一种基于减震结构的pdc切削齿的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油天然气、地质勘探用钻井钻头上的切削齿，特别是一种基于减震结构的roc切削齿。
【背景技术】
[0002]PDC聚晶金刚石复合片:polycrystalline diamond composite是由聚晶金刚石I和硬质合金基体2构成的一种复合材料，如图1所示。它既有聚晶金刚石的高硬度又有一定的韧性和抗冲击性能，是一种重要的超硬刀具材料。PDC钻头3是用多片PDC4固定到钻头刀翼5上的一种钻井工具，如图2所示。目前，由于roc钻头在井眼质量、机械钻速以及使用寿命等方面表现良好，被广泛用于油气开采和地质勘探，并取得了突出的使用效果。但是PDC钻头在高冲击性岩层，特别是在含砾石岩层的使用过程中效果不佳，其主要失效形式表现为PDC的崩损。在高冲击性岩层中，PDC的抗冲击能力不足是导致roc崩损，进而导致roc钻头失效的主要原因。
[0003]为了提高PDC的抗冲击性能，目前最普遍的做法是调整PDC的材料配方和烧制工艺，但此技术方案的研发周期长、研发成本高，同时PDC的抗冲击性能和抗研磨性能是相互矛盾的，提高了抗冲击性能，其抗研磨性就随之下降。而roc在高冲击性岩层的工程使用中，除了需要高水平的抗冲击性能同时还要保证roc的抗研磨性。所以调整PDC的材料配方和烧制工艺的技术方案有一定的局限性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于减震结构的roc切削齿。
[0005]本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种基于减震结构的PDC切削齿，它包括PDC切削齿，所述的PDC切削齿安装在roc钻头的钻头刀翼上，所述的PDC切削齿包括活动roc复合片、衬套、限位器和阻尼器，所述的衬套上开设有一安装孔，活动roc复合片安装在安装孔内，且活动roc复合片上开设有限位槽，所述的衬套的侧壁上开设有与限位槽相对应的限位孔，所述的限位器穿入限位孔且其前端位于限位槽内，在衬套的安装孔底部与活动roc复合片底部之间设置有阻尼器。
[0006]所述的活动PDC复合片由聚晶金刚石和硬质合金基体组成，且聚晶金刚石位于硬质合金基体前端。
[0007]所述的安装孔为圆形盲孔。
[0008]所述的阻尼器为弹簧或橡胶。
[0009]本发明具有以下优点:本发明的roc切削齿设置有阻尼器，阻尼器的压缩一方面能吸收部分冲击载荷，另一方面延长了冲击时间，因此减小了冲击力，提高了 roc切削齿的抗冲击能力；设置有限位槽和限位器，限位器并不能限制活动PDC复合片的周向旋转，从而使得活动roc复合片切削面不是同一部位一直承受冲击，而是活动roc复合片的切削面的周向各部分均有机会参与对岩层切削并承受冲击，进一步避免了活动roc复合片切削面同一部位因频繁承受冲击而造成的疲劳失效，提升整体的抗冲击性和寿命。
【附图说明】
[0010]图1为活动roc复合片示意图；
图2为]3DC钻头结构不意图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为本发明正常切削岩层时的意图；
图5为本发明受到冲击时的示意图；
图6为本发明受到冲击时活动roc复合片产生旋转的示意图；
图中，1-聚晶金刚石，2-硬质合金基体，3-PDC钻头，4-roc切削齿，5-钻头刀翼，6-活动PDC复合片，7-衬套，8-限位器，9-阻尼器，10-限位槽，11-限位孔，12-PDC切削齿轴线。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述:如图1、图2和图3所示，一种基于减震结构的roc切削齿，它包括roc切削齿4，所述的roc
切削齿4安装在PDC钻头3的钻头刀翼5上，所述的PDC切削齿4包括活动PDC复合片6、衬套7、限位器8和阻尼器9，所述的衬套7上开设有一安装孔，活动PDC复合片6安装在安装孔内，在本实施例中，所述的活动roc复合片6由聚晶金刚石I和硬质合金基体2组成，且聚晶金刚石I位于硬质合金基体2前端，所述的安装孔为圆形盲孔，因此当活动PDC复合片6收到冲击时，活动roc复合片6能够产生周向旋转，从而使得聚晶金刚石I磨损均匀，提高活动roc复合片6的使用寿命，且活动PDC复合片6上开设有限位槽10，且限位槽10周向的分布在硬质合金基体2的圆周上，所述的衬套7的侧壁上开设有与限位槽10相对应的限位孔11，所述的限位器8穿入限位孔11且其前端位于限位槽10内，在衬套7的安装孔底部与活动PDC复合片6底部之间设置有阻尼器9，阻尼器9安装好后，阻尼器被压缩，具有一推动活动PDC复合片6的预压力，从而使得限位器8与限位槽10的左侧侧壁相紧靠。
