一種基于減震結(jié)構(gòu)的pdc切削齒的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油天然氣、地質(zhì)勘探用鉆井鉆頭上的切削齒，特別是一種基于減震結(jié)構(gòu)的roc切削齒。
【背景技術(shù)】
[0002]PDC聚晶金剛石復(fù)合片:polycrystalline diamond composite是由聚晶金剛石I和硬質(zhì)合金基體2構(gòu)成的一種復(fù)合材料，如圖1所示。它既有聚晶金剛石的高硬度又有一定的韌性和抗沖擊性能，是一種重要的超硬刀具材料。PDC鉆頭3是用多片PDC4固定到鉆頭刀翼5上的一種鉆井工具，如圖2所示。目前，由于roc鉆頭在井眼質(zhì)量、機(jī)械鉆速以及使用壽命等方面表現(xiàn)良好，被廣泛用于油氣開采和地質(zhì)勘探，并取得了突出的使用效果。但是PDC鉆頭在高沖擊性巖層，特別是在含礫石巖層的使用過程中效果不佳，其主要失效形式表現(xiàn)為PDC的崩損。在高沖擊性巖層中，PDC的抗沖擊能力不足是導(dǎo)致roc崩損，進(jìn)而導(dǎo)致roc鉆頭失效的主要原因。
[0003]為了提高PDC的抗沖擊性能，目前最普遍的做法是調(diào)整PDC的材料配方和燒制工藝，但此技術(shù)方案的研發(fā)周期長(zhǎng)、研發(fā)成本高，同時(shí)PDC的抗沖擊性能和抗研磨性能是相互矛盾的，提高了抗沖擊性能，其抗研磨性就隨之下降。而roc在高沖擊性巖層的工程使用中，除了需要高水平的抗沖擊性能同時(shí)還要保證roc的抗研磨性。所以調(diào)整PDC的材料配方和燒制工藝的技術(shù)方案有一定的局限性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于減震結(jié)構(gòu)的PDC切削齒O
[0005]本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種基于減震結(jié)構(gòu)的roc切削齒，它包括roc切削齒，所述的PDC切削齒安裝在roc鉆頭的鉆頭刀翼上，所述的pdc切削齒包括活動(dòng)PDC復(fù)合片、襯套、限位器和阻尼器，所述的襯套上開設(shè)有一安裝孔，活動(dòng)PDC復(fù)合片安裝在安裝孔內(nèi)，且活動(dòng)roc復(fù)合片上開設(shè)有限位槽，所述的襯套的側(cè)壁上開設(shè)有與限位槽相對(duì)應(yīng)的限位孔，所述的限位器穿入限位孔且其前端位于限位槽內(nèi)，在襯套的安裝孔底部與活動(dòng)roc復(fù)合片底部之間設(shè)置有阻尼器。
[0006]所述的活動(dòng)PDC復(fù)合片由聚晶金剛石和硬質(zhì)合金基體組成，且聚晶金剛石位于硬質(zhì)合金基體前端。
[0007]所述的安裝孔為圓形盲孔。
[0008]所述的阻尼器為彈簧或橡膠。
[0009]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型的roc切削齒設(shè)置有阻尼器，阻尼器的壓縮一方面能吸收部分沖擊載荷，另一方面延長(zhǎng)了沖擊時(shí)間，因此減小了沖擊力，提高了PDC切削齒的抗沖擊能力；設(shè)置有限位槽和限位器，限位器并不能限制活動(dòng)PDC復(fù)合片的周向旋轉(zhuǎn)，從而使得活動(dòng)PDC復(fù)合片切削面不是同一部位一直承受沖擊，而是活動(dòng)roc復(fù)合片的切削面的周向各部分均有機(jī)會(huì)參與對(duì)巖層切削并承受沖擊，進(jìn)一步避免了活動(dòng)PDC復(fù)合片切削面同一部位因頻繁承受沖擊而造成的疲勞失效，提升整體的抗沖擊性和壽命。
【附圖說明】
[0010]圖1為活動(dòng)roc復(fù)合片示意圖；
[0011]圖2為roc鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0013]圖4為本實(shí)用新型正常切削巖層時(shí)的意圖；
[0014]圖5為本實(shí)用新型受到?jīng)_擊時(shí)的示意圖；
[0015]圖6為本實(shí)用新型受到?jīng)_擊時(shí)活動(dòng)roc復(fù)合片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的示意圖；
