[发明专利]用于旋转锥形钻头的巴掌尖外表面的抗磨材料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年10月1日提交的名称为“Wear Resistant Material for the Shirttail Edge Outer Surface of a Rotary Cone Drill Bit(用于旋转锥形钻头的巴掌尖边缘外表面的抗磨材料)”的美国专利申请号12/896,484的权益，其公开内容在此通过引用以其全部内容并且以法律允许的最大范围并入。

背景技术

发明的技术领域

本发明涉及钻地钻头，并且更具地涉及具有可旋转牙轮的钻地钻头，也称为旋转锥形钻头。

相关技术的描述

参照图1和2，其中图1图解了现有技术旋转锥形钻头10的等距视图，并且图2图解了图1的现有技术旋转锥形钻头10的一部分的横截面视图。巴掌12悬自(depend from)钻头10的主体部分14。巴掌12包括支承轴(bearing shaft)16，其在向下并且径向向内的方向延伸。支承轴16包括圆筒形支承面18。牙轮锥体(cutter cone)20被安装至支承轴16，并且由支承面18支撑以旋转。在可选的实施中，牙轮锥体20通过一组滚柱轴承支撑以在支承轴16上旋转。锥体20的形状和构造以及它与支承轴16的可旋转连接在本领域是众所周知的。在密封轴承实施中，锥体20和支承轴16之间的轴承(轴颈或滚柱)通过润滑剂(如润滑脂)润滑，润滑剂以本领域技术人员众所周知的方式填充邻近轴承的区域以及旋转锥形钻头内的其它通道21。该润滑剂通过使用例如以o-形环22形式的弹性密封件被保持在旋转锥形钻头内，弹性密封件被定位于锥体20的底部附近的内圆筒形表面26和支承轴16的底部附近的外圆筒形表面28之间的密封盖24内。

巴掌12的外表面30在接近锥体20的半圆边缘32处终止。与表面30相连的巴掌12的区域在本领域被称为“巴掌尖区域”，并且边缘32在本领域被称为“巴掌尖边缘”。提供巴掌尖边缘32，其中表面30的末端部分过渡至平行于锥体20的底部(并且垂直于支承轴16)定向的并且在支承轴16的底部定位的内部径向表面34。在旋转锥形钻头10上，钻头故障的主要形式之一可追溯至巴掌尖磨损。在这种巴掌尖磨损的一种形式中，巴掌尖边缘32磨损，内部径向表面34的径向宽度由于该磨损减小，并且在密封轴承内的弹性o-形环22密封件被暴露。如果轴承改为是敞式(非密封或空气)轴承，则巴掌尖边缘的磨损可使空气轴承暴露。巴掌尖磨损的另一形式包括在远离巴掌尖边缘的位置处的巴掌尖外表面30的磨损。

现有技术教导了延缓巴掌尖磨损的两种方法。图3图解了第一种方法，其中焊接的表面硬化材料40层被施加至表面30，沿着巴掌尖边缘32的至少一部分延伸。表面硬化材料一般是施加至表面30的碳化钨硬金属40的沉积。该材料一般是镍焊接介质中携带的粒状碳化钨。当旋转锥形钻头在高研磨性岩层中运转时，该方案未很好地起作用，因为表面硬化材料40磨损太快。主要是焊接介质，一般是镍，造成材料上焊接相对差的性能。图4图解了第二种方法，其中碳化钨插入物42被压装入在巴掌尖边缘32附近的表面30内形成的孔44内。尽管这些插入物42提供更好的抗磨性(与使用表面硬化材料比较)，但是插入物42未对巴掌尖边缘32提供保护。对此的原因是孔44必须被定位在离巴掌尖边缘32一些看得出的距离处，以便压装适当地起作用并且在外围保持插入物42。例如，一般从孔44的边缘至巴掌尖边缘32提供至少0.125英寸的间距d1。因而，图4的方法起到主要保护巴掌尖边缘32附近但不是精确处于巴掌尖边缘32的巴掌尖区域的作用。而且，为了适当地被保持，压装插入物42一般必须具有厚度t(孔44的相应深度)，以使插入物的厚度与插入物的直径d’(在插入物是圆的情形)或插入物的宽度w(其它形状)的比超过大约0.5(即，t/d’≥0.5；或t/w≥0.5)。

因此，在本领域对于提供保护巴掌尖边缘如巴掌尖边缘32的改进方法存在需要。