專利名稱：帶有爪形齒的旋轉(zhuǎn)鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種用于穿過地層鉆孔的旋轉(zhuǎn)鉆頭之截齒結(jié)構(gòu)。具體而言，本發(fā)明涉及一種用于旋轉(zhuǎn)鉆頭的改進(jìn)的截齒結(jié)構(gòu)，這種截齒結(jié)構(gòu)包含了不同的材料，以提高旋轉(zhuǎn)鉆頭的壽命和穿透能力。
旋轉(zhuǎn)鉆頭之截齒的設(shè)計(jì)和組分已發(fā)生了巨大的變化，這些變化顯著提高了旋轉(zhuǎn)鉆頭的壽命和鉆進(jìn)速度。對(duì)截齒的形狀、硬質(zhì)貼面、截齒的定位及在鉆頭上的方位、材料的成分及其它變量作出小的增量調(diào)整也經(jīng)常會(huì)使鉆頭的性能產(chǎn)生顯著的提高。冶金學(xué)的發(fā)展使通過從前的方法不可能實(shí)現(xiàn)的材料制造及材料的物理組合成為可能，而且有時(shí)使鉆頭的壽命和性能特性產(chǎn)生巨大的提高。超硬貼面材料例如多晶金剛石致密結(jié)構(gòu)的引進(jìn)使鉆頭的性能得以顯著提高。
在某些情況下，改進(jìn)的設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)往往伴隨著明顯的成本增加，而且根據(jù)所產(chǎn)生的改進(jìn)水平或特性的提高，這種成本的增加很不合算。在這種情況下，更換掉舊鉆頭或延長鉆進(jìn)時(shí)間要比采用性能更好但成本更高的鉆頭更經(jīng)濟(jì)。因此，能夠提高鉆進(jìn)速度和鉆頭壽命的設(shè)計(jì)及材料變化之可行性必須與生產(chǎn)包含這些變化的鉆頭之成本作比較。
在現(xiàn)有技術(shù)中，可通過對(duì)貼面邊緣的倒圓和倒角來降低超硬鉆頭貼面的斷裂和磨削。例如，授權(quán)給Clloey等人的美國專利5,437,343，則公開了具體的倒角結(jié)構(gòu)，所述倒角結(jié)構(gòu)可在切削部件上被加工而成，以增加其抗破裂的能力。
人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到用合適的下層截齒材料來加強(qiáng)超硬材料層也能夠提高超硬材料耐破裂的性能。例如，見授權(quán)給Bovenkerk的美國專利4,109,737，該專利公開了用于鉆頭切削部件的各種不同的支撐體設(shè)置有上層的硬質(zhì)材料貼面。這些結(jié)構(gòu)是采用特殊的加工方法，以可控制的方式將超硬材料施加到特殊成形的支撐體上形成的。
現(xiàn)有技術(shù)還公開了用于將超硬貼面材料粘接到鉆頭鑲嵌物上的各種方法，以防止貼面材料的分層。例如，見授權(quán)給Dennis的美國專利4,784,023和授權(quán)給Dyer的美國專利4,972,637。這兩份專利公開了鉆頭的磨損將在切削部件上形成多個(gè)刀刃的內(nèi)容，其中切削部件被連接到支撐體或支座上。切削部件的刀刃是由使用過程中在切削部件上不均勻磨掉的不同材料形成的。所有上述現(xiàn)有技術(shù)的專利都涉及截齒，在這些截齒的支撐柱或其它支撐部件上安裝有特殊的截割表面，其中支撐柱或支撐部件并未作為鉆頭之截割表面的一個(gè)普通部分而存在。在這些現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)截割表面磨損到支撐體上時(shí)，鉆頭的壽命也就基本結(jié)束了。
傳統(tǒng)鉆頭上的一些截割部件或全部截割部件以大體通過截割部件之整體延伸的特定方式設(shè)置有硬質(zhì)材料層。在這些層狀的部件中，硬質(zhì)材料層作離開鉆頭體延伸，而且被較軟的鉆頭材料層沿側(cè)向隔開地配置。普通鉆頭穿過地層的旋轉(zhuǎn)將最終使硬質(zhì)材料磨掉，從而逐漸暴露出層狀的軟材料和較硬的材料。這樣，當(dāng)在齒頂處開始產(chǎn)生磨損時(shí)，硬質(zhì)材料就起到保護(hù)較軟的齒芯的作用。此外，由于硬質(zhì)材料的磨損率要慢于截齒主體材料的磨損，因此在鉆頭的截齒型廓上會(huì)形成交錯(cuò)排列的溝槽和脊起。磨損過程還具有使硬質(zhì)材料之邊緣倒角的作用。較軟的鉆頭材料沿硬質(zhì)材料的側(cè)向形成封閉的側(cè)向支承，這種支撐為硬質(zhì)材料層提供了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而進(jìn)一步防止其破損。通過基本穿過切割部件的全長延伸的硬質(zhì)材料層而使切割器的剛性得以提高，同時(shí)增加了截齒的有效截割長度。
