CN101128644B - 带有固定切削结构的钻头 - Google Patents

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    • E21B10/602—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids the bit being a rotary drag type bit with blades

Abstract

本发明涉及带有固定切削结构的钻头(1)，其包括：一工具主体(2)；和多个刃体(3)，所述刃体由一掺混耐磨颗粒的金属基质构成，并且所述刃体按从所述工具主体开始向前延伸的方式被固定在所述工具主体上，所述多个刃体(3)共同构成一前切削面(7)，并且所述多个刃体(3)具有用于钻探流体的放射状通道(4)，所述通道相互分隔所述刃体(3)且向外敞开。其特征在于，穿过至少一设置在两个所述刃体(3)之间的放射状的流体通道(4)，所述钻头还包括至少一桥状体(6、6′、6″)，所述桥状体连接所述的两个刃体，所述桥状体被设置在所述工具主体(2)与所述前切削面(7)之间。

Description

带有固定切削结构的钻头
技术领域
本发明涉及一带有固定切削结构的钻头，其包括
-一工具主体，和
-多个刃体(lame)，所述刃体由掺混耐磨颗粒(particulesabrasives)的一金属基质(matrice métallique)构成，且所述刃体按从所述工具主体开始向前延伸的方式被固定在所述工具主体上，所述多个刃体共同构成一前切削面，且具有用于钻探流体的放射状的通道，所述通道能使所述刃体相互分隔且向外敞开(见US-B-6,725,953)。
背景技术
两类工具被运用在石油钻探上：一种是旋轮(molette)式钻头，另一种是固定切刀式钻头。
旋轮式钻头是包括一些活动构件的装配件，而固定切刀式钻头是不带任何活动构件的单一保持件。
在固定切削结构的钻头类别中，通过其切削的结构性质，可以区分出四种子类别。所述切削结构可以由PDC(多晶钻石结晶polycristallinediamond compacts)、自然钻石、TSP(热固多晶钻石thermally stablepolycristalline diamond)或掺混钻石或其它耐磨颗粒的金属材料构成。正是最后一种类型构成本发明运用的范围。所涉及的工具被设计用来钻探坚硬的和耐磨的岩石。工具的刃体由工具主体支撑。所述工具主体由一金属基质与一钢芯构成。
本发明还可以被运用在取岩心(carottage)的环上，所述环的主要切削结构被镶钻石。
被掺混的工具刃体由金属与耐磨颗粒混合构成。在钻探中，裹住颗粒的金属连合体以及耐磨颗粒本身都会磨损，由此暴露出新的颗粒。随着工具磨损程度的加深，刃体的高度会降低。
因此，全部利益在于，在开始钻探时，就具有一带有尽可能大的高度的钻头。缺点在于，掺混材料(matériau imprégné)很脆弱。刃体因此很易碎。随着刃体高度的增大，这种现象会增加。由于工具的给定配置，因此在刃体高度上存在限制，超出所述限制，将提高金属碎裂的风险。
发明内容
本发明的目的在于提出一具有刃体的钻头，所述刃体由掺混材料制成，所述钻头具有高度大的刃体，能够克服上述缺点，且它的使用寿命因此被提升。
通过正如在上文提出的一钻头来解决按照本发明所述的问题，所述钻头还包括——穿过至少一设置在两个所述刃体之间的用于钻探流体的放射状的通道——至少一桥状体，所述桥状体连接所述的两个刃体，所述桥状体被设置在所述工具主体与所述前切削面之间。因此在力学上增强所述的由掺混材料制成的工具刃体，这允许设计出更高的刃体。且更高的刃体能增加工具上的钻石数量，且因此提高它的使用寿命以及借助工具进行的钻探长度。
对于穿过用于钻探流体的放射状的通道的桥状体，应理解为在所述在通道内不阻碍流体流动的元件。
有利地，还可以在一个通道中设置多个桥状体，以及在多个通道中设置桥状体，可能但并非必要在每一个通道中设置桥状体。
按照本发明一优选的实施方式，每个桥状体被设置在一个所述放射状的通道内部。事实上，优选的是，桥状体甚至不与刃体的外表面齐平，从而尽可能长时间地维持其机械作用。
桥状体可以用当前本领域技术人员公知的任何方法、以及用任何适合于该类型的方法的材料制成。
正如公知，由一掺混金属基质构成的刃体式钻头被模制，添加耐磨颗粒的金属粉末充填所述模具，然后被公知的合适的焊料浸透。
