專利名稱：用于地層鉆孔鉆頭的牙掌和錐體耐磨堆焊的制作方法
用于地層鉆孔鉆頭的牙掌和錐體耐磨堆焊相關申請本專利申請要求提交于2005年3月17日，序列號No.60/662,833的公開未審的美國臨時專利申請的優(yōu)先權，該申請在此全文引入作為 參考。技術領域本申請通常涉及耐磨堆焊，尤其是涉及施加于滾錐地層鉆孔鉆頭 的牙掌和錐體的耐磨堆焊。
背景技術：
在通過旋轉方法在地層構造中鉆孔的過程中，使用裝有一個、兩 個或三個滾動切削刀具或滾錐的鑿巖鉆頭。鉆頭固定到自地面旋轉的 鉆桿下端，或者鉆頭通過井下馬達或渦輪機進行旋轉。當鉆頭轉動時， 安裝到鉆頭上的切削刀具或錐體在鉆孔底部上方滾動和滑動，從而與 要去除的構造材料接合或脫離。滾動切削刀具設置有切割元件或齒， 其通過鉆桿重量受迫鉆入和挖鑿鉆孔底部。來自鉆孔底部側壁的切屑 被鉆井液沖走，所述鉆井液從地面通過中空鉆桿向下泵送。與切削刀 具相對應的牙掌圓端通常稱作牙松鉆頭體(shirttail)。在切屑沖走之前，當鉆頭旋轉時，切屑滑過鉆頭的一部分。切屑 是研磨劑，因此會造成鉆頭表面磨損，從而最終導致失效。當面對磨 損問題時，尤其是在切削刀具上的現(xiàn)有切削元件的情況下，從至少19 世紀30年代以來，為本領域所公知的是在處于最嚴重磨損情況下的齒 的那些部分上提供耐磨金相材料層，稱作"耐磨堆焊"。耐磨堆焊典型 地由分散在金屬基體中的例如燒結、鑄態(tài)或粗晶碳化鴒的極硬顆粒組 成。通過將金屬基體焊接到要硬化的表面上施加這種耐磨堆焊材料。
用于對切割元件進行耐磨堆焊的典型技術是氧乙炔焊或原子氫 焊。焊條或焊絲典型地形成為裝有填料的低碳鋼薄管，所述填料主要 包括碳化物顆粒。填料還可以包括用于鋼的去氧劑、助熔劑和樹脂粘 結劑。通過使齒面上的焊條端部熔化施加耐磨堆焊。鋼管在其焊接到 鋼齒上時熔化并且提供用于碳化物顆粒的基體。去氧劑與管的低碳鋼 形成合金。耐磨堆焊增強的耐磨性是人們所希望的，從而延長鉆頭在變鈍之 前可以鉆進的距離。耐磨性還允許鉆頭更有效地(因此更快地)切削 至這種深度。因此，增強的耐磨性帶來的優(yōu)點降低了部件和時間兩方 面的鉆孔成本。發(fā)明內容一種地層鉆孔鉆頭具有鉆頭體和由所述鉆頭體懸置的牙掌。牙掌 具有周向延伸外表面、前側和后側。錐體可旋轉安裝到從牙掌向內懸掛的懸臂式支承軸上。由分散在鎳基基體中的碳化物顆粒作為耐磨堆 焊成分構成的第一層形成在牙掌上。該第一層限定了第一耐磨堆焊層。 地層鉆孔鉆頭還具有形成于錐體上、由分散在鐵基基體中的碳化物顆 粒作為耐磨堆焊成分構成的第二層。該第二層限定了第二耐磨堆焊層。 與錐體相對應的牙松鉆頭體可以沿牙掌邊緣界定。第一耐磨堆焊層的至少一部分可以形成在牙松鉆頭體上。錐體還可以具有位于錐體上的多個齒，并且第二耐磨堆焊層也可 以形成在所述齒的至少一部分上。錐體可以具有多個齒，并且第二耐 磨堆焊層可以形成在所述齒的至少一部分上。錐體還可以具有保徑面 和保徑耐磨堆焊層，所述保徑耐磨堆焊層形成在保徑面上并且選自第 一耐磨堆焊層和第二耐磨堆焊層。保徑耐磨堆焊層可以是第一耐磨堆 焊層。保徑耐磨堆焊層還可以是第二耐磨堆焊層。第一耐磨堆焊層還可以形成在牙掌的前側上。第一耐磨堆焊層可 以從牙松鉆頭體沿牙掌前側延伸。第一耐磨堆焊層也可以形成在牙掌 前側上，并且朝向牙掌后側延伸。
第一耐磨堆焊層可以具有燒結碳化物顆粒，其粒度范圍是直徑在大約37微米到大約420微米之間，或者直徑在大約75微米到大約177 微米之間。第一耐磨堆焊層可以具有球形鑄態(tài)碳化物顆粒和球形燒結 碳化物顆粒，所述球形鑄態(tài)碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在大約45 微米到大約160微米之間，所述球形燒結碳化物顆粒的粒度范圍是直 徑在大約75微米到大約177微米之間。第一耐磨堆焊層可以具有球形鑄態(tài)碳化物顆粒和燒結碳化物顆 粒，所述鑄態(tài)碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在大約45微米到大約160 微米之間，所述燒結碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在大約75微米到大 約177微米之間，而第二耐磨堆焊層具有球形燒結碳化物顆粒，其粒 度范圍是直徑在大約590微米到大約ll卯微米之間。