刃口纵向分层或形成波浪状，为降低锯切阻力，在刀头两侧开槽。2.用于取心钻头上的孕镶块，为两平行面与取心钻头匹配圆弧面的近似长方体，为提高钻井时效在顶部设计倒角、分层、周向开槽、尖齿、球顶齿、径向开槽，为减小阻力，在内外壁设计沟槽，为增强焊接强度，增大焊接平面、设计成角形焊口。这些刀头或孕镶块都是单一的孕镶块结构。这些孕镶块用于孕镶金刚石钻头的心部不能很好地预防掏心。
发明内容
本发明为解决已有的金刚石孕镶块用于孕镶金刚石钻头的心部不能很好预防掏心的问题，提供一种带齿穴的金刚石孕镶块。
本发明的一种带齿穴的金刚石孕镶块，由切削元件和金刚石孕镶块组成，其中，切削元件被镶嵌在金刚石孕镶块一侧的齿穴内。
上述方案进一步包括：
金刚石孕镶块分布有1-5个齿穴，与之配合切削元件为同样数量的1-5个。
齿穴的形状包括圆柱形、扇柱形、楔形、六面体形、椭圆柱形和棱柱形的一种或几种，与之配合的切削元件的形状同样包括圆柱形、扇柱形、楔形、六面体形、椭圆柱形和棱柱形的一种或几种。
切削元件为人造聚晶金刚石复合片、热稳定人造聚晶金刚石、立方氮化硼块、耐磨陶瓷块或天然金刚石颗粒。
金刚石孕镶块是金刚石颗粒和基体粉料的烧结体。
采用这种结构后，新型带齿穴的金刚石孕镶块上镶装上切削元件，镶装的切削元件和金刚石孕镶块协同工作，起双保险作用。用于孕镶金刚石钻头的心部，线速度较低，产生热量少，镶装切削元件能够正常工作，切削心部岩石。当镶装切削元件损坏时，金刚石孕镶块能接替成为主切削元件切削心部岩石，较好预防孕镶金刚石钻头的掏心现象。同时新型带齿穴的金刚石孕镶块用于孕镶金刚石钻头的心部，确保了心部岩石快速切削，不会出现心部岩心顶住钻头影响机械钻速的现象，可以大幅提高孕镶金刚石钻头的机械钻速和进尺。
附图说明
图1.1 第一种带齿穴的金刚石孕镶块结构主视图
图1.2 第一种带齿穴的金刚石孕镶块结构左视图
图1.3 第一种带齿穴的金刚石孕镶块结构俯视图
图2.1 第二种带齿穴的金刚石孕镶块结构主视图
图2.2 第二种带齿穴的金刚石孕镶块结构左视图
图2.3 第二种带齿穴的金刚石孕镶块结构俯视图
图3.1 第三种带齿穴的金刚石孕镶块结构主视图
图3.2 第三种带齿穴的金刚石孕镶块结构左视图
图3.3 第三种带齿穴的金刚石孕镶块结构俯视图
图4.1第一种带齿穴的金刚石孕镶块镶装切削元件主视图
图4.2 第一种带齿穴的金刚石孕镶块镶装切削元件左视图
图4.3 第一种带齿穴的金刚石孕镶块镶装切削元件俯视图
图5 带齿穴的金刚石孕镶块镶装在钻头基体上的示意图
图中1.齿穴，2.金刚石孕镶块，3.切削元件，4.基体。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的详细说明。
带齿穴的金刚石孕镶块由切削元件和金刚石孕镶块组成。齿穴为镶装人造聚晶金刚石复合片(PDC)、热稳定聚晶金刚石(TSP)和/或立方氮化硼块(CBN或PCBN)等切削元件的位置，位于带齿穴的金刚石孕镶块的侧面。切削元件的形状为圆柱形、扇柱形、楔形、六面体形、椭圆柱形或棱柱形，为此齿穴的形状为圆柱形、扇柱形、楔形、六面体形、椭圆柱形或棱柱形。每块带齿穴的金刚石孕镶块上可有1个、2个、3个、4个或5个齿穴，金刚石孕镶块为当镶装切削元件损坏后起替补作用的切削元件，是金刚石颗粒和基体材料的混合烧结体。金刚石颗粒为天然金刚石颗粒、热稳定人造聚晶金刚石(TSP)、人造金刚石颗粒。基体材料为碳化钨粉、铜粉、镍粉、钴粉。
实施方式一：