可以在充填模具之前，或相反，在浸透与脱模之后，生产所述桥状体。
按照本发明的一实施方式，各桥状体由一以烧结的金属粉为基体的插入件构成，
在模制所述钻头之前，所述桥状体已经被插入一凹部，所述凹部设置在一构件中，在模制过程中，所述构件形成所述流体通道中的一个，且
所述桥状体已经被液体焊料浸透(infiltré)。
按照本发明的另一实施方式，各桥状体由一插入件，所述插入件以借助于一胶合剂预先形成的金属粉为基体。
在模制所述钻头之前，所述桥状体已经被插入一凹部，所述凹部设置在一构件中，在模制过程中，所述构件形成所述流体通道中的一个，
所述桥状体已经通过热处理清除所述胶合剂，且
所述桥状体已经被液体焊料浸透。
按照本发明的另一实施方式，各桥状体由金属或非金属的粉末构成，
在模制所述钻头之前，所述粉末已经被插入一凹部，所述凹部设置在一构件中，在模制过程中，所述构件形成所述流体通道中的一个，且
所述粉末已经被液体焊料浸透。
按照本发明更优的一实施方式，各桥状体由以金属或非金属粉末为基体的膏剂构成，所述膏剂添加有至少一种有机添加物，
在模制所述钻头之前，所述膏剂已经被插入一凹部，所述凹部设置在一构件中，在模制过程中，所述构件形成所述流体通道中的一个，
所述膏剂已经通过热处理清除所述至少一种有机添加物，且
所述膏剂已经被液体焊料浸透。
使用的金属粉末本身公知，且以例如钨、镍或其它元素为基础。有利地，其可以本身包含坚硬和/或耐磨的的颗粒，例如钻石颗粒、碳化物颗粒，等等。
镶有或未镶有钻石的烧结构件可以具有较大或不大的密度。借助任何一种公知的胶合剂例如石蜡——其可以在浸透(infiltration)前通过热处理被清除，预先形成的构件被彼此连接。
所述膏剂由如上所述的粉末膏状与有机添加物例如润滑剂、塑化剂或类似的添加物混合构成，所述混合十分易于成形。通过浸透前的热处理来清除添加物。
所使用的钻石为天然或合成钻石。它可以呈现任何单模(monomodal)或多模(multi-modal)的粒度，其可以为Grid类型或粉碎的TSP类型。例如，可以相对于粉末按重量百分比为1％至40％的密集度(concentrations)来使用所述钻石。
对于非金属粉末，可以例如规定为碳化钨。
对于焊料，有利地，可以使用以铜为基础的合金。
按照本发明的另一实施方式，各桥状体由一隔板构成，所述隔板由镶钻石或不镶钻石的烧结材料、钢、碳化物或类似的材料制成，在所述钻头脱模后，所述桥状体在所述流体通道之一内被固定在所述刃体上。构成桥状体的隔板通过任何恰当的方式被固定在刃体上，例如通过钎焊、嵌合、焊接或粘贴等方式。
附图说明
参考以下附图，本发明的其它细节与特征将在对按照本发明钻头的实施例进行的描述中体现。
图1示出本发明钻头的俯视图。
图2示出图1钻头的等距透视图。
图3示出按照图1的直线III-III的剖面图。
在不同的附图上，相同或相似的组件都带有同一个标记。
具体实施方式
在图上已经示出以非局限性方式给出的一实施例。所述钻头1包括一工具主体2和多个刃体3，所述刃体由掺混耐磨颗粒、例如钻石的一金属基质构成。刃体3以通常的方式被固定在工具主体上，因此特别从图2上显示出来，刃体从工具主体2开始在相对较高的高度向前延伸。因此在其一自由端上构成一前切削面7。在所述刃体3之间，设置有用于流体的放射状通道4，其能相互分隔刃体3且向外敞开。工具主体具有一中央导管5，钻探流体经过所述导管通向放射状通道4的底部。
如图1所示，钻头的十个放射状通道4中的六个配设有三个穿过所述通道的桥状体6、6′、6″，所述桥状体各自连接两相邻的刃体3。如图2与图3所示，这些桥状体安置在工具主体2与刃体的前表面7之间。有利地，所述桥状体位于不同的高度，且因此在钻探时在力学上增强所述被剧烈推压的刃体，而完全不阻碍流体通道，也不会降低润滑与冷却作用。
如图所示，桥状体被设置在流体通道的内部，且因此能避免桥状体的过早磨损，如果桥状体按凸出于刃体或与刃体平齐的方式布置，就会发生桥状体的过早磨损。
然而，通过对桥状体的组成物的合理选择，所述组成物可以例如与刃体为同一类型，在刃体被初步磨损之后，可以规定，在钻探时，桥状体本身参与研磨活动之中，然后再轮到桥状体被磨损。有利地，多个桥状体可以被按梯级方式设置在流体通道内的不同高度上。
如图所示，优选的是桥状体的形状为管状、圆柱形或圆锥形，其轴线按在钻探时刃体旋转的方向相切地取向。
需要清楚的是，本发明不以任何形式限制于上述的实施形式，而且，只要不超出所附权利要求的范围，可以对其进行多种修改。

Claims (9)

