[发明专利]用于冲击钻井设备的钻头头部

说明书

技术领域

本发明涉及冲击钻头和钻头组件，特别地涉及用于冲击钻井设备的钻头头部，所述冲击钻井设备可用于采矿业和建造业的地层钻孔应用。

背景技术

向地层钻孔在许多行业中是一项重要的活动，所述行业比如是采矿、油气钻井、勘探和隧道建造行业。很多种类的方法和各种不同类型的钻头可用于该目的。有三种相对照的通常用于在油气钻井、采矿和建造业中向地层钻孔的方法，即：回转剪切钻井、牙轮钻井和冲击钻井。

在回转剪切钻井中，包括多个刀片或刀具嵌入物的回转钻头头部通过剪切作用向岩石钻孔。在牙轮钻井中，钻头包括若干个(通常为三个)“牙轮”，每个牙轮包括多个镶齿或刀具嵌入物。随着钻头旋转，使每个牙轮在其自己的轴线上转动，刀片或刀具通过将其以高压力按压在岩石上来使岩石破碎。在冲击钻井中，包括多个镶齿或刀具嵌入物的钻头以高频率反复地冲击或锤打主体岩石。通常，使钻头头部在连续撞击之间稍微转动以尽可能地分解岩石。这产生术语“旋转冲击钻井”，尽管“旋转”特征与在纯旋转钻井中的旋转有明显区别，在纯旋转钻井中，旋转特征实质上用于剪切岩石。冲击钻井例如广泛地用于采矿业和建造业以钻出孔和钻孔。

在冲击钻井中，钻头头部和主体趋向于比用于旋转钻井或牙轮钻井中的钻头头部和主体对研磨磨损不敏感得多，这是因为在后者的情况下，钻头头部和相关部件相对于研磨岩石快速旋转。基于这一原因，冲击钻井的钻头头部和主体通常由钢构制成，该钢具有足够的耐磨性并且是成本有效的。

英国专利995599公开了一种旋转冲击钻头，所述旋转冲击钻头具有：圆柱状或稍微圆锥状的壁；通常横向于钻进轴线的基部；和位于基部中的钝的切削嵌入物，嵌入物的排相对于轴线倾斜。

美国专利3,952,819公开了一种用于冲击岩石钻井的耐疲劳的砧式钻头(anvil bit)，所述砧式钻头包括：细长的砧体，所述砧体具有砧式头部段的后撞击端部并且具有一体形成的柄部，所述柄部从后端部延伸至带螺纹的钻头端部；和加大的可移除的钻头头部，所述钻头头部能通过螺纹安装在带螺纹的钻头端部上，其中多个切割元件安装在带螺纹的钻头端部的对面的表面上；所述加大的钻头头部具有从柄部横向延伸的后表面。

英国专利1250146公开了一个用于井下冲击钻井工具的钻头组件，所述钻头组件包括底部砧和圆柱状钻头，所述圆柱状钻头可移除地安装在与中心线同轴的砧上，所述钻头具有后表面和多个形成于面表面(face surface)上的用于接收和保持镶齿组件的渐缩孔。钻头具有多个通道孔口，所述多个通道孔口形成于后表面重、与渐缩孔对准并且连通，以便当钻头变得过度磨损而将钻头从砧上移除来更换镶齿时能够使渐缩的镶齿组件从孔中被推动。

美国专利4,694,918公开了一种岩石冲击钻头，所述岩石冲击钻头包括钢质主体、在钢质主体的一端部处的用于将钻头连接至钻柱的连接装置和嵌入钢制主体的另一端部中的多个嵌入物，所述嵌入物的至少一部分包括：碳化钨硬质合金本体，所述碳化钨硬质合金本体具有嵌入钢质主体中的抓持部分和从钢质主体的表面的突出的会聚端部部分，在碳化钨硬质合金本体的会聚端部上的多晶金刚石层；位于多晶金刚石层和碳化钨硬质合金本体之间的至少一个过渡层，该过渡层包括含有金刚石晶体和预碳化钨硬质合金(pre-cemented tungsten carbide)颗粒的组分，其中金刚石晶体的含量高于邻近的多晶金刚石层并且低于邻近的碳化钨硬质合金本体。

日本专利公开07-197760公开了一种冲击钻头，该冲击钻头的整个头部由硬质合金制成，扣状本体与尖端的平面形成一体以便从该尖端的平面处伸出。由于该钻头由硬质合金制成，整个头部具有良好的耐磨性。

需要一种比已知的有超硬的嵌入物的冲击钻头具有明显更长的使用寿命的冲击钻头。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一个用于冲击钻井设备的冲击钻头头部，该钻头头部包括工作表面和多个从工作表面伸出的超硬的镶齿，该工作表面具有硬区，该硬区没有镶齿并且具有至少60HRc的洛氏C硬度。

工作表面是钻头头部的在使用中可接触工件或被处理的主体(例如岩石)的任一部件。应理解的是，工作表面的任一部分也是工作表面。

与材料相关的术语“超硬”应理解成是指该材料具有至少30Gpa的硬度。金刚石和立方氮化硼是超硬质材料的例子。