本發(fā)明的鉆頭方案提高了截齒的壽命和完整性，而且特別有利于定向鉆孔及非均質(zhì)地層的鉆孔。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，相鄰的截齒設(shè)置有不同結(jié)構(gòu)型式的較軟鉆頭材料和超硬切割材料，從而使相鄰齒上產(chǎn)生的磨損型式不同。在一最佳實(shí)施例中，相鄰的結(jié)構(gòu)型式形成互補(bǔ)方式，以使一個(gè)截齒的磨損溝槽與相鄰齒的磨損齒頂處于相同的相對(duì)位置上。在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒頂隨機(jī)地與被一個(gè)或多個(gè)在前的齒切割過的地層之隆起咬合，以在旋轉(zhuǎn)鉆頭與地層之間形成最大的截割沖擊力，從而提高鉆進(jìn)的速度。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，相鄰的齒設(shè)置有相同結(jié)構(gòu)型式的硬質(zhì)材料和較軟材料，這些材料大體沿截齒(切割器)部件的整個(gè)長度延伸。即使相鄰的截齒形成了類似的磨損型式，截齒輪廓與地層截割之間的干涉力也會(huì)增加，這是因?yàn)殂@頭錐上的相鄰齒在其滾壓或拖曳地層時(shí)要穿切不同的路徑。
本發(fā)明的另一實(shí)施例以標(biāo)準(zhǔn)的硬質(zhì)貼面齒替代了層狀的齒，以形成另一種結(jié)構(gòu)型式的截齒外形，而且還設(shè)法使其與被切割的地層截面之干涉力最優(yōu)。
選擇截齒的配置形式以實(shí)現(xiàn)最佳的鉆頭性能決定于鉆孔地層的類型。這樣，在某些地層中，使齒上的層狀材料在相鄰齒上產(chǎn)生互補(bǔ)磨損型式的截齒結(jié)構(gòu)可最佳地延長鉆頭的壽命或提高鉆進(jìn)的速度，或者既延長鉆頭的壽命，又提高鉆進(jìn)的速度；在另外一些地層中，具有正常截齒與耐磨(wear)型截齒交變排列的鉆頭或者僅采用一種單一結(jié)構(gòu)型式的硬質(zhì)材料和軟材料交變排列的鉆頭也可產(chǎn)生很好的效果。
從上面的說明中應(yīng)該理解本發(fā)明的一個(gè)目的在于在現(xiàn)有的傳統(tǒng)的鉆頭設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上采用改進(jìn)的齒結(jié)構(gòu)以便低成本地生產(chǎn)出一種鉆進(jìn)速度高、壽命長的鉆頭(截齒)。
本發(fā)明的另一目的在于以新的配置型式使用傳統(tǒng)的鉆頭截齒材料，以提高鉆頭的性能。
本發(fā)明的再一目的在于采用傳統(tǒng)的材料接合方法組合不同的鉆頭截齒材料，以形成改進(jìn)的截齒設(shè)計(jì)，從而增加鉆進(jìn)的速度，延長傳統(tǒng)鉆頭的使用壽命。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種自動(dòng)倒角的鉆頭結(jié)構(gòu)，這種鉆頭結(jié)構(gòu)能夠使組合在鉆頭截齒內(nèi)的超硬材料減少斷裂和脫落。
本發(fā)明的一個(gè)重要目的在于提供一種在整個(gè)截齒型廓上由不同的層狀材料一起構(gòu)成的鉆頭截齒，以增加其壽命。