[0012]在本实施例中，所述的阻尼器9为弹簧，在具体工作过程中，阻尼器9也可以是橡胶，以及替它能产生弹性形变的材料制成。
[0013]本发明的工作过程如下:在活动PDC复合片6压缩阻尼器9并装配限位器8后，阻尼器9将产生预应力FP，在不切削岩层时Fp主要由限位器8与限位槽10左侧壁接触时产生的作用力fr来平衡，使活动roc复合片6在轴向上保持静止而不被弹出衬套7。当切削岩层时，如图4和图5所示，Fp主要由fr和岩层反作用在活动PDC复合片6轴向上的分力fia平衡，使活动PDC复合片6在轴向上保持静止。当PDC切削齿4受到冲击时，如图6所示，I3DC钻头按照图6中箭头方向做绕PDC切削齿轴线12旋转和直线运动的复合运动，开始Fp主要由fr和冲击力fia平衡，随着fia的增大，fr逐渐变小，直至fr变为零;fiJi续增大，活动roc复合片6将发生轴向移动并压缩阻尼器9，阻尼器9产生弹力Fe，Fe随着阻尼器的压缩程度增高而逐渐变大，最终阻止活动roc复合片6的轴向移动，并在冲击载荷逐渐消除后将活动roc复合片6恢复到初始位置。在此过程中，阻尼器9的压缩和反弹吸收了部分冲击载荷，将其转化为热能释放;同时延长了冲击载荷在活动PDC复合片6上的作用时间，根据冲量公式I=Ft:1:冲量，F:作用力，t:作用时间，在冲量一定时，延长了作用时间，则减小了作用力，提升了整个roc切削齿的抗冲击能力。由于活动roc复合片6在周向自由度上没有约束，即活动roc复合片6可以绕roc切削齿轴线12旋转。当活动PDC复合片6受到冲击时，由于PDC切削齿轴线12与PDC切削齿的移动方向之间存在夹角，所以在活动roc复合片6受到冲击时会在其切削面切向方向会产生一切向分力fit，在fit的作用下，活动roC6将绕PDC切削齿轴线12旋转一定角度，如图6所示，活动PDC复合片6的旋转使得活动PDC复合片6切削面不是同一部位一直承受冲击，而是活动PDC复合片6切削面的周向各部分均有机会参与对岩层切削并承受冲击，进一步避免了活动PDC复合片6切削面同一部位因频繁承受冲击而造成的疲劳失效，提升整体的抗冲击性和寿命，其中:FP-阻尼器预应力，Fe-阻尼器进一步压缩后的弹力，fr-限位器限位产生的反作用力，fia_冲击力在切削齿轴向上的分力，fif冲击力在切削齿切向上的分力。
【主权项】
1.一种基于减震结构的roc切削齿，它包括PDC切削齿(4)，所述的roc切削齿(4)安装在PDC钻头(3)的钻头刀翼(5)上，其特征在于:所述的PDC切削齿(4)包括活动PDC复合片(6)、衬套(7)、限位器(8)和阻尼器(9)，所述的衬套(7)上开设有一安装孔，活动TOC复合片(6)安装在安装孔内，且活动roc复合片(6)上开设有限位槽(10)，所述的衬套(7)的侧壁上开设有与限位槽(10)相对应的限位孔(11)，所述的限位器(8)穿入限位孔(11)且其前端位于限位槽(10)内，在衬套(7)的安装孔底部与活动roc复合片(6)底部之间设置有阻尼器(9)。2.根据权利要求1所述的一种基于减震结构的roc切削齿，其特征在于:所述的活动roc复合片(6)由聚晶金刚石(I)和硬质合金基体(2)组成，且聚晶金刚石(I)位于硬质合金基体(2)前端。3.根据权利要求2所述的一种基于减震结构的PDC切削齿，其特征在于:所述的安装孔为圆形盲孔。4.根据权利要求3所述的一种基于减震结构的PDC切削齿，其特征在于:所述的阻尼器(9)为弹簧或橡胶。
【专利摘要】本发明公开了一种基于减震结构的PDC切削齿，它包括PDC切削齿（4），PDC切削齿（4）安装在PDC钻头（3）的钻头刀翼（5）上，PDC切削齿（4）包括活动PDC复合片（6）、衬套（7）、限位器（8）和阻尼器（9），衬套（7）上开设有一安装孔，活动PDC复合片（6）安装在安装孔内，且活动PDC复合片上开设有限位槽（10），衬套（7）的侧壁上开设有与限位槽（10）相对应的限位孔（11），限位器穿入限位孔（11）且其前端位于限位槽（10）内，在衬套（7）的安装孔底部与活动PDC复合片底部之间设置有阻尼器（9）。本发明的有益效果是：它具有延长冲击时间、抗冲击能力强和使用寿命长的优点。
【IPC分类】E21B12/00, E21B10/46
【公开号】CN105604491
【申请号】CN201610149623
【发明人】张建华, 李宗涛
【申请人】成都迪普金刚石钻头有限责任公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月16日