專利名稱：：帶有固定切削結(jié)構(gòu)的鉆頭的制作方法帶有固定切削結(jié)構(gòu)的鉆頭
技術(shù)領(lǐng)域：
[01本發(fā)明涉及一帶有固定切削結(jié)構(gòu)的鉆頭，其包括[02一一工具主體，和03-多個(gè)刃體(lame),所述刃體由摻混耐磨顆粒(particulesabrasives)的一金屬基質(zhì)(matricem6tallique)構(gòu)成，且所述刃體按從所述工具主體開始向前延伸的方式被固定在所述工具主體上，所述多個(gè)刃體共同構(gòu)成一前切削面，且具有用于鉆探流體的放射狀通道，所述通道能使所述刃體相互分隔且向外敞開(見US-B-6,725,953)。
背景技術(shù)：
：[04兩類工具被運(yùn)用在石油鉆探上一種是旋輪(molette)式鉆頭，另一種是固定切刀式鉆頭。[05旋輪式鉆頭是包括一些活動(dòng)構(gòu)件的裝配件，而固定切刀式鉆頭是不帶任何活動(dòng)構(gòu)件的單一保持件。[06在固定切削結(jié)構(gòu)的鉆頭類別中，通過其切削的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，可以區(qū)分出四種子類別。所述切削結(jié)構(gòu)可以由PDC(多晶鉆石結(jié)晶polycristallinediamondcompacts)、自然鉆石、TSP(熱固多晶鉆石thermallystablepolycristallinediamond)或摻混鉆石或其它耐磨顆粒的金屬材料構(gòu)成。正是最后一種類型構(gòu)4成本發(fā)明運(yùn)用的范圍。所涉及的工具被設(shè)計(jì)用來鉆探堅(jiān)硬的和耐磨的巖石。工具的刃體由工具主體支撐。所述工具主體由一金屬基質(zhì)與一鋼芯構(gòu)成。[O7本發(fā)明還可以被運(yùn)用在取巖心(carottage)的環(huán)上，所述環(huán)的主要切削結(jié)構(gòu)被鑲鉆石。[08被摻混的工具刃體由金屬與耐磨顆粒混合構(gòu)成。在鉆探中，裹住顆粒的金屬連合體以及耐磨顆粒本身都會(huì)磨損，由此暴露出新的顆粒。隨著工具磨損程度的加深，刃體的高度會(huì)降低。[09因此，全部利益在于，在開始鉆探時(shí)，就具有一帶有盡可能大的高度的鉆頭。缺點(diǎn)在于，摻混材料(ma"riauimp"gnO很脆弱。刃體因此很易碎。隨著刃體高度的增大，這種現(xiàn)象會(huì)增加。由于工具的給定配置，因此在刃體高度上存在限制，超出所述限制，將提高金屬碎裂的風(fēng)險(xiǎn)。
發(fā)明內(nèi)容[10本發(fā)明的目的在于提出一具有刃體的鉆頭，所述刃體由摻混材料制成，所述鉆頭具有高度大的刃體，能夠克服上述缺點(diǎn)，且它的使用壽命因此被提升。[11通過正如在上文提出的一鉆頭來解決按照本發(fā)明所述的問題，所述鉆頭還包括一一穿過至少一設(shè)置在兩個(gè)所述刃體之間的放射狀的流體通道一一至少一橋狀體，所述橋狀體連接所述的兩個(gè)刃體，所述橋狀體被設(shè)置在所述工具主體與所述前切削面之間。因此在力學(xué)上增強(qiáng)所述的由摻混材料制成的工具刃體，這允許設(shè)計(jì)出更高的刃體。且更高的刃體能增加工具上的鉆石數(shù)量，且因此提高它的使用壽命以及借助工具進(jìn)行的鉆探長度。12對于穿it^L射狀的流體通道的橋狀體，應(yīng)理解為在所述在通道內(nèi)不阻礙流體流動(dòng)的元件。[13有利地，還可以在一個(gè)通道中設(shè)置多個(gè)橋狀體，以及在多個(gè)通道中設(shè)置橋狀體，可能但并非必要在每一個(gè)通道中設(shè)置橋狀體。