本發(fā)明的一個(gè)相關(guān)目的在于提供一種鉆頭的截齒結(jié)構(gòu)，其中鄰近超硬材料的較軟鉆頭截齒材料在截齒的整個(gè)磨損壽命中為超硬材料提供了側(cè)向支撐，以使超硬材料的破損最小化。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種鉆頭，鉆頭上相鄰的截齒由不同結(jié)構(gòu)型式的不同材料構(gòu)成，從而當(dāng)截齒磨損時(shí)，形成不同的齒廓，以使在一個(gè)截齒的截割過程中形成(留下)的地層隆起可與后面截齒中的另一截齒的齒頂隨機(jī)咬合，以提高鉆頭的鉆進(jìn)性能。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種相鄰的截齒沿不同的路徑穿過地層的鉆頭，其中相鄰的截齒具有由連接的不同材料構(gòu)成的類似結(jié)構(gòu)形式，而且不同的材料大體沿整個(gè)齒體延伸，從而使相似磨損型式的多個(gè)隆起和溝槽形成于相鄰的截齒上。
本發(fā)明的再一目的在于在大致整個(gè)截齒的型廓上使普通、硬質(zhì)貼面的同質(zhì)鉆頭截齒與層狀的不同材料構(gòu)成的截齒交錯(cuò)排列，以當(dāng)鉆頭截齒磨損時(shí)形成一地層接觸表面，從而當(dāng)鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，優(yōu)化鉆頭與地層之間的干涉力。
參照附圖，通過如下的說明，將使本發(fā)明的這些目的及其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)變得清楚，其中附圖

圖1為一局部剖開的垂直剖視圖，該圖示出了在一相鄰的鉆頭截齒組上互補(bǔ)幾何圖案的硬質(zhì)材料與軟質(zhì)材料；圖2為一個(gè)與圖1類似的視圖，該圖示出了圖1的截齒組之磨損后的結(jié)構(gòu)型式；圖3為裝配有本發(fā)明之爪形截齒的旋轉(zhuǎn)鉆頭的部分立體視圖；圖4為一局部剖開的垂直剖視圖，該圖示出了相鄰的圓柱形鑲嵌截齒，所述截齒具有互補(bǔ)幾何形狀的硬質(zhì)與較軟金屬結(jié)構(gòu)型式；圖5為沿圖4之剖示線5-5的水平剖視圖，該圖示出了包含于圓柱形鑲嵌件之硬質(zhì)材料結(jié)構(gòu)型式內(nèi)的較軟材料結(jié)構(gòu)型式；圖6為層狀組份材料的截齒與傳統(tǒng)同質(zhì)材料的截齒交錯(cuò)排列的示意圖；圖7為一個(gè)與圖6類似的視圖，該圖示出了圖6的截齒組之磨損后的結(jié)構(gòu)型式；圖8為具有相似層狀組成材料結(jié)構(gòu)的相鄰鉆頭截齒的示意圖；圖9為一個(gè)與圖8類似的視圖，該圖示出了圖8之截齒組的磨損后的結(jié)構(gòu)型式。
圖1示出了整體上由10和11表示的相鄰截齒，這種截齒可用于傳統(tǒng)的滾錐鑿巖鉆頭上。所述滾錐(cone)如圖3所示。
截齒10由主體部分12和較硬材料部分13構(gòu)成。類似地，截齒11由主體部分14和較硬材料部分15構(gòu)成。主體12包括徑向延伸的齒體部分16、17和18?；パa(bǔ)并徑向延伸的較硬材料部分19、20和21設(shè)置于截齒11上。截齒11還設(shè)置有徑向延伸的主體部分22和23，這兩個(gè)主體部分與截齒10上硬質(zhì)材料的徑向延伸部分24和25互補(bǔ)。
如圖所示，應(yīng)該理解由部分16、17和18構(gòu)成的截齒10之主體部分結(jié)構(gòu)型式起到與截齒11的硬質(zhì)材料部分19、20和21幾何形狀互補(bǔ)的作用。每個(gè)截齒都包括一齒頂和側(cè)面，并且硬質(zhì)材料從齒頂延伸到側(cè)面之間的截齒主體中。當(dāng)齒頂被磨掉時(shí)，截齒的主體被露出，從而使所產(chǎn)生的磨損區(qū)域形成一個(gè)截割輪廓，如圖2所示。這種互補(bǔ)的關(guān)系還可以通過截齒10和11在旋轉(zhuǎn)鉆孔操作過程中的移動(dòng)來進(jìn)一步限定。為此，如果截齒10在旋轉(zhuǎn)鉆孔過程中位于截齒11之前，那么截齒11就不會(huì)沿與截齒10相同的接觸路徑移動(dòng)，而同一滾錐上的其它截齒將與這相同的接觸位置接合。截齒上不同截割結(jié)構(gòu)型式的設(shè)置增加了截齒脊沖擊地層隆起的可能性，從而在鉆頭任意給定的完整周期中增加了鉆頭與地層之間的干涉力。
