[發(fā)明專利]切削齒及鉆頭

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110015209.5
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN114718466A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設計）人: 程曉敏;楊雄文;王旭;于家慶;劉宇;郭建華;李杰;楊決算;王春華
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司;北京華美世紀國際技術有限公司
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/54
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 劉娜

本發(fā)明提供了一種切削齒及鉆頭，切削齒包括圓柱形基體，上部結合有超硬層，超硬層頂面有工作面，工作面邊緣與倒角面相接，倒角的另一側是超硬層的側面，工作面、倒角面和超硬層的側面上有多個凹坑。超硬層由超級抗研磨材料制造。超級抗研磨材料可以是多晶金剛石。工作面上布置的凹坑可以減少巖石和切削齒之間的接觸摩擦。因此可以減少超硬層上切削地層巖石時產(chǎn)生的熱量，從而可以減少超硬層的熱損傷。這樣可以改善切割齒的使用壽命。

技術領域

本發(fā)明內容涉及用于石油勘探和鉆探的鉆頭領域的切削齒，具體涉及一種切削齒及鉆頭。

背景技術

在鉆井中開采油氣資源或用于其他應用時，常規(guī)做法是將鉆頭連接到鉆桿部分的下端連接以形成鉆柱。通過從地面旋轉鉆柱達到旋轉鉆頭與地層相互作用，從而使鉆頭通過研磨、破碎或剪切作用鉆穿地層并經(jīng)由預定軌跡達到目標區(qū)域。許多不同類型的鉆頭已經(jīng)被開發(fā)出來去鉆進前面描述的井。

鉆頭刀翼上的切削齒通常由硬質材料制成。在典型的鉆頭中，每個切削齒包含一個細長且通常為圓柱體的碳化鎢基體，將該基體固定在一個刀翼表面上的凹槽中。傳統(tǒng)切削齒通常還包含聚晶金剛石(以下簡稱“PCD”)或其他抗研磨材料(例如熱穩(wěn)定金剛石或多晶立方氮化硼)制成的超硬層。

決定PCD切削齒壽命的一個因素是切削齒暴露在熱環(huán)境中的時間。當金剛石層的溫度在700-750攝氏度時，聚晶金剛石是穩(wěn)定的，高于此溫度會導致聚晶金剛石損傷和結構失效。聚晶金剛石的這種劣勢可能是由于粘結材料鈷的熱膨脹系數(shù)與金剛石相比有很大差異。聚晶金剛石加熱后，鈷和金剛石晶格會以不同的速率膨脹，導致金剛石晶格結構產(chǎn)生裂紋，最終導致聚晶金剛石變質。損傷也可能是由于金剛石顆粒間逆向轉化形成的石墨導致了微觀結構完整性的破會以及在極高溫度條件下的強度損失。

由于PCD切削齒和切削巖石之間的摩擦在切削齒接觸點產(chǎn)生熱量，特別是在PCD層的外露部分產(chǎn)生熱量，會對金剛石超硬層造成熱損傷，并最終導致(由于熱膨脹系數(shù)的差異)聚晶金剛石超硬層剝落、聚晶金剛石超硬層與基體分離，以及金剛石轉化為石墨，從而導致快速磨損。當切削齒切削地層接一段時間后，聚晶金剛石材料的不斷失效會在接觸點附近產(chǎn)生磨面并產(chǎn)生很多摩擦熱。隨著切削齒的繼續(xù)使用，磨面的尺寸將增大，并進一步產(chǎn)生摩擦熱。由于上述金剛石和催化劑之間的熱膨脹不匹配，熱量可能積聚并導致切削齒失效。

因此，需要開發(fā)一種PCD切削齒，以提供更好的熱穩(wěn)定性能。與常規(guī)PCD切削齒相比，切削過程中摩擦力降低了，導熱改善了，從而提高了切削齒的使用壽命。進一步需要這樣的PCD切削齒的具有簡單，易于制造且成本低廉的優(yōu)點。

發(fā)明內容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種切削齒及鉆頭，以解決現(xiàn)有技術中的鉆頭在高溫環(huán)境下易磨損、不耐用的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種切削齒，包括：圓柱形基體；固定在基體上的超硬層；超硬層頂部有工作面；工作面邊緣與超硬層的周向側面之間設有倒角；倒角面遠離工作面的一側連接超硬層的側面，其中，工作面、倒角面和超硬層的側面上均設有多個凹坑。

進一步地，工作面是平面或非平面。

進一步地，凹坑的形狀是半球形、橢圓形、正方形或長方形。

進一步地，多個凹坑在工作面上呈中心對稱地分布。

進一步地，多個凹坑均勻地分布工作面上。

進一步地，多個凹坑在工作面上呈放射狀分布。

進一步地，倒角的角度在30度至60度之間。

進一步地，超硬層采用多晶金剛石制成。

進一步地，凹坑內還設有第二凹坑。

進一步地，相鄰的兩個凹坑之間設有相互連接的通道。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種鉆頭，包括多個切削齒，切削齒為上述的切削齒。