[14按照本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施方式，每個(gè)橋狀體被設(shè)置在一個(gè)所M射狀的通道內(nèi)部。事實(shí)上，優(yōu)選的是，橋狀體甚至不與刃體的外表面齊平，從而盡可能長時(shí)間地維持其機(jī)械作用。[15橋狀體可以用當(dāng)前本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何方法、以及用任何適合于該類型的方法的材料制成。[16正如公知，由一摻混金屬基質(zhì)構(gòu)成的刃體式鉆頭被模制，添加耐磨顆粒的金屬粉末充填所述模具，然后被公知的合適的焊料浸透。[17可以在充填模具之前，或相反，在浸透與脫模之后，生產(chǎn)所述橋狀體。[18按照本發(fā)明的一實(shí)施方式，各橋狀體由一以燒結(jié)的金屬粉為基體的插入件構(gòu)成，[19在模制所述鉆頭之前，所述橋狀體已經(jīng)被插入一凹部，所述凹部設(shè)置在一構(gòu)件中，在模制過程中，所述構(gòu)件形成所述流體通道中的一個(gè)，且[20所述橋狀體已經(jīng)被液體焊料浸透(infiltr"。[21按照本發(fā)明的另一實(shí)施方式，各橋狀體由一插入件，所述插入件以借助于一膠合劑預(yù)先形成的金屬粉為基體。[22在模制所述鉆頭之前，所述橋狀體已經(jīng)被插入一凹部，所述凹部設(shè)置在一構(gòu)件中，在模制過程中，所述構(gòu)件形成所述流體通道中的一個(gè)，23所述橋狀體已經(jīng)通過熱處理清除所述膠合劑，且[24所述橋狀體已經(jīng)被液體焊料浸透。25按照本發(fā)明的另一實(shí)施方式，各橋狀體由金屬或非金屬的粉末構(gòu)成,26在模制所述鉆頭之前，所述粉末已經(jīng)被插入一凹部，所述凹部設(shè)置在一構(gòu)件中，在模制過程中，所述構(gòu)件形成所述流體通道中的一個(gè)，且27所述粉末已經(jīng)被液體焊料浸透。[28按照本發(fā)明更優(yōu)的一實(shí)施方式，各橋狀體由以金屬或非金屬粉末為基體的骨劑構(gòu)成，所述骨劑添加有至少一種有機(jī)添加物，291在模制所述鉆頭之前，所述奮劑已經(jīng)被插入一凹部，所述凹部設(shè)置在一構(gòu)件中，在模制過程中，所述構(gòu)件形成所述流體通道中的一個(gè)，[30所述骨劑已經(jīng)通過熱處理清除所述至少一種有機(jī)添加物，且31所述骨劑已經(jīng)被液體焊料浸透。[32使用的金屬粉末本身公知，且以例如鴒、鎳或其它元素為基礎(chǔ)。有利地，其可以本身包含堅(jiān)硬和/或耐磨的的顆粒，例如鉆石顆粒、碳化物顆粒，等等。[33鑲有或未鑲有鉆石的燒結(jié)構(gòu)件可以具有較大或不大的密度。借助任何一種y^知的股合劑例如石蠟——其可以在浸透(infiltration)前通過熱處理被清除，預(yù)先形成的構(gòu)件被彼此連接。34所述骨劑由如上所述的粉末骨狀與有機(jī)添加物例如潤滑劑、塑化劑或類似的添加物混合構(gòu)成，所述混合十分易于成形。通過浸透前的熱處理來清除添加物。35所使用的鉆石為天然或合成鉆石。它可以呈現(xiàn)任何單模(monomodal)或多模(multi-modal)的粒度，其可以為Grid類型或粉碎的TSP類型。例如，可以相對于粉末按重量百分比為1%至40%的密集度(concentrations)來使用所述鉆石。[36對于非金屬粉末，可以例如規(guī)定為碳化鴒。[37對于焊料，有利地，可以使用以銅為基礎(chǔ)的合金。[38按照本發(fā)明的另一實(shí)施方式，各橋狀體由一隔板構(gòu)成，所迷隔板由鑲鉆石或不鑲鉆石的燒結(jié)材料、鋼、碳化物或類似的材料制成，在所述鉆頭脫模后，所述橋狀體在所述流體通道之一內(nèi)被固定在所述刃體上。構(gòu)成橋狀體的隔板通過任何恰當(dāng)?shù)姆绞奖还潭ㄔ谌畜w上，例如通過釬焊、嵌合、焊接或粘貼等方式。39參考以下附圖，本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)與特征將在對按照本發(fā)明鉆頭的實(shí)施例進(jìn)行的描述中體現(xiàn)。40圖1示出本發(fā)明鉆頭的俯視圖。41圖2示出圖l鉆頭的等距透視圖。42圖3示出按照圖1的直線III-III的剖面圖。43在不同的附圖上，相同或相似的組件都帶有同一個(gè)標(biāo)記。具體實(shí)施方式44在圖上已經(jīng)示出以非局限性方式給出的一實(shí)施例。所述鉆頭1包括一工具主體2和多個(gè)刃體3，所述刃體由摻混耐磨顆粒、例如鉆石的一金屬基質(zhì)構(gòu)成。刃體3以通常的方式被固定在工具主體上，因此特別從圖2上顯示出來，刃體從工具主體2開始在相對較高的高度向前延伸。因此在其一自由端上構(gòu)成一前切削面7。在所迷刃體3之間，設(shè)置有用于流體的放射狀通道4，其能相互分隔刃體3且向外敞開。工具主體具有一中央導(dǎo)管5，鉆探流體經(jīng)過所迷導(dǎo)管通向放射狀通道4的底部。45如圖1所示，鉆頭的十個(gè)放射狀通道4中的六個(gè)配設(shè)有三個(gè)穿過所述通道的橋狀體6、6'、6〃，所述橋狀體各自連接兩相鄰的刃體3。如圖2與圖3所示，這些橋狀體安置在工具主體2與刃體的前表面7之間。有利地，所述橋狀體位于不同的高度，且因此在鉆探時(shí)在力學(xué)上增強(qiáng)所述被劇烈推壓的刃體，而完全不阻礙流體通道，也不會(huì)降低潤滑與冷卻作用。[46如圖所示，橋狀體被設(shè)置在流體通道的內(nèi)部，且因此能避免橋狀體的過早磨損，如果橋狀體按凸出于刃體或與刃體平齊的方式布置，就會(huì)發(fā)生橋狀體的過早磨損。[47然而，通過對橋狀體的組成物的合理選擇，所述組成物可以例如與刃體為同一類型，在刃體被初步磨損之后，可以規(guī)定，在鉆探時(shí)，橋狀體本身參與研磨活動(dòng)之中，然后再輪到橋狀體被磨損。有利地，多個(gè)橋狀體可以被按梯級方式設(shè)置在流體通道內(nèi)的不同高度上。[481如圖所示，優(yōu)選的是橋狀體的形狀為管狀、圓柱形或圓錐形，其軸線按在鉆探時(shí)刃體旋轉(zhuǎn)的方向相切地取向。49需要清楚的是，本發(fā)明不以任何形式限制于上述的實(shí)施形式，而且，只要不超出所附權(quán)利要求的范圍，可以對其進(jìn)行多種修改。權(quán)利要求1.帶有固定切削結(jié)構(gòu)的鉆頭(1)，其包括-一工具主體(2)，和-多個(gè)刃體(3)，所述刃體由一摻混耐磨顆粒的金屬基質(zhì)構(gòu)成，并且所述刃體按從所述工具主體開始向前延伸的方式被固定在所述工具主體上，-所述多個(gè)刃體(3)共同構(gòu)成一前切削面(7)，并且所述多個(gè)刃體(3)具有用于鉆探流體的放射狀通道(4)，所述通道相互分隔所述刃體(3)且向外敞開，其特征在于，穿過至少一設(shè)置在兩個(gè)所述刃體(3)之間的放射狀的流體通道(4)，所述鉆頭還包括至少一橋狀體(6、6′、6″)，所述橋狀體連接所述的兩個(gè)刃體，所述橋狀體被設(shè)置在所述工具主體(2)與所述前切削面(7)之間。2.按照權(quán)利要求l所述的鉆頭，其特征在于，所述的鉆頭在多個(gè)所述流體通道(4)中包括多個(gè)所述橋狀體(6、6'、6")。