當(dāng)覆蓋截齒的硬質(zhì)材料被磨光時(shí)，磨損的截齒開始不均勻地磨損，如圖2所示。在這一點(diǎn)上，應(yīng)該這樣理解硬質(zhì)材料13要比較軟材料的主體12磨損慢，從而形成一系列隆起和溝槽，例如截齒10上的隆起26和溝槽27，及截齒11上的隆起28和溝槽29。
圖3示出了在使用過程中被磨損后的旋轉(zhuǎn)式錐形鉆頭?？梢钥吹浇佚X11只剩下包括三個(gè)隆起部分的型廓，而相鄰的截齒10只剩下包括四個(gè)隆起部分的型廓。這種結(jié)構(gòu)型式沿整個(gè)旋轉(zhuǎn)錐重復(fù)再現(xiàn)。這樣，截齒10和11就作為互補(bǔ)的裝置而工作，以在其與地層接合的每個(gè)接觸位置上形成不同的截割方式。
圖4示出了一種設(shè)置有本發(fā)明之交錯(cuò)排列的硬質(zhì)材料和較軟材料結(jié)構(gòu)的鑲嵌式截齒。圖4所示的截齒組件包括齒30和相鄰的齒31。齒30和31適合于以傳統(tǒng)的方式裝配在鉆頭主體上的孔內(nèi)。與圖1-3的實(shí)施例相同，圖4的齒結(jié)構(gòu)可用于任何合適的傳統(tǒng)鉆頭結(jié)構(gòu)中?；パa(bǔ)的幾何結(jié)構(gòu)型式可通過截齒主體上硬質(zhì)材料和較軟材料的組合式結(jié)構(gòu)形成于相鄰的齒30和31上。這樣，在齒30的結(jié)構(gòu)中，硬質(zhì)材料32覆蓋并散布在較軟材料33內(nèi)。類似地，在齒31中，硬質(zhì)材料34散布在較軟的基體材料35內(nèi)。軟質(zhì)材料和硬質(zhì)材料結(jié)構(gòu)的這種配置型式具體如圖5所示。與前述的圖1-3的實(shí)施例相同，截齒組30和31磨損過程中，可形成不同的齒型，從而使截齒與地層之間的干涉力最大化，并且當(dāng)產(chǎn)生不同程度的磨損時(shí)，能夠形成自動(dòng)磨銳作用。硬質(zhì)材料設(shè)置于較軟主體材料內(nèi)還可增加截齒的剛度，以進(jìn)一步增加鉆頭對(duì)地層的穿透性。
盡管已對(duì)用于旋轉(zhuǎn)錐形的鉆頭的本發(fā)明作出了具體的說明，但應(yīng)該理解本發(fā)明具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，而且可被用于任何通過增加鉆頭截齒與地層輪廓之間的干涉力及通過增加截齒剛度及自動(dòng)磨銳來提高其性能的鉆頭。還應(yīng)該知道盡管本發(fā)明已接合具有交替排列且具有互補(bǔ)幾何形狀的硬質(zhì)材料結(jié)構(gòu)型式的截齒作出了說明，但是本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)也可通過在相鄰截齒上采用基本相同的結(jié)構(gòu)型式之鉆頭而得到。在這種應(yīng)用中，如果鉆頭的動(dòng)作由于前面之截齒的截割而與地層產(chǎn)生了干涉，那么也可以得到本發(fā)明之不同的磨損、自動(dòng)磨銳及剛度特征的優(yōu)點(diǎn)。
圖6-8示出了本發(fā)明之鉆頭截齒在結(jié)構(gòu)和磨損型式上的變形。圖6示出了包括一第一齒35的未磨損滾錐鑿巖鉆頭，其中在第一齒35上，設(shè)有一硬質(zhì)材料36并覆蓋了較軟的鉆頭材料37。較軟的材料通過截齒作離開層狀的鉆頭主體(未示出)地突出，該層狀鉆頭主體側(cè)向地定位于硬質(zhì)材料層之間。硬質(zhì)材料和軟質(zhì)材料沿其交界的接觸區(qū)域相互接合。其連接結(jié)合體可通過任何用于將不同的鉆頭截齒材料接合在一起的傳統(tǒng)方法制成。
一相鄰的齒38設(shè)有一硬質(zhì)材料外層39，該外層覆蓋著鉆頭主體內(nèi)部的較軟材料40。齒41以類似于齒35的方式被制成。圍繞滾輪以重復(fù)地方式配置截齒材料結(jié)構(gòu)型式的順序。圖7示出了圖6所示之滾輪的磨損圖形。
圖8示出了用于鉆頭截齒之改進(jìn)的材料層結(jié)構(gòu)型式，其中一硬質(zhì)材料外層50覆蓋較軟的鉆頭主體材料51設(shè)置。這種結(jié)構(gòu)方式對(duì)于滾輪上的所有截齒是類似的。圖9示出了圖8之滾輪的磨損型式。