1.带有固定切削结构的钻头(1)，其包括
-一工具主体(2)，和
-多个刃体(3)，所述刃体由一掺混耐磨颗粒的金属基质构成，并且所述刃体按从所述工具主体开始向前延伸的方式被固定在所述工具主体上，
-所述多个刃体(3)共同构成一前切削面(7)，并且所述多个刃体(3)具有用于钻探流体的放射状的通道(4)，所述通道相互分隔所述刃体(3)且向外敞开，
其特征在于，所述钻头还包括至少一穿过至少一设置在两个所述刃体(3)之间的用于钻探流体的放射状的通道(4)的桥状体(6、6′、6″)，所述桥状体连接所述的两个刃体，所述桥状体被设置在所述工具主体(2)与所述前切削面(7)之间，且
其特征在于，各桥状体由一以烧结的金属粉末为基体的插入件构成，
在模制所述钻头之前，所述桥状体已经被插入一凹部，所述凹部设置在一构件中，在模制过程中，所述构件形成所述通道中的一个，且
所述桥状体已经被液体焊料浸透。
2.带有固定切削结构的钻头(1)，其包括
-一工具主体(2)，和
-多个刃体(3)，所述刃体由一掺混耐磨颗粒的金属基质构成，并且所述刃体按从所述工具主体开始向前延伸的方式被固定在所述工具主体上，
-所述多个刃体(3)共同构成一前切削面(7)，并且所述多个刃体(3)具有用于钻探流体的放射状的通道(4)，所述通道相互分隔所述刃体(3)且向外敞开，
其特征在于，所述钻头还包括至少一穿过至少一设置在两个所述刃体(3)之间的用于钻探流体的放射状的通道(4)的桥状体(6、6′、6″)，所述桥状体连接所述的两个刃体，所述桥状体被设置在所述工具主体(2)与所述前切削面(7)之间，且
其特征在于，各桥状体由一插入件构成，所述插入件以借助于一胶合剂预先成形的金属粉末为基体，
在模制所述钻头之前，所述桥状体已经被插入一凹部，所述凹部设置在一构件中，在模制过程中，所述构件形成所述通道中的一个，
所述桥状体已经通过热处理清除所述胶合剂，且
所述桥状体已经被液体焊料浸透。
3.带有固定切削结构的钻头(1)，其包括
-一工具主体(2)，和
-多个刃体(3)，所述刃体由一掺混耐磨颗粒的金属基质构成，并且所述刃体按从所述工具主体开始向前延伸的方式被固定在所述工具主体上，
-所述多个刃体(3)共同构成一前切削面(7)，并且所述多个刃体(3)具有用于钻探流体的放射状的通道(4)，所述通道相互分隔所述刃体(3)且向外敞开，
其特征在于，所述钻头还包括至少一穿过至少一设置在两个所述刃体(3)之间的用于钻探流体的放射状的通道(4)的桥状体(6、6′、6″)，所述桥状体连接所述的两个刃体，所述桥状体被设置在所述工具主体(2)与所述前切削面(7)之间，且
其特征在于，各桥状体由以金属或非金属粉末为基体的膏剂构成，所述膏剂添加有至少一种有机添加物，
在模制所述钻头之前，所述膏剂已经被插入一凹部，所述凹部设置在一构件中，在模制过程中，所述构件形成所述通道中的一个，
所述膏剂已经通过热处理清除所述至少一种有机添加物，且
所述膏剂已经被液体焊料浸透。
4.带有固定切削结构的钻头(1)，其包括
-一工具主体(2)，和
-多个刃体(3)，所述刃体由一掺混耐磨颗粒的金属基质构成，并且所述刃体按从所述工具主体开始向前延伸的方式被固定在所述工具主体上，
-所述多个刃体(3)共同构成一前切削面(7)，并且所述多个刃体(3)具有用于钻探流体的放射状的通道(4)，所述通道相互分隔所述刃体(3)且向外敞开，
其特征在于，所述钻头还包括至少一穿过至少一设置在两个所述刃体(3)之间的用于钻探流体的放射状的通道(4)的桥状体(6、6′、6″)，所述桥状体连接所述的两个刃体，所述桥状体被设置在所述工具主体(2)与所述前切削面(7)之间，且
其特征在于，各桥状体由一隔板构成，所述隔板由烧结材料、钢、或碳化物制成，所述烧结材料镶钻石或不镶钻石，在所述钻头脱模后，所述隔板在所述通道之一内被固定在所述刃体上。
5.按照权利要求1-4之一所述的钻头，其特征在于，所述的钻头在多个所述用于钻探流体的放射状的通道(4)中包括多个所述桥状体(6、6′、6″)。
6.按照权利要求1-4之一所述的钻头，其特征在于，每个桥状体被设置在一个所述放射状的通道内部。
7.按照权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述金属粉末还包含坚硬的和/或耐磨的颗粒。
8.按照权利要求2所述的钻头，其特征在于，所述金属粉末还包含坚硬的和/或耐磨的颗粒。
9.按照权利要求3所述的钻头，其特征在于，所述金属粉末还包含坚硬的和/或耐磨的颗粒。
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