钻探用镶齿、牙轮钻头及钻探用镶齿的加工方法技术

本发明专利技术公开了一种钻探用镶齿、牙轮钻头及钻探用镶齿的加工方法，其中钻探用镶齿包括镶齿齿部，镶齿齿部包括设置在顶部的钻探面及设置在侧面的排屑斜面，钻探面为平面结构，镶齿齿部中相邻两个排屑斜面之间设有内凹的齿部凹槽，齿部凹槽的顶端与钻探面衔接。在本申请提供的钻探用镶齿中，通过在相邻两个排屑斜面之间设置齿部凹槽，且齿部凹槽顶端与钻探面衔接，即钻探面设有缺口结构，钻探面形成多齿结构，钻探面和齿部凹槽衔接折角位置应力集中，破岩作用力较大，本申请镶齿在较大推动力下破岩效果更好，进而提高在硬质地层的工作效率。

Processing methods of drilling inserts, cone bits and drilling inserts

【技术实现步骤摘要】
钻探用镶齿、牙轮钻头及钻探用镶齿的加工方法
本专利技术涉及技术钻探设备领域，特别涉及一种钻探用镶齿。本专利技术还涉及一种包括上述钻探用镶齿的牙轮钻头。本专利技术还涉及一种钻探用镶齿的加工方法。
技术介绍
牙轮钻头是石油钻井和地质钻探中的重要工具之一，其中镶齿牙轮钻头上的牙齿是镶装在牙轮外锥面以破碎地层的硬质合金齿。在工程钻井破岩过程中，牙齿对岩石产生压入、压碎、剪切以及冲击作用。牙轮钻头由切削结构、轴承结构、锁紧元件、储油密封装置、喷嘴装置等二十多种零部件组成。其中切削结构包括牙轮和牙齿，牙轮是一个其上装有牙齿的椎体，分为单锥和复锥两种，分别适用于硬质地层和较软质地层。牙齿按照固定方式的不同分为镶齿和钢齿，镶齿是在牙轮外锥面上钻孔，镶齿以滚压动作破岩，综合了压、剪、切等作用，对岩面进行冲击、滚压和剪切，使岩体发生破碎，形成钻进井孔。镶装大小形状不同的硬质合金齿；钢齿是直接从牙轮椎体上铣出。常用的镶齿齿部的钻探面通常为圆形面。在球形齿下岩石的应力分布由中心接触面以圆形向外递减，应力分散，但是对于硬质地层其工作效率较低。因此，如何提高牙轮钻头在硬质地层的工作效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钻探用镶齿，以提高牙轮钻头在硬质地层的工作效率。本专利技术的另一目的是提供一种包括上述钻探用镶齿的牙轮钻头。本专利技术的又一目的是提供一种钻探用镶齿的加工方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种钻探用镶齿，包括镶齿齿部，所述镶齿齿部包括设置在顶部的钻探面及设置在侧面的排屑斜面，所述钻探面为平面结构，所述镶齿齿部中相邻两个所述排屑斜面之间设有内凹的齿部凹槽，所述齿部凹槽的顶端与所述钻探面衔接。优选地，所述钻探面为十字形平面。优选地，所述钻探面为垂直于镶齿齿部轴线的平面。优选地，所述排屑斜面与钻探面的外端面衔接。优选地，所述排屑斜面以所述镶齿齿部为圆心，周向等间距分布。优选地，所述排屑斜面和/或所述钻探面设有耐磨层。优选地，所述耐磨层为Fe基非晶合金粉末层，所述Fe基非晶合金粉末层，其成为按质量百分含量为：Cr：13.0～15.0％、Mo：25.0～27.0％、B：1.0～2.0％、Y：3.0～5.0％、C：3.0～5.0％、余量为Fe。优选地，所述镶齿齿部的表面涂覆有疏水WC-CoCr涂层。优选地，还包括设置在所述镶齿齿部外周面上，且用于卡接在所述镶齿齿部的限位槽上的镶齿体部，所述镶齿体部为T型卡扣，所述镶齿体部的腹板与所述镶齿齿部固定连接，所述镶齿体部的翼板远离所述镶齿齿部。优选地，所述翼板为与所述镶齿齿部圆心重合的弧形板。