盡管已將本發(fā)明的硬質(zhì)材料描述為多晶的金剛石，但應(yīng)該理解與截齒主體相比較硬的其它材料也可被用于本發(fā)明。還應(yīng)該理解多晶金剛石的截齒結(jié)構(gòu)也可以是合成的金剛石楔塊。類似地，下部的主體也未必是鋼的，而可以是其它軟于硬質(zhì)材料并能夠提供本發(fā)明之優(yōu)點(diǎn)的材料。
盡管已參照最佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作出了說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該清楚在不脫離所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可對(duì)本發(fā)明作出修改、替換、增加和刪除。
權(quán)利要求
1.一種用于地層鉆孔的鉆頭，包括一鉆頭主體；從所述鉆頭主體延伸的多個(gè)截齒；所述截齒包括一主體部分和一硬質(zhì)材料部分；所述硬質(zhì)材料部分由不同于構(gòu)成所述主體部分之材料的磨損特性的材料構(gòu)成；和所述硬質(zhì)材料部分以第一結(jié)構(gòu)型式與所述截齒中的第一個(gè)(齒)組合，并與所述截齒中恰好鄰近所述第一截齒的第二截齒以第二種不同的結(jié)構(gòu)型式組合，從而使所述第一和第二截齒包括由兩個(gè)截齒構(gòu)成的截齒組，所述兩個(gè)截齒在鉆孔過程中不同程度地磨損。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于所述第一和第二結(jié)構(gòu)型式基本為互補(bǔ)的幾何結(jié)構(gòu)，從而使所述截齒組中的第一和第二截齒以互補(bǔ)的型式磨損。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于所述主體部分由鋼材制成，而所述硬質(zhì)材料部分由多晶金剛石材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于所述截齒中的每一個(gè)都包括一齒頂和多個(gè)側(cè)面，所述硬質(zhì)材料覆蓋所述齒頂和多個(gè)側(cè)面定位，并從所述齒頂延伸到所述側(cè)面之間的所述主體內(nèi)，從而當(dāng)所述齒頂磨損時(shí)，所述主體和所述硬質(zhì)材料在所述截齒的磨損區(qū)域內(nèi)相互鄰近，以形成截割交界面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于，還包括從所述鉆頭主體伸出的多個(gè)截齒組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于所述截齒的主體部分與所述鉆頭主體一體形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于所述截齒的主體部分與所述鉆頭主體分別被制成，并被固定于所述鉆頭主體上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于所述第一結(jié)構(gòu)型式包括至少兩個(gè)側(cè)向隔開并在非中心區(qū)域穿入所述截齒之主體內(nèi)的硬質(zhì)材料，所述第二結(jié)構(gòu)型式包括在中央?yún)^(qū)域穿入所述第二截齒之主體內(nèi)的硬質(zhì)材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于所述鉆頭為一滾錐鑿巖鉆頭(roller cone bit)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鉆頭，其特征在于所述鉆頭為一滾錐鑿巖鉆頭。
