CN105840106A - 用于pdc钻头实现金刚石复合齿可拆装的固定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在石油钻采、地质钻探等工程中PDC钻头上实现金刚石复合齿可拆装的新型固定方法，利用膨胀螺栓配合这一方式，解决了传统胎体式PDC钻头金刚石复合片不能改变作用部位且更换金刚石复合片需要二次焊接的问题。其技术方案是：金刚石复合齿椎体和金刚石复合片连接；金刚石复合齿和安装槽通过花键和膨胀螺栓连接；膨胀螺栓、安装孔与金刚石复合齿通过膨胀套筒连接，膨胀套筒在锥形轴肩处径向膨胀，卡紧在锥形轴肩和安装孔之间；金刚石复合齿与冠部结构通过销钉连接。本发明能实现金刚石复合齿的可拆装、更换金刚石复合片，旋转金刚石复合齿的角度，让金刚石复合片作用面每个部位都能工作，延长了金刚石复合片的使用寿命，进而降低钻头成本。

Description

用于 PDC 钻头实现金刚石复合齿可拆装的固定方法

技术领域

本发明属于石油天然气钻探、矿山开采、地质钻探等工程技术领域，涉及利用膨胀螺栓固定PDC钻头金刚石复合齿，从而实现金刚石复合齿的可拆装更换和可改变作用部位。

背景技术

在石油天然气开发过程中，钻井的速度和效率决定着油气田的开发效率，钻头的寿命影响着钻井的速度，目前较为先进的钻头主要是金刚石复合片钻头，金刚石复合齿的固定和维护方式又影响着钻头的寿命和性能。常规的固齿方式主要是在冠部结构金刚石复合齿椎体部分上直接焊接金刚石复合片，在钻井过程中会出现金刚石复合片同一个部位过度磨损或者金刚石复合片完全脱落的现象，导致金刚石复合齿锥体部分造成严重磨损，这种情况下如果不能改变金刚石复合片作用部位或重新换上新的金刚石复合片，将会使钻头的使用寿命降低，而传统的固定方式并不能改变金刚石复合片的作用部位，而更换新金刚石复合片的方法是将金刚石复合片脱落的金刚石复合齿椎体进行平整加工之后继续将新的金刚石复合片焊接在金刚石复合齿锥体上，这样修复的金刚石复合齿焊接位置将改变，焊接稳定性也没有之前的高，故而要解决这一问题就必须采用一种新型的金刚石复合齿固定方法，而能够实现改变作用部位和拆装更换的膨胀螺栓配合方法就很好地解决了这类问题。

发明内容

本发明的目的是：为了解决传统胎体式PDC钻头金刚石复合片的焊接固定方式在更换金刚石复合片时需要二次焊接的问题，提供一种新型的可直接更换金刚石复合片、改变金刚石复合片作用部位的固定方法，从而延长金刚石复合齿的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：用于PDC钻头实现金刚石复合齿可拆装的固定方法，整体结构由钻头胎体、金刚石复合齿和膨胀螺栓结构组成，所述钻头胎体由钻头基体、冠部结构、安装槽等组成：所述安装槽由螺帽沉头孔、膨胀螺栓安装孔、花键键槽组成。所述金刚石复合齿由金刚石复合齿锥体、金刚石复合片、螺纹孔、销钉孔、花键健槽组成。所述膨胀螺栓结构由膨胀螺栓、垫片、膨胀套筒、花键组成。其特征在于金刚石复合齿锥体与金刚石复合片通过焊接固定；冠部结构上开有安装槽，金刚石复合齿通过花键在安装槽中定位；金刚石复合齿嵌入钻头冠部结构一端开有螺纹孔，安装槽中开有膨胀螺栓安装孔，金刚石复合齿、垫片通过膨胀螺栓固定在安装槽中；膨胀螺栓上锥形轴肩右边是螺纹部分，锥形轴肩左端比螺纹部分直径大，膨胀套筒上膨胀结构是锥形的，锥形直径比膨胀螺栓锥形轴肩的直径略小，膨胀结构上开有6个膨胀槽，膨胀套筒上膨胀结构在膨胀螺栓锥形轴肩处径向膨胀，卡紧在膨胀螺栓和膨胀螺栓安装孔之间，膨胀螺栓安装孔是一个台阶孔，膨胀套筒在内台阶处轴向定位；金刚石复合齿通过销钉固定在冠部结构上。本发明通过膨胀套筒在内台阶和金刚石复合齿之间的定位限制了金刚石复合齿和膨胀螺栓的轴向位移，膨胀套筒的径向膨胀限制了膨胀螺栓的径向位移，花键限制了金刚石复合齿的径向位移和周向位移，销钉限制了金刚石复合齿的轴向、径向和周向位移。