优选地，所述镶齿体部为多个，多个所述镶齿体部以所述镶齿齿部圆心为中心周向等间距分布。优选地，还包括与所述镶齿体部和牙轮焊接的金属密封圈。优选地，所述金属密封圈的材质为15MnNi4Mo丝材。一种牙轮钻头，包括牙轮及安装在所述牙轮上的钻探用镶齿，所述钻探用镶齿为上述任一项所述的钻探用镶齿。一种钻探用镶齿的加工方法，包括步骤：A1：在圆柱结构的侧面切削排屑斜面；A2：在圆柱顶端切削钻探面，所述钻探面为平面结构；A3：在相邻两个排屑斜面之间切削齿部凹槽，所述齿部凹槽的顶端与所述钻探平头面衔接，形成镶齿齿部。优选地，还包括步骤：A4：对所述镶齿齿部表面进行喷砂除锈预处理后，再通过丙酮超声清洗，然后进行干燥处理；A5：在所述排屑斜面和/或所述钻探面喷射耐磨层；所述耐磨层的喷射方法包括步骤：B1：将Fe基非晶合金粉末原料装入送粉器；B2：将镶齿齿部固定在喷涂夹具上；B3：将牙轮隔离保护板嵌套在镶齿齿部上；B4：将惰性气体通过收缩-扩散型的拉瓦尔喷嘴产生高速气流，带动Fe基非晶合金粉末原料喷向所述排屑斜面和/或所述钻探面发生强塑性变形，最终在所述排屑斜面和/或所述钻探面表面制备耐磨层。优选地：所述步骤B4中，所述惰性气体为氮气，喷涂压力为4.2MPa～5.0MPa，温度为800℃～1000℃，喷涂距离为15mm～35mm，镶齿齿部转速2.5rpm～4.5rpm，喷涂角度为90°。在上述技术方案中，本专利技术提供的钻探用镶齿包括镶齿齿部，镶齿齿部包括设置在顶部的钻探面及设置在侧面的排屑斜面，钻探面为平面结构，镶齿齿部中相邻两个排屑斜面之间设有内凹的齿部凹槽，齿部凹槽的顶端与钻探面衔接。通过上述描述可知，在本申请提供的钻探用镶齿中，通过在相邻两个排屑斜面之间设置齿部凹槽，且齿部凹槽顶端与钻探面衔接，即钻探面设有缺口结构，钻探面形成多齿结构，钻探面和齿部凹槽衔接折角位置应力集中，破岩作用力较大，本申请镶齿在较大推动力下破岩效果更好，进而提高在硬质地层的工作效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所提供的钻探用镶齿的结构示意图；图2为本专利技术实施例所提供的牙轮的结构示意图。其中图1-2中：1、镶齿齿部；1-1、钻探面；1-2、排屑斜面；1-3、齿部凹槽；2、镶齿体部；2-1、牙轮贴合面；2-2、外周面；3、牙轮；3-1、T型槽。具体实施方式本专利技术的核心是提供一种钻探用镶齿，以提高牙轮钻头在硬质地层的工作效率。本专利技术的另一核心是提供一种包括上述钻探用镶齿的牙轮钻头。本专利技术的又一核心是提供一种钻探用镶齿的加工方法。为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。请参考图1和图2。在一种具体实施方式中，本专利技术具体实施例提供的钻探用镶齿，优选用于石油钻探、地质勘查、水井等钻探设备，具体包括镶齿齿部1，镶齿齿部1包括设置在顶部的钻探面1-1及设置在侧面的排屑斜面1-2，钻探面1-1为平面结构，镶齿齿部1中相邻两个排屑斜面1-2之间设有内凹的齿部凹槽1-3，齿部凹槽1-3的顶端与钻探面1-1衔接。其中，镶齿齿部1露在牙轮3的外锥面以上部分，对岩石起压入、压碎、剪切以及冲击作用。通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的钻探用镶齿中，通过在相邻两个排屑斜面1-2之间设置齿部凹槽1-3，且齿部凹槽1-3顶端与钻探面1-1衔接，即钻探面1-1设有缺口结构，钻探面1-1形成多齿结构，钻探面和齿部凹槽衔接折角位置应力集中，破岩作用力较大，本申请镶齿在较大推动力下破岩效果更好，进而提高在硬质地层的工作效率。