[發明專利]沖擊式鉆進用的鑿巖鉆頭以及鑿巖鉆頭球齒

無效

• 申請號: 201180046043.8
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN103339339A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 毛里·埃斯科;馬爾庫·凱斯基尼瓦;尤哈·皮波寧;波利·萊梅蒂
• 申請（專利權）人: 山特維克知識產權股份有限公司
• 主分類號: E21B10/36
• 分類號: E21B10/36
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 蔡石蒙;車文

技術領域

本發明涉及根據獨立權利要求前序部分所述的用于沖擊式鉆進的鑿巖鉆頭以及鑿巖鉆頭球齒(button)。

本發明不限于任意類型的用于所述鑿巖鉆頭的鉆進組件，而是鉆進組件可以是潛孔錘鉆以及頂錘鉆，但是所示的鑿巖鉆頭特別地旨在用于后一類型。

此外，所述鑿巖鉆頭可以具有任意可能的尺寸，且通常直徑為30mm-300mm。對鑿巖鉆頭在工作中的意圖沖擊頻率和旋轉速度同樣不作限定，但是可以提及的是，它們通常分別在20Hz-100Hz及20-500轉每分鐘的范圍內，不過本發明不排除在高于250Hz且可達到高于1kHz的頻率下工作的高頻組件中使用鑿巖鉆頭。

背景技術

現將參考圖1和2對引言部分中限定的類型的已知所謂標準鑿巖鉆頭1進行說明。鉆頭具有鉆頭頭部2，鉆頭頭部2被構造為連接在鉆進組件的比如鉆管或者鉆桿形式的鉆進元件的端部，并且具有比所述鉆進元件的直徑大的直徑。該鉆進元件未在這些附圖中示出，但是其可以被認為容納在與鉆頭頭部一體的所謂的裙部3中并且具有比鉆頭頭部直徑小的直徑。將鉆頭連接到鉆進元件的其它方式在本領域中是可以想到的并且是已知的。鉆頭頭部在從意圖鉆進方向上看的前端4處具有多個壓入式標準(gauge)球齒5，該多個壓入式標準球齒5沿著鉆頭頭部2的周圍分布。標準球齒被構造為接合待破碎的材料，并且被構造成確定要由鑿巖鉆頭鉆進的孔6(見圖1)的直徑。這些標準球齒由硬質材料制成，比如硬質合金或者碳化鎢。也是由硬質材料制成的前球齒7被壓入前表面8中，以接合待破碎的材料。還指示了沖洗管道借由前表面中的沖洗孔9而在前端處開口。

工作中，標準球齒5會接合并破碎具有所述桿的鑿巖鉆頭所定位的孔6的孔壁附近的巖石，且前球齒7會通過鑿巖鉆頭在箭頭A方向上執行的撞擊來粉碎更為接近該孔的中心的巖石。在每一次這樣的撞擊之間，鉆頭將稍微轉動，通常轉動約5°。

這種類型的鑿巖鉆頭的工作效率當然是重要的特征，且這可以表示為以每單位時間鉆進的孔的長度(米/分鐘)定義的鑿巖鉆頭的穿透速度。這種類型的已知鑿巖鉆頭的穿透速度取決于所述球齒的、特別是標準球齒的磨損。圖2中表示出了，在該鑿巖鉆頭工作期間，標準球齒的周邊處的材料被磨損掉，從而在那里形成平坦表面10，這使得它們不太銳利并降低了穿透速度。在鑿巖鉆頭的工作期間，這些平坦表面10將增長，并且最終導致由所述標準球齒確定的被鉆進的孔的直徑明顯減小，使得必須更換鑿巖鉆頭。當然，增大在引言部分限定的這種類型鑿巖鉆頭的穿透速度并且延長其壽命是正在作出的努力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在引言部分限定的類型的鑿巖鉆頭，其相對于已知的這種類型的鑿巖鉆頭在至少一些方面上是有所提高的。

根據本發明，該目的通過提供如下的鉆頭來實現，在該鑿巖鉆頭中，具有柄部部分的所述球齒中的至少一個至少部分地包括支承部分，其材料比粘結相要硬，且使得球齒繞著其自身的對稱軸線旋轉。通過將至少一所述球齒可旋轉地配合在鉆頭頭部中，該球齒將在鉆進時受到鉆進沖擊和鑿巖鉆頭旋轉的影響，從而繞著其自身的對稱軸線旋轉，從而所述球齒的接合巖石的部分將改變，并且該球齒將均勻地磨損并借此自行磨尖。這意味著，與將該球齒固定在鉆頭頭部中相比，該球齒將由于上述自行磨尖效果而更長時間地保持其對于鑿巖鉆頭的穿透速度的貢獻。在球齒上設置支承部分將基本上避免對孔壁產生的任何研磨作用。

根據本發明的實施方式，支承部分的材料是大致同質的或者換句話說其包括大體上沒有比周圍的材料更硬的微粒的材料，從而避免磨蝕微粒接觸到孔壁。

根據本發明的另一實施方式，支承部分至少部分地涂布有屏障涂層，這大體上阻止了粘結相的分解。

根據本發明的另一實施方式，支承部分的相對于鋼的摩擦系數能夠小于0.5，這將大體上防止對孔壁的磨損。

根據本發明的另一實施方式，支承部分具有的顯微硬度(HV?0.05)可以至少為3000，以使支承部分能耐受磨蝕。

根據本發明的另一實施方式，支承部分包括氮化鋁鈦(TiAlN)，氮化鉻鋁(AlCrN)，碳化鈦(TiC)，氮化鈦(TiN)，氮化鉻(CrN)，氮化鋯(ZrN)和/或金剛石的涂層中的任一種或者幾種，以獲得對孔的非磨蝕效果。

根據本發明的另一實施方式，球齒包括球齒保持裝置，使得球齒可以在能夠旋轉的情況下被可靠地保持在鑿巖鉆頭中。

根據本發明的另一實施方式，至少一個球齒的基部部分支靠于或者接觸到球齒孔的底部，從而將沖擊力傳遞到球齒，同時允許基部部分在旋轉時在底部上移動。