本发明的有益效果是：（1）该金刚石复合齿固定方法采用的是膨胀螺栓连接，配合牢固，安装简单。（2）该金刚石复合齿固齿方法实现金刚石复合齿的可拆装，能更换磨损和脱落的金刚石复合片。（3）该金刚石复合齿固齿方法可改变金刚石复合齿的作用部位，使金刚石复合片作用面每个部位都作用，延长金刚石复合片使用寿命。

附图说明

图1为本发明用于PDC钻头实现金刚石复合齿可拆装的固定方法结构示意图。

图2为图1中金刚石复合齿部分装配示意图。

图3为图1中膨胀螺栓结构示意图。

图4为图1中膨胀套筒结构示意图。

图5为图1中金刚石复合齿锥体结构示意图。

图中：1.冠部结构，2.冠部结构基体，3.金刚石复合齿锥体，4.金刚石复合齿，5.金刚石复合片固定片，6.花键，7.螺帽沉头孔，8.螺帽，9.保径齿Ⅰ，10.出水孔，11.钻头胎体，12.锥螺纹，13.保径齿Ⅱ，14.保径面，15.金刚石复合片，16.安装槽，17.钻头基体，18.垫片，19.锥形轴肩，20.花键键槽，21.螺纹孔，22.膨胀套筒，23.膨胀螺栓安装孔，24.复合齿胎体，25.销钉孔，26.膨胀缝，27.膨胀套筒内孔，28.螺纹部分，29.膨胀螺栓，30.膨胀结构，31，膨胀套筒无缝端，32.内台阶。

具体实施方式

下面通过实施方式和附图对本发明作进一步详细阐述 ：

根据附图1所示，用于PDC钻头实现金刚石复合齿可拆装的固定方法，整体结构由钻头胎体11、金刚石复合齿4和膨胀螺栓结构组成，所述钻头胎体由钻头基体17、冠部结构1、安装槽16等组成：所述安装槽16由螺帽沉头孔7、膨胀螺栓安装孔23、花键键槽20组成。所述金刚石复合齿由金刚石复合齿锥体24、金刚石复合片15、螺纹孔21、销钉孔25、花键健槽20组成。膨胀螺栓结构由膨胀螺栓28、垫片18、膨胀套筒22、花键6组成。其特征在于金刚石复合齿锥体24与金刚石复合片15通过焊接固定；冠部结构1上开有安装槽16，复合齿4通过花键6在安装槽16中定位；复合齿4嵌入钻头冠部结构1一端开有螺纹孔21，安装槽16中开有膨胀螺栓安装孔23，金刚石复合齿4、垫片18通过膨胀螺栓29固定在安装槽16中；膨胀螺栓29上锥形轴肩19右边是螺纹部分28，锥形轴肩左端比螺纹部分28直径大，膨胀套筒22上膨胀结构30是锥形的，锥形部分直径比锥形轴肩19的直径略小，膨胀结构30上开有6个膨胀槽26，膨胀套筒22上膨胀结构30在膨胀螺栓锥形轴肩19处径向膨胀，卡紧在膨胀螺栓29和膨胀螺栓安装孔23之间，膨胀螺栓安装孔23是一个台阶孔，膨胀套筒在内台阶32处轴向定位；金刚石复合齿4通过销钉固定在冠部结构1上。具体安装步骤：膨胀螺栓垫片18套上膨胀螺栓29上穿过安装槽16上的膨胀螺栓安装孔23，膨胀套筒开膨胀槽26的一端套在螺栓29上，花键6安装在金刚石复合齿4上，与安装槽中16花键键槽20对齐并插入，金刚石复合齿4上的螺纹孔21与膨胀螺栓29对齐并插入，扳手在螺帽8一端不断拧紧，膨胀螺栓29慢慢旋进螺纹孔21，膨胀套筒22被金刚石复合片4一端推到锥形轴肩处19时产生微小变形而缓慢膨胀撑开，在膨胀螺栓安装孔23和锥形轴肩19之间被压紧。改变金刚石复合齿4切削部位的方法：将膨胀螺栓29拧松，取下膨胀螺栓29、垫片18、膨胀套筒22、金刚石复合齿4，金刚石复合齿4旋转一个角度之后重新放入螺栓安装槽16，按照上述具体安装步骤再次安装便可。本发明通过膨胀套筒22在内台阶32和金刚石复合齿4之间的定位限制了金刚石复合齿4和膨胀螺栓29的轴向位移，膨胀套筒22的径向膨胀限制了膨胀螺栓29的径向位移，花键6限制了金刚石复合齿4的径向位移和周向位移，销钉限制了金刚石复合齿的轴向、径向和周向位移。

