[发明专利]一种新型基体的钻齿及其制造方法

说明书

本发明提供了一种新型基体的钻齿及其制造方法，属于钻探领域。该新型基体的钻齿包括切削齿基体和切削面；所述切削齿基体和切削面的轴截面的形状均为梯形，且均包括上平面、下平面、弧形面和斜平面，所述上平面和下平面平行，所述弧形面的上、下边、斜平面的上、下边分别与上平面、下平面相交；在所述切削齿基体的斜平面上设有多个凹槽，在所述切削面的斜平面上设有多个凸起，将两者的斜平面重合时切削面上的所有凸起分别插入到切削齿基体上的对应的凹槽中，两者合成为一体，形成圆柱体结构。

技术领域

本发明属于钻探领域，具体涉及一种新型基体的钻齿及其制造方法。

背景技术

钻井过程中，钻头作为钻穿地层的主要工具，具有非常关键的作用。钻头钻遇的地层各种各样，因此，钻头的钻进效率、钻速等性能指标直接影响了钻井成本增加和效率降低。

石油工程用钻头主要包括牙轮钻头、PDC钻头和金刚石钻头等。目前应用最为普遍的就是牙轮钻头和PDC钻头。牙轮钻头能够适应从软到坚硬的多种地层，在钻井作业中使用比较普遍,但是受限于受使用寿命和轴承和密封的持久性。 PDC钻头自1971年GE公司发明了由硬质合金支撑的聚晶金刚石复合片(PDC), 1976年正式向市场提供名为Stratapax的石油、地质钻头专用系列产品以来，有了长足的发展，逐渐在很多应用情况下代替了牙轮钻头。

在地层条件相同的情况下，PDC钻头与牙轮钻头相比，机械钻速(ROP)可以提高33％-100％，成本可以降低30％-50％，单只钻头进尺可增加3-4倍。它比牙轮钻头具有更高的安全性，可以极大的提高钻井工作效率和降低钻井成本。在大段软到中等硬度地层中更具有突出的优点，特别是在成本高的海洋钻井中和超深井及小井眼钻井中PDC钻头更具有牙轮钻头不可比拟的优势。虽然现在 PDC钻头的设计与制造技术日趋成熟，但与牙轮钻头将近100年的发展历史相比， PDC钻头还处于发展的初期阶段，尚有巨大的发展潜力。

随着PDC钻头技术突飞猛进的发展，出现了很多不同形状涂层的PDC钻齿。 2015年斯伦贝谢公司锥形金刚石齿钻头技术被评为2015年世界十大科技进展之一。该项技术研发初衷是为了开发结合剪切/犁入破岩机理的固定切削钻头，最后成功研发出了新型的锥形聚晶金刚石齿(CDE)，具有厚的聚晶金刚石垫片,大约是PDC齿金刚石涂层的2倍。锥形几何与厚聚晶金刚石垫片的结合提供了非常好的冲击强度和耐磨性，可以改进ROP和进尺。斯伦贝谢史密斯公司提出了斧脊形金刚石齿，具有斧脊形的PDC涂层，用于提高钻齿的攻击性。

而当前的标准PDC切削齿是在高温、高压条件下，将薄层聚晶金刚石与碳化钨柱在高温高压条件下烧结而成的。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种新型基体的钻齿及其制造方法，提高钻头切削齿的耐磨性，提高钻齿的攻击性，延长钻头寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种新型基体的钻齿，包括切削齿基体和切削面；所述切削齿基体和切削面的轴截面的形状均为梯形，且均包括上平面、下平面、弧形面和斜平面，所述上平面和下平面平行，所述弧形面的上、下边、斜平面的上、下边分别与上平面、下平面相交；

在所述切削齿基体的斜平面上设有多个凹槽，在所述切削面的斜平面上设有多个凸起，将两者的斜平面重合时切削面上的所有凸起分别插入到切削齿基体上的对应的凹槽中，两者合成为一体，形成圆柱体结构。

所述切削面上暴露于地层的部分为切削面的厚的部分，而切削面上镶嵌于钻头刀翼的部分为切削面的薄的部分。

所述切削面的上平面与弧形面相交处以及下平面与弧形面相交处均设有倒角。

所述切削齿基体的材料采用氮化硼、碳化钨或多晶硬质合金；

所述切削面的材料采用碳化钨、碳化硅、氮化硼、金刚石、氮化硼碳化物、聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼。