復(fù)合齒的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種石油、天然氣、礦山及地?zé)豳Y源鉆探領(lǐng)域，尤其涉及一種聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭上所用的復(fù)合齒。
【背景技術(shù)】
[0002]在地下資源鉆探工程中，最常見的鉆井鉆頭有三牙輪鉆頭和聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭兩種。聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭英文為Polycrystalline Diamond Compact bit，因此，通常將其稱為PDC鉆頭。
[0003]巖石的剪切強(qiáng)度通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度，顯然采用剪切方式破碎巖石比用壓碎方式要容易而有效的多。PDC鉆頭的復(fù)合片切削結(jié)構(gòu)正是利用了巖石這一力學(xué)特性，采用安裝在鉆頭體上的切削齒通過犁削方式來破碎巖石，從而達(dá)到了快速鉆井的目的。
[0004]由于地下巖石的組成成分非常復(fù)雜且多變，經(jīng)常含有很高比例的石英，或者非常致密，普通材料甚至硬質(zhì)合金材料做成的切削元件在破碎巖石時(shí)都很容易磨損，為了提高PDC鉆頭切削齒的使用壽命，圖1公開了聚晶金剛石-硬質(zhì)合金復(fù)合片3和聚晶金剛石-硬質(zhì)合金復(fù)合齒4作為PDC鉆頭切削齒，所述聚晶金剛石-硬質(zhì)合金復(fù)合齒4由一層聚晶金剛石和硬質(zhì)合金本體通過高溫超高壓的工藝條件下燒結(jié)而成。其利用聚晶金剛石的極高耐磨性以及硬質(zhì)合金的良好韌性及可焊性。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)的聚晶金剛石復(fù)合齒的典型外觀為下部為圓柱體，上部為球頂，中部為錐體(有時(shí)沒有)，下部為硬質(zhì)合金基體。聚晶金剛石層最大外徑與硬質(zhì)合金的最大外徑一致。人們嘗試采取了不同方法來提高復(fù)合齒的性能。如申請(qǐng)(專利)號(hào)為201320435384.0通過改進(jìn)聚晶金剛石與硬質(zhì)合金接觸面的結(jié)構(gòu)，以提高聚晶金剛石層與硬質(zhì)合金本體的結(jié)合強(qiáng)度，達(dá)到提高復(fù)合齒抗沖擊性的目的。如申請(qǐng)(專利)號(hào)201120180532.X公開了在金剛石層的前端增設(shè)一個(gè)圓錐體以避免卡鉆事故的復(fù)合齒結(jié)構(gòu)。
[0006]PDC鉆頭I通常包括3-6個(gè)刀翼2和5_9水孔5。一般采用釬焊工藝在每個(gè)刀翼上焊接一些金剛石復(fù)合片3。對(duì)于抗壓強(qiáng)度非常高的地層，有的PDC鉆頭上還鑲嵌了金剛石復(fù)合齒4。如美國專利US2012205163公開了一種包含錐形復(fù)合齒的PDC鉆頭切削結(jié)構(gòu)，其目的在于利用其所述的錐形復(fù)合齒的錐頂部位對(duì)地層巖石進(jìn)行預(yù)破碎，以達(dá)到提高鉆井速度的目的。美國專利US8851207也公開了一種刀翼上設(shè)有鑿入切削元件的PDC鉆頭結(jié)構(gòu)，也是為了達(dá)到相同的目的。
[0007]如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)合齒為了提高錐形復(fù)合齒4的預(yù)破碎效率，通常錐形復(fù)合齒4的錐形部分高度較高，其圓錐體與圓柱體結(jié)合部位成尖角，內(nèi)部應(yīng)力很大；且復(fù)合齒安裝在PDC鉆頭體上時(shí)，圓錐體部分完全露出，當(dāng)錐頂部位接觸巖石、犁削巖石時(shí)，復(fù)合齒受到很大的橫向力，因此存在復(fù)合齒的錐形部分與圓柱部分?jǐn)嗔训娘L(fēng)險(xiǎn)。而且，由于現(xiàn)有技術(shù)的錐形復(fù)合齒底面與柱面夾角成90°，在將錐形復(fù)合齒壓入到PDC鉆頭體的齒孔時(shí)，齒孔孔壁容易損壞，因固齒力不足而導(dǎo)致復(fù)合齒脫落?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型目的是提供一種復(fù)合齒，所述復(fù)合齒具有較高的抗彎強(qiáng)度，而且不易從齒孔脫落。
[0009]本實(shí)用新型解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:一種復(fù)合齒，其包括齒本體和錐球形金剛石層；
[0010]所述齒本體包括球狀頂部、圓臺(tái)部、承載過渡部、圓柱體、導(dǎo)向過渡部和導(dǎo)向體；
[0011]所述導(dǎo)向體為圓臺(tái)狀回轉(zhuǎn)體，所述導(dǎo)向過渡部固定于所述導(dǎo)向體直徑較大的一端;
[0012]所述圓柱體固定于所述導(dǎo)向過渡部上；所述圓柱體的回轉(zhuǎn)軸線與所述導(dǎo)向過渡部和所述導(dǎo)向體的軸線重合；
[0013]所述承載過渡部固定于所述圓柱體上；
[0014]所述圓臺(tái)部的直徑較大的一端固定于所述承載過渡部上；
[0015]所述球狀頂部固定于所述圓臺(tái)部的另一端上，且所述球狀頂部與所述圓臺(tái)部的旋轉(zhuǎn)軸線重合，且母線相切；
[0016]所述承載過渡部與所述圓臺(tái)部和所述圓柱體圓滑連接；
[0017]所述錐球形金剛石層覆蓋于所述球狀頂部和圓臺(tái)部上。
[0018]可選的，所述承載過渡部為回轉(zhuǎn)體，所述承載過渡部的回轉(zhuǎn)軸線與所述圓柱體和所述圓臺(tái)部的回轉(zhuǎn)軸線重合；所述承載過渡部的上表面和下表面平行，且所述承載過渡部的母線為向外凸出的弧線。
[0019]可選的，所述承載過渡部的上表面和下表面之間具有第一夾角，所述第一夾角為小于30度的銳角。
[0020]可選的，所述導(dǎo)向過渡部與所述圓柱體和所述導(dǎo)向體圓滑連接。
[0021]可選的，所述圓臺(tái)部的錐角為30° -150°。
[0022]可選的，所述球狀頂部的球徑為2-10mm。
[0023]可選的，所述導(dǎo)向體的母線與其回轉(zhuǎn)軸線之間的夾角為15-45°。
[0024]可選的，所述錐球形金剛石層的厚度為0.5_5mm。
[0025]可選的，所述圓柱體的外表面沿所述圓柱體的高度方向設(shè)置有多個(gè)鋸齒狀凸起；所述鋸齒狀凸起沿所述圓柱體的外表面的周向均勻分布。
[0026]可選的，所述鋸齒狀凸起的齒高為0.8mm，兩個(gè)相鄰的鋸齒表面之間的夾角為
55。。
[0027]本實(shí)用新型具有如下有益效果:本實(shí)用新型的復(fù)合齒采用了承載過渡部連接所述圓臺(tái)部和圓柱體，而且所述承載過渡部與所述圓臺(tái)部和圓柱體圓滑連接，避免了圓臺(tái)體和圓柱體結(jié)合部位的尖角，減少了應(yīng)力集中，從而使得所述復(fù)合齒具有較高的抗彎強(qiáng)度；而且所述復(fù)合齒采用了導(dǎo)向體結(jié)構(gòu)，在將所述復(fù)合齒插入所述鉆頭齒孔時(shí)，能對(duì)所述復(fù)合齒進(jìn)行導(dǎo)向，避免了因?yàn)樗鰪?fù)合齒對(duì)所述鉆頭齒孔孔壁的破壞，因固齒力不足而導(dǎo)致復(fù)合齒脫落。
【附圖說明】
[0028]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的roc鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的復(fù)合齒的剖視圖；
[0030]圖3為本實(shí)用新型的復(fù)合齒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4為圖3的剖視圖；
[0032]圖5為本實(shí)用新型的復(fù)合齒的另一結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖6為本實(shí)用新型的復(fù)合齒的另一結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖7為圖6的A-A剖視圖；
[0035]圖中標(biāo)記示意為:11_球狀頂部；12-圓臺(tái)部；13-承載過渡部；14_圓柱體；15_導(dǎo)向過渡部；16-導(dǎo)向體；17-錐球形金剛石層；18-鋸齒狀凸起。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步闡述。
[0037]實(shí)施例1
[0038]本實(shí)施例提供了一種復(fù)合齒，其包括齒本體和錐球形金剛石層17。
[0039]所述齒本體包括球狀頂部11、圓臺(tái)部12、承載過渡部13、圓柱體14、導(dǎo)向過渡部15和導(dǎo)向體16 ;所述導(dǎo)向體16為回轉(zhuǎn)體，優(yōu)選地，可以為圓臺(tái)狀；所述導(dǎo)向過渡部15為回轉(zhuǎn)體，優(yōu)選地，所述導(dǎo)向過渡部15的母線為向外凸出的弧線，所述導(dǎo)向過渡部15固定于所述導(dǎo)向體16上，所述導(dǎo)向體16與所述導(dǎo)向過渡部15相固定的一端的直徑大于其另一端的直徑，以在將所述齒本體壓入鉆頭齒孔時(shí)，能避免對(duì)所述鉆頭齒孔造成損傷，從而避免復(fù)合齒從鉆頭齒孔中脫落，提高了聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭性能；所述圓柱體14固定于所述導(dǎo)向過渡部15上，且所述圓柱體14的回轉(zhuǎn)軸線與所述導(dǎo)向體16和導(dǎo)向過渡部15的回轉(zhuǎn)軸線重入口 ο
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