如图1.1、图1.2、图1.3所示的带齿穴的金刚石孕镶块由齿穴1，金刚石孕镶块2组成，齿穴1为镶装切削元件的位置，图中为圆柱形孔，镶装PDC复合片等，孔的具体形状随使用切削齿的形状确定。金刚石孕镶块2是金刚石颗粒和基体粉料的混烧结体，金刚石颗粒为天然金刚石颗粒、人造金刚石、热稳定聚晶金刚石和立方氮化硼块，基体粉料为20%~70%碳化钨粉、20%~60%铜粉、3%~20%镍粉、10%~60%钴粉。金刚石孕镶块2上的弧面和球面是为减少应力集中，增强孕镶块的焊接强度。齿穴1的直径与金刚石孕镶块2的宽度相同。
实施方式二：如图2.1、图2.2、图2.3所示的带齿穴的金刚石孕镶块，与实施方式一的图1.1、图1.2、图1.3所示带齿穴的金刚石孕镶块的区别在于金刚石孕镶块2的宽度比齿穴1的直径大。带齿穴的金刚石孕镶块的各弧面也随着变化。
实施方式三：如图3.1、图3.2、图3.3所示的带齿穴的金刚石孕镶块，与实施方式一的图1.1、图1.2、图1.3所示带齿穴的金刚石孕镶块的区别在于金刚石孕镶块2上布置2个齿穴1，即带双齿穴的金刚石孕镶块。
还可以设计带3个以上齿穴的金刚石孕镶块，齿穴1的形状随切削元件的形状变化而变化，金刚石孕镶块2能够设计成更多的形状。
如图4.1、图4.2、图4.3所示，带齿穴的金刚石孕镶块2的齿穴1中镶装有切削元件3。切削元件3除圆柱形外，还有扇柱形、楔形、六面体形、椭圆柱形或棱柱形，为此齿穴的形状对应为圆柱形、扇柱形、楔形、六面体形、椭圆柱形或棱柱形。切削元件3为人造聚晶金刚石复合片、热稳定人造聚晶金刚石、立方氮化硼块、耐磨陶瓷块和天然金刚石颗粒。
如图5所示，镶装有切削元件3的带齿穴的金刚石孕镶块2镶装在基体4中，金刚石孕镶块2设计为有利于提高与基体4连接强度及减小应力集中的形状和有利于提高切削效率及使用寿命的形状。
在现场使用时，镶装有切削元件3的带齿穴的金刚石孕镶块2镶装在钻头心部的基体4中。当钻头钻进地层时，心部切削齿的线速度较低，产生的热量较少，温度较低，一般能满足PDC复合片的工作要求。从PDC钻头的工作情况看，PDC复合片能很好预防掏心现象出现。实践证明，PDC复合片用于孕镶金刚石钻头心部能较好预防掏心，预防孕镶金刚石钻头先期损坏，有利于提高进尺。同时，因为PDC复合片切削地层需要的钻压和扭矩低于金刚石孕镶块，因此可以起提速作用。镶装在齿穴1中的切削元件3也可以为立方氮化硼块、耐磨陶瓷块、热稳定人造聚晶金刚石和天然金刚石颗粒。当钻遇研磨性强的岩石时，复合片等切削元件3被较快损坏时，金刚石孕镶块2将作为替代切削元件继续切削地层岩石，继续保持不被掏心。此结构对钻头掏心起双保险作用。
Claims (5)
1.一种带齿穴的金刚石孕镶块，由切削元件(3)和金刚石孕镶块(2)组成，其特征在于：切削元件(3)被镶嵌在金刚石孕镶块(2)一侧的齿穴(1)内。
2.根据权利要求1所述的带齿穴的金刚石孕镶块，其特征在于：金刚石孕镶块(2)分布有1-5个齿穴(1)，与之配合切削元件(3) 为同样数量的1-5个。
3.根据权利要求1或2所述的带齿穴的金刚石孕镶块，其特征在于：齿穴(1)的形状包括圆柱形、扇柱形、楔形、六面体形、椭圆柱形和棱柱形的一种或几种，与之配合的切削元件(3)的形状同样包括圆柱形、扇柱形、楔形、六面体形、椭圆柱形和棱柱形的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的带齿穴的金刚石孕镶块，其特征在于：切削元件(3)为人造聚晶金刚石复合片、热稳定人造聚晶金刚石、立方氮化硼块、耐磨陶瓷块或天然金刚石颗粒。
5.根据权利要求1或2所述的带齿穴的金刚石孕镶块，其特征在于：金刚石孕镶块(2)是金刚石颗粒和基体粉料的烧结体。
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