本发明中，膨胀套筒22在内台阶32和金刚石复合齿4之间轴向被压缩，径向发生微小变形而膨胀，钻井过程中，以金刚石复合齿4中心轴线为基准，在金刚石复合齿4切削岩层受到轴向与径向的冲击和载荷时，膨胀套筒22能有效抵消大部分冲击与振动，避免膨胀螺栓29在钻井过程松脱，保证螺栓连接的可靠性。

特别注意，采用本发明安装金刚石复合齿4，安装槽16在冠部结构1上的分布取决于冠部结构1的几何尺寸，如图1中，冠部结构1是鼻状结构，在径向方向上越靠近轴线部位冠部结构1的宽度越小，故冠部结构1在轴线附近的位置因宽度小不能开完整的安装槽16，同时这个部位在轴线位置附近向内凹陷，不方便复合齿的拆装，所以本发明金刚石复合齿4的安装槽位置都是远离轴线附近的。

Claims (2)

1.用于PDC钻头实现金刚石复合齿可拆装的固定方法，整体结构由钻头胎体（11）、金刚石复合齿（4）和膨胀螺栓结构组成，所述钻头胎体（11）由钻头基体（17）、冠部结构（1）、安装槽（16）等组成，所述安装槽（16）由螺帽沉头孔（7）、膨胀螺栓安装孔（23）、花键键槽（20）组成，所述金刚石复合齿（4）由金刚石复合齿锥体（24）、金刚石复合片（15）、螺纹孔（21）、销钉孔（25）、花键健槽（20）组成，所述膨胀螺栓结构由膨胀螺栓（28）、垫片（18）、膨胀套筒（22）、花键（6）组成，其特征在于金刚石复合齿（4）通过花键（6）、膨胀螺栓（29）、销钉固定在安装槽（16）中，膨胀螺栓（29）锥形轴肩左端比螺纹部分（28）直径大，膨胀套筒（22）上膨胀结构（30）是锥形的，膨胀结构（30）直径比锥形轴肩（19）的直径略小，膨胀结构（30）上开有6个膨胀槽（26），膨胀结构（30）在锥形轴肩（19）处径向膨胀，卡紧在膨胀螺栓（29）和膨胀螺栓安装孔（23）之间，膨胀螺栓安装孔（23）是一个台阶孔，膨胀套筒（22）在内台阶（32）处轴向定位。

2.根据权利要求1所述的用于PDC钻头实现金刚石复合齿可拆装的固定方法，其特征在于：金刚石复合齿（4）通过膨胀螺栓结构固定，膨胀螺栓（29）上有锥形轴肩（19），膨胀套筒（22）上有膨胀结构（30），膨胀结构（30）上有6个膨胀槽（26），膨胀结构（30）在锥形轴肩（19）处膨胀卡紧。