[发明专利]一种用于制作胎体PDC钻头的喷嘴替代块

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油及地质钻井用的PDC钻头，特别涉及用于制作胎体PDC钻头时喷嘴替代块。

背景技术

在常规制作胎体PDC钻头时，为了使得在钻头上预留出装喷嘴的空间，一般在组装时事先将加工好的由高强高纯石墨制成喷嘴替代块，该石墨喷嘴替代块是用高强高纯石墨经普通车加工而成，安装在制作胎体PDC钻头的阴模中。如图1所示喷嘴替代块由左边的直口1，中间的螺纹2，螺纹退刀槽3，密封圈安装槽4，硬质合金喷嘴安装引导口5，右边的来流直口6，石墨芯柱7和覆膜砂8组成。胎体PDC钻头在高温下烧结后就成型了，此时只要将该喷嘴替代块从制成的胎体PDC钻头中清理干净就形成了如附图2所示的水眼，水眼部分含螺纹，为安装含螺纹的硬质合金喷嘴用。

由于高强高纯石墨的性能非常稳定，在经过1000多度的高温烧结后，其性能基本不变，因此在从烧结好的胎体PDC钻头中将由高强高纯石墨制成的喷嘴替代块清理干净非常困难，特别是在清理胎体PDC钻头中水眼部分的螺纹中的高强高纯石墨时更加困难，非常容易将胎体PDC钻头中水眼部分的螺纹损伤，从而影响含螺纹硬质合金喷嘴的安装强度，对螺纹伤害严重，可能使得烧结好的胎体PDC钻头报废；其次，由于喷嘴替代块的上部是腹膜砂，腹膜砂在高温状态时会产生大量的气体，这些气体如果不能及时排除，将会在钻头胎体内形成大小不等的气孔，这将严重影响钻头质量。

发明内容

本发明提供了一种用于制作胎体PDC钻头的喷嘴替代块，解决胎体PDC钻头烧结后喷嘴替代块清理困难及容易伤害胎体PDC钻头中水眼部分的螺纹和产生的大量气体影响胎体质量的问题。

本发明采用的技术方案是：由左边的直口，中间的螺纹，螺纹退刀槽，密封圈安装槽，喷嘴安装引导口，右边的来流直口，芯柱和覆膜砂组成，该喷嘴替代块由非金属陶瓷材料制成后安装到制作胎体PDC钻头的阴模中烧结。

本发明采用非金属陶瓷材料代替原来的高强高纯石墨机加工制成的喷嘴替代块，它是通过仿形法由金属导杆螺纹控制工程陶瓷螺纹的生成，由换向触发按钮自动控制金属导杆的运动方向，从而使得加工出的陶瓷螺纹形状规范，由于非金属陶瓷材料在二次烧结后变形量仅为10^-6mm/(m·℃)，与石墨的变形量基本相当，而且一受较小外力的非金属陶瓷材料喷嘴替代块就成粉末状，因此清理非常容易、方便；由于每个胎体PDC钻头至少有4～7个喷嘴，一般清理一个水眼需要3～4小时，采用该发明后可节约大量的人力财力，提高胎体PDC钻头制作的成功率，提高硬质合金喷嘴和水眼安装时的连接强度，节约成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是背景技术中用于制作胎体PDC钻头的喷嘴替代块的结构图；

图2是PDC钻头中的水眼结构图；

图3是本发明的结构图。

具体实施方式

如图1～3所示，用于制作胎体PDC钻头的喷嘴替代块的左边为直口1，中间是螺纹2，螺纹退刀槽3，密封圈安装槽4，喷嘴安装引导口5，右边是来流直口6，石墨芯柱7和覆膜砂8。该喷嘴替代块由非金属陶瓷材料制成。根据无压浸渍法烧结胎体PDC钻头的温度等工艺要求，选择4号配方的非金属陶瓷材料，有Al₂O₃及衍生物、莫来石、研磨石英粉和压制润滑剂组成，经压力为15～18.5MP压制成型，再经60～20℃、5～12小时烘干处理，再预烧结，其温度为300～1150℃，历时3～6小时，最后采用金刚石仿形车刀车制罗纹、磨制罗纹工艺成型，考虑陶瓷烧结收缩量和加工余量，根据设计的喷嘴替代块尺寸精加工，然后将成型件安装到制作胎体PDC钻头的阴模中，在高温下烧结而成能安装喷嘴的水眼，胎体PDC钻头就成型了，此时只要将由非金属陶瓷材料制成的喷嘴替代块从制成的胎体PDC钻头中清理干净就形成了如图2所示的水眼，由于非金属陶瓷材料在二次烧结后基本没有变形量，而且受较小的外力就成粉末状，因此清理非常容易方便。

下面通过3个实施例对本发明作说明：

实施例1

原材料采用选择4号配方的非金属陶瓷材料，将非金属陶瓷材料经压力为15MP_a压制成喷嘴替代块，将压制成型的喷嘴替代块经60℃、5小时烘干处理，将烘干处理后的喷嘴替代块经预烧结处理，其温度为300℃，历时5小时，之后采用金刚石仿形车刀车制罗纹，再磨制罗纹成型，然后安装到制作胎体PDC钻头的阴模中，在高温下烧结而成能安装喷嘴的水眼。

实施例2