具体的，钻探面1-1为十字形平面，优选的，钻探面1-1为垂直于镶齿齿部1轴线的平面，在工作时，钻探面与四个齿部凹槽形成四个作用力折角位置。优选，将圆柱上部1/3切削出四个倾角为20°的斜面，两两斜面互成90°，其中斜面为排屑斜面1-2。在圆柱上部2/3处设置基线，沿着斜面的对角线方向，由圆柱外向圆柱轴心刨出凹面，凹面最低处落在上部2/3基线处，凹面形成齿部凹槽1-3，最终将镶齿齿部1设计成平头十字锥形结构。当然，在具体加工过程中钻探面1-1可以为米字型平面，或者大字型平面。如图1所示，排屑斜面1-2与钻探面1-1的外端面衔接。具体的，如图1中，两者衔接位置长度相等。为了便于导屑，优选，排屑斜面1-2以镶齿齿部1为圆心，周向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻探用镶齿，包括镶齿齿部(1)，所述镶齿齿部(1)包括设置在顶部的钻探面(1‑1)及设置在侧面的排屑斜面(1‑2)，其特征在于，所述钻探面(1‑1)为平面结构，所述镶齿齿部(1)中相邻两个所述排屑斜面(1‑2)之间设有内凹的齿部凹槽(1‑3)，所述齿部凹槽(1‑3)的顶端与所述钻探面(1‑1)衔接。

【技术特征摘要】
1.一种钻探用镶齿，包括镶齿齿部(1)，所述镶齿齿部(1)包括设置在顶部的钻探面(1-1)及设置在侧面的排屑斜面(1-2)，其特征在于，所述钻探面(1-1)为平面结构，所述镶齿齿部(1)中相邻两个所述排屑斜面(1-2)之间设有内凹的齿部凹槽(1-3)，所述齿部凹槽(1-3)的顶端与所述钻探面(1-1)衔接。2.根据权利要求1所述的钻探用镶齿，其特征在于，所述钻探面(1-1)为十字形平面。3.根据权利要求1所述的钻探用镶齿，其特征在于，所述钻探面(1-1)为垂直于镶齿齿部(1)轴线的平面。4.根据权利要求1所述的钻探用镶齿，其特征在于，所述排屑斜面(1-2)与钻探面(1-1)的外端面衔接。5.根据权利要求1所述的钻探用镶齿，其特征在于，所述排屑斜面(1-2)以所述镶齿齿部(1)为圆心，周向等间距分布。6.根据权利要求1所述的钻探用镶齿，其特征在于，所述排屑斜面(1-2)和/或所述钻探面(1-1)设有耐磨层。7.根据权利要求1所述的钻探用镶齿，其特征在于，所述耐磨层为Fe基非晶合金粉末层，所述Fe基非晶合金粉末层，其成为按质量百分含量为：Cr：13.0～15.0％、Mo：25.0～27.0％、B：1.0～2.0％、Y：3.0～5.0％、C：3.0～5.0％、余量为Fe。8.根据权利要求1所述的钻探用镶齿，其特征在于，所述镶齿齿部(1)的表面涂覆有疏水WC-CoCr涂层。9.根据权利要求1-8中任一项所述的钻探用镶齿，其特征在于，还包括设置在所述镶齿齿部(1)外周面上，且用于卡接在所述镶齿齿部(1)的限位槽上的镶齿体部(2)，所述镶齿体部(2)为T型卡扣，所述镶齿体部(2)的腹板与所述镶齿齿部(1)固定连接，所述镶齿体部(2)的翼板远离所述镶齿齿部(1)。10.根据权利要求9所述的钻探用镶齿，其特征在于，所述翼板为与所述镶齿齿部(1)圆心重合的弧形板。11.根据权利要求9所述的钻探用镶齿，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：康嘉杰，岳文，苏娟，付志强，朱丽娜，佘丁顺，王成彪，梁健，翁炜，田斌，黄飞，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11