3.按照權(quán)利要求1和2所述的鉆頭，其特征在于，每個(gè)橋狀體被設(shè)置在一個(gè)所述放射狀的通道內(nèi)部。4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的鉆頭，其特征在于，各橋狀體由一以燒結(jié)的金屬粉為基體的插入件構(gòu)成，在模制所述鉆頭之前，所述橋狀體已經(jīng)被插入一凹部，所述凹部設(shè)置在一構(gòu)件中，在模制過程中，所述構(gòu)件形成所述流體通道中的一個(gè)，且所述橋狀體已經(jīng)被液體焊料浸透。5.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的鉆頭，其特征在于，各橋狀體由一插入件，所述插入件以借助于一膠合劑預(yù)先形成的金屬粉為基體，在模制所述鉆頭之前，所述橋狀體已經(jīng)被插入一凹部，所述凹部設(shè)置在一構(gòu)件中，在模制過程中，所述構(gòu)件形成所述流體通道中的一個(gè)，所述橋狀體已經(jīng)通過熱處理清除所述膠合劑，且所述橋狀體已經(jīng)被液體焊料浸透。6.按照權(quán)利要求l至3中任一項(xiàng)所述的鉆頭，其特征在于，各橋狀體由金屬或非金屬的粉末構(gòu)成，在模制所述鉆頭之前，所述粉末已經(jīng)被插入一凹部，所述凹部設(shè)置在一構(gòu)件中，在^f莫制過程中，所述構(gòu)件形成所述流體通道中的一個(gè)，且所述粉末已經(jīng)被液體焊料浸透。7.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的鉆頭，其特征在于，各橋狀體由以金屬或非金屬粉末為基體的骨劑構(gòu)成，所述骨劑添加有至少一種有機(jī)添加物，在模制所述鉆頭之前，所述貪劑已經(jīng)被插入一凹部，所述凹部設(shè)置在一構(gòu)件中，在模制過程中，所述構(gòu)件形成所述流體通道中的一個(gè)，所述骨劑已經(jīng)通過熱處理清除所述至少一種有機(jī)添加物，且所述骨劑已經(jīng)被液體焊料浸透。8.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的鉆頭，其特征在于，各橋狀體由一隔板構(gòu)成，所述隔板由鑲鉆石或不鑲鉆石的燒結(jié)材料、鋼、碳化物或類似的材料制成，在所述鉆頭脫模后，所述隔板在所述流體通道之一內(nèi)被固定在所述刃體上。9.按照權(quán)利要求4至7中任一項(xiàng)所述的鉆頭，其特征在于，所述金屬粉末還可以包含堅(jiān)硬的和/或耐磨的顆粒。全文摘要本發(fā)明涉及帶有固定切削結(jié)構(gòu)的鉆頭(1)，其包括一工具主體(2)；和多個(gè)刃體(3)，所述刃體由一摻混耐磨顆粒的金屬基質(zhì)構(gòu)成，并且所述刃體按從所述工具主體開始向前延伸的方式被固定在所述工具主體上，所述多個(gè)刃體(3)共同構(gòu)成一前切削面(7)，并且所述多個(gè)刃體(3)具有用于鉆探流體的放射狀通道(4)，所述通道相互分隔所述刃體(3)且向外敞開。其特征在于，穿過至少一設(shè)置在兩個(gè)所述刃體(3)之間的放射狀的流體通道(4)，所述鉆頭還包括至少一橋狀體(6、6′、6″)，所述橋狀體連接所述的兩個(gè)刃體，所述橋狀體被設(shè)置在所述工具主體(2)與所述前切削面(7)之間。文檔編號E21B10/60GK101128644SQ200580048654公開日2008年2月20日申請日期2005年2月23日優(yōu)先權(quán)日2005年2月23日發(fā)明者N·盧伊克斯,N·達(dá)席爾瓦申請人:霍利貝頓能源服務(wù)股份有限公司