[0016]圖中，1-聚晶金剛石，2-硬質(zhì)合金基體，3-PDC鉆頭，4-PDC切削齒，5-鉆頭刀翼，6-活動(dòng)roc復(fù)合片，7-襯套，8-限位器，9-阻尼器，I O-限位槽，11-限位孔，12-PDC切削齒軸線。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于以下所述:
[0018]如圖1、圖2和圖3所示，一種基于減震結(jié)構(gòu)的PDC切削齒，它包括PDC切削齒4，所述的PDC切削齒4安裝在roc鉆頭3的鉆頭刀翼5上，所述的PDC切削齒4包括活動(dòng)PDC復(fù)合片6、襯套7、限位器8和阻尼器9，所述的襯套7上開設(shè)有一安裝孔，活動(dòng)PDC復(fù)合片6安裝在安裝孔內(nèi)，在本實(shí)施例中，所述的活動(dòng)roc復(fù)合片6由聚晶金剛石I和硬質(zhì)合金基體2組成，且聚晶金剛石I位于硬質(zhì)合金基體2前端，所述的安裝孔為圓形盲孔，因此當(dāng)活動(dòng)PDC復(fù)合片6收到?jīng)_擊時(shí)，活動(dòng)PDC復(fù)合片6能夠產(chǎn)生周向旋轉(zhuǎn)，從而使得聚晶金剛石I磨損均勾，提高活動(dòng)PDC復(fù)合片6的使用壽命，且活動(dòng)roc復(fù)合片6上開設(shè)有限位槽10，且限位槽10周向的分布在硬質(zhì)合金基體2的圓周上，所述的襯套7的側(cè)壁上開設(shè)有與限位槽10相對(duì)應(yīng)的限位孔11，所述的限位器8穿入限位孔11且其前端位于限位槽?ο內(nèi)，在襯套7的安裝孔底部與活動(dòng)roc復(fù)合片6底部之間設(shè)置有阻尼器9，阻尼器9安裝好后，阻尼器被壓縮，具有一推動(dòng)活動(dòng)roc復(fù)合片6的預(yù)壓力，從而使得限位器8與限位槽10的左側(cè)側(cè)壁相緊靠。
[0019]在本實(shí)施例中，所述的阻尼器9為彈簧，在具體工作過程中，阻尼器9也可以是橡膠，以及替它能產(chǎn)生彈性形變的材料制成。
[0020]本實(shí)用新型的工作過程如下:在活動(dòng)PDC復(fù)合片6壓縮阻尼器9并裝配限位器8后，阻尼器9將產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力FP，在不切削巖層時(shí)Fp主要由限位器8與限位槽10左側(cè)壁接觸時(shí)產(chǎn)生的作用力fr來平衡，使活動(dòng)PDC復(fù)合片6在軸向上保持靜止而不被彈出襯套7。當(dāng)切削巖層時(shí)，如圖4和圖5所示，F(xiàn)p主要由fr和巖層反作用在活動(dòng)PDC復(fù)合片6軸向上的分力f ia平衡，使活動(dòng)PDC復(fù)合片6在軸向上保持靜止。當(dāng)PDC切削齒4受到?jīng)_擊時(shí)，如圖6所示，PDC鉆頭按照?qǐng)D6中箭頭方向做繞PDC切削齒軸線12旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，開始Fp主要由f r和沖擊力f ^平衡，隨著fia的增大，逐漸變小，直至變?yōu)榱?匕3繼續(xù)增大，活動(dòng)I3DC復(fù)合片6將發(fā)生軸向移動(dòng)并壓縮阻尼器9，阻尼器9產(chǎn)生彈力Fe，F(xiàn)e隨著阻尼器的壓縮程度增高而逐漸變大，最終阻止活動(dòng)roc復(fù)合片6的軸向移動(dòng)，并在沖擊載荷逐漸消除后將活動(dòng)roc復(fù)合片6恢復(fù)到初始位置。在此過程中，阻尼器9的壓縮和反彈吸收了部分沖擊載荷，將其轉(zhuǎn)化為熱能釋放;同時(shí)延長(zhǎng)了沖擊載荷在活動(dòng)PDC復(fù)合片6上的作用時(shí)間，根據(jù)沖量公式I=Ft:1:沖量，F(xiàn):作用力，t:作用時(shí)間，在沖量一定時(shí)，延長(zhǎng)了作用時(shí)間肩減小了作用力，提升了整個(gè)roc切削齒的抗沖擊能力。由于活動(dòng)roc復(fù)合片6在周向自由度上沒有約束，即活動(dòng)PDC復(fù)合片6可以繞PDC切削齒軸線12旋轉(zhuǎn)。