11.一種制造用于旋轉(zhuǎn)鉆頭主體上的鉆頭截齒的方法，包括以下步驟使硬質(zhì)材料和軟質(zhì)材料在第一鉆頭截齒上交替排列，以形成第一磨損結(jié)構(gòu)型式；使硬質(zhì)材料和軟質(zhì)材料在第二鉆頭截齒上交替排列，以形成不同于第一結(jié)構(gòu)型式的第二磨損結(jié)構(gòu)型式；和使所述第一和第二鉆頭截齒彼此相對(duì)定位在所述鉆頭主體上并相對(duì)鉆頭旋轉(zhuǎn)的方向來定位，從而使所述第一和第二磨損型式沿鉆頭旋轉(zhuǎn)的方向大體互補(bǔ)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述硬質(zhì)材料包括多晶金剛石材料，而所述軟材料包括鋼材。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述截齒作離開所述鉆頭主體沿徑向延伸，所述第一截齒的結(jié)構(gòu)型式包括至少一個(gè)徑向延伸的軟材料部分，所述第二結(jié)構(gòu)型式包括至少兩個(gè)徑向延伸的并與所述第一結(jié)構(gòu)型式的所述軟材料部分側(cè)向隔開的軟材料部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述第一和第二鉆頭截齒被鑲嵌到所述鉆頭主體內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述第一和第二截齒與所述鉆頭主體一體形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述第一和第二截齒與所述鉆頭主體一體形成。
17.一種用于鉆透地層的爪形截齒鉆頭，包括一鉆頭主體；多個(gè)截割部件，每個(gè)所述的截割部件都包括一細(xì)長的基體，所述基體被所述鉆頭主體支承并作離開所述鉆頭主體地延伸；具有不同磨損特性、交替排列并側(cè)向隔開的材料層以層狀設(shè)置于所述截割部件的細(xì)長基體上并沿所述截割部件的整個(gè)長度延伸，從而使所述截割部件在鉆孔過程中的磨損在與所述截割部件的表面接觸的地層中形成交替排列的隆起和溝槽。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的爪形齒鉆頭，其特征在于所述交替排列的層由鋼材和多晶金剛石構(gòu)成。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的爪形齒鉆頭，其特征在于還包括多個(gè)爪形的截齒結(jié)構(gòu)型式，所述結(jié)構(gòu)型式包括以具有不同型式的可變排列方式設(shè)置在所述截割部件上的交替排列之材料層，從而使所述截割部件磨損時(shí)，以在其各個(gè)地層接觸表面的不同相對(duì)位置上形成交替排列的隆起和溝槽。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的爪形齒鉆頭，其特征在于所述交替排列的材料層包括鋼材和多晶金剛石。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的爪形齒鉆頭，其特征在于所述層包括合成的金剛石楔塊。
全文摘要
一種爪形齒的旋轉(zhuǎn)鉆頭包括多個(gè)截齒,每個(gè)截齒都由與較軟材料組合的硬質(zhì)材料構(gòu)成,從而當(dāng)鉆頭被用于地層鉆孔時(shí),使截齒不均勻磨損。相鄰的截齒可設(shè)置有互補(bǔ)結(jié)構(gòu)型式的硬質(zhì)材料和軟質(zhì)材料。兩個(gè)相鄰的截齒形成具有互補(bǔ)磨損結(jié)構(gòu)型式的一個(gè)截齒組,從而使高處的截齒與低處的相鄰截齒對(duì)齊。當(dāng)鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí),地層可與截齒上的高處區(qū)域和低處區(qū)域隨機(jī)咬合,以增加截割效率。當(dāng)截齒不均勻磨損時(shí),交替排列的硬質(zhì)材料和軟質(zhì)材料層能夠自動(dòng)磨銳。硬質(zhì)材料在截齒結(jié)構(gòu)中的設(shè)置提高了截齒的剛度。在一最佳實(shí)施例中,硬質(zhì)材料為多晶金剛石,而較軟材料為鋼材。
文檔編號(hào)E21B10/56GK1322272SQ98809630
公開日2001年11月14日 申請(qǐng)日期1998年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月29日
發(fā)明者E·C·斯帕茨 申請(qǐng)人:德雷塞工業(yè)公司