當(dāng)活動(dòng)roc復(fù)合片6受到?jīng)_擊時(shí)，由于roc切削齒軸線12與roc切削齒的移動(dòng)方向之間存在夾角，所以在活動(dòng)roc復(fù)合片6受到?jīng)_擊時(shí)會(huì)在其切削面切向方向會(huì)產(chǎn)生一切向分力fit，在fit的作用下，活動(dòng)PDC6將繞PDC切削齒軸線12旋轉(zhuǎn)一定角度，如圖6所示，活動(dòng)roc復(fù)合片6的旋轉(zhuǎn)使得活動(dòng)PDC復(fù)合片6切削面不是同一部位一直承受沖擊，而是活動(dòng)roc復(fù)合片6切削面的周向各部分均有機(jī)會(huì)參與對(duì)巖層切削并承受沖擊，進(jìn)一步避免了活動(dòng)roc復(fù)合片6切削面同一部位因頻繁承受沖擊而造成的疲勞失效，提升整體的抗沖擊性和壽命，其中:Fp-阻尼器預(yù)應(yīng)力，F(xiàn)e-阻尼器進(jìn)一步壓縮后的彈力，fr-限位器限位產(chǎn)生的反作用力，fia-沖擊力在切削齒軸向上的分力，fit-沖擊力在切削齒切向上的分力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于減震結(jié)構(gòu)的roc切削齒，它包括PDC切削齒(4)，所述的roc切削齒(4)安裝在PDC鉆頭(3)的鉆頭刀翼(5)上，其特征在于:所述的PDC切削齒(4)包括活動(dòng)PDC復(fù)合片(6)、襯套(7)、限位器(8)和阻尼器(9)，所述的襯套(7)上開設(shè)有一安裝孔，活動(dòng)TOC復(fù)合片(6)安裝在安裝孔內(nèi)，且活動(dòng)roc復(fù)合片(6)上開設(shè)有限位槽(10)，所述的襯套(7)的側(cè)壁上開設(shè)有與限位槽(10)相對(duì)應(yīng)的限位孔(11)，所述的限位器(8)穿入限位孔(11)且其前端位于限位槽(10)內(nèi)，在襯套(7)的安裝孔底部與活動(dòng)roc復(fù)合片(6)底部之間設(shè)置有阻尼器(9)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于減震結(jié)構(gòu)的roc切削齒，其特征在于:所述的活動(dòng)roc復(fù)合片(6)由聚晶金剛石(I)和硬質(zhì)合金基體(2)組成，且聚晶金剛石(I)位于硬質(zhì)合金基體(2)前端。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于減震結(jié)構(gòu)的PDC切削齒，其特征在于:所述的安裝孔為圓形盲孔。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于減震結(jié)構(gòu)的PDC切削齒，其特征在于:所述的阻尼器(9)為彈簧或橡膠。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于減震結(jié)構(gòu)的PDC切削齒，它包括PDC切削齒（4），PDC切削齒（4）安裝在PDC鉆頭（3）的鉆頭刀翼（5）上，PDC切削齒（4）包括活動(dòng)PDC復(fù)合片（6）、襯套（7）、限位器（8）和阻尼器（9），襯套（7）上開設(shè)有一安裝孔，活動(dòng)PDC復(fù)合片（6）安裝在安裝孔內(nèi)，且活動(dòng)PDC復(fù)合片上開設(shè)有限位槽（10），襯套（7）的側(cè)壁上開設(shè)有與限位槽（10）相對(duì)應(yīng)的限位孔（11），限位器穿入限位孔（11）且其前端位于限位槽（10）內(nèi)，在襯套（7）的安裝孔底部與活動(dòng)PDC復(fù)合片底部之間設(shè)置有阻尼器（9）。本實(shí)用新型的有益效果是：它具有延長(zhǎng)沖擊時(shí)間、抗沖擊能力強(qiáng)和使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】E21B10/46, E21B12/00
【公開號(hào)】CN205370456
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620202112
【發(fā)明人】張建華, 李宗濤
【申請(qǐng)人】成都迪普金剛石鉆頭有限責(zé)任公司
【公開日】2016年7月6日
【申請(qǐng)日】2016年3月16日