一種制造地層鉆孔鉆頭的方法，包括步驟通過將分散在鎳基基 體中的碳化物顆粒利用脈沖等離子體轉移電弧法傳送給牙掌而形成由 耐磨堆焊成分構成的牙掌層。所述方法還包括利用焊槍和包括容納在 鐵基管內部的碳化物顆粒的耐磨堆焊管給錐體施加由耐磨堆焊成分構 成的錐體層。形成由耐磨堆焊成分構成的牙掌層可以包括使包含燒結碳化物顆 粒、鎳和惰性氣體的混合物通過圍繞電極的環(huán)形通道流向噴嘴，其中 所述燒結碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在大約37微米到大約420微米 之間。形成由耐磨堆焊成分構成的牙掌層還可以包括當噴嘴靠近牙掌 時，通過在牙掌和電極之間形成電孤而將混合物熔化成沉積在牙掌上 的等離子體耐磨堆焊成分。在這種方法中，直徑在大約45微米到大約 160孩支米之間的多個球形鑄態(tài)碳化物顆?？梢耘c混合物一起流過環(huán)形通道和噴嘴以便用電弧熔化。在形成由耐磨堆焊成分構成的錐體層的步驟中，碳化物顆?？梢跃哂星蛐螣Y碳化物顆粒和球形鑄態(tài)碳化物顆粒，所述球形燒結碳化 物顆粒的粒度范圍是直徑在大約590微米到大約1190微米之間，所述 球形鑄態(tài)碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在大約177微米到大約250微 米之間。 可選地， 一種地層鉆孔鉆頭可以具有鉆頭體，其中牙掌由所述鉆 頭體懸掛。牙掌具有周向延伸外表面、前側和后側。錐體可旋轉安裝 到從牙掌向內懸掛的懸臂式支承軸上。與錐體相對應的牙松鉆頭體沿 牙掌邊緣界定。多個齒位于錐體上。由分散在鎳基基體中的碳化物顆 粒作為耐磨堆焊成分構成的牙松鉆頭體層形成在牙松鉆頭體上。由分 散在鎳基基體中的碳化物顆粒作為耐磨堆焊成分構成的前側層形成在 牙掌前側上。最后，地層鉆孔鉆頭還具有形成于所述多個齒的至少選 定部分上、由分散在鐵基基體中的碳化物顆粒作為耐磨堆焊成分構成 的齒層。地層鉆孔鉆頭的齒可以具有邊緣齒圏，該邊緣齒圏具有保徑面。 地層鉆孔鉆頭還可以具有形成于保徑面上、由分散在鎳基基體中的碳 化物顆粒作為耐磨堆焊成分構成的保徑層。由耐磨堆焊成分構成的牙松鉆頭體層和前側層中的所有碳化物顆?？梢栽谥睆缴闲∮?20微米。由耐磨堆焊成分構成的牙松鉆頭體層 和前側層中的所有碳化物顆粒還可以在直徑上小于177微米。由耐磨堆焊成分構成的牙松鉆頭體層和前側層中的所有碳化物顆 粒在直徑上小于177微米，并且由耐磨堆焊成分構成的齒層中的至少 一部分碳化物顆粒在直徑上大于177微米。


圖l是立面?zhèn)纫晥D，顯示了具有根據(jù)本發(fā)明的耐磨堆焊的鉆頭。圖2是示意性剖視圖，顯示了施加于牙掌的耐磨堆焊。圖3是圖2中所施加耐磨堆焊的顯微放大圖。圖4是透視圖，顯示了施加于圖1所示鉆頭錐體齒上的耐磨堆焊。
具體實施方式
參見圖1，根據(jù)本發(fā)明的地層鉆孔鉆頭11具有鉆頭體13。鉆頭體 13在其上端具有一組螺紋15，以便將組頭連接到鉆桿(未顯示)中。 鉆頭體11具有三個潤滑劑補償器17,用于減少鉆頭中的潤滑劑和鉆 頭外部上的鉆井流體壓力之間的壓差。至少一個噴口 19設置在鉆頭體 13中，以便引導來自鉆柱內部的加壓鉆井流體，從而回送切屑并冷卻 鉆頭11。 一個或多個切削刀具或錐體21可旋轉固定到鉆頭體13上。 典型地，每個鉆頭11具有三個錐體21，其中錐體21之一在圖1中不 明顯。每個錐體21具有大致圓錐結構，含有多個周向排列的齒23。在 該實施例中，齒23由錐體21的支撐(support)金屬機加工或銑削而 成?？蛇x地，齒23可以是壓配合到錐體支撐金屬上的配合孔中的碳化 鎢鑲嵌物(compact)。每個錐體21在其界定了鉆頭11的保徑或直徑 的底部具有保徑面25。鉆頭體13由焊接在一起的三個頭部組成。每個頭部具有牙掌27, 其從鉆頭體13向下延伸并支撐錐體21之一。牙掌27和頭部具有界定 了鉆頭11的外徑的弓形外表面。凹陷區(qū)域29位于各牙掌27之間，所 述凹陷區(qū)域小于鉆頭體13的外徑以形成使鉆井流體和切屑返回的通道。牙掌耐磨堆焊31施加給每個頭部及其牙掌27的一部分。牙掌耐 磨堆焊31的圖案可以不同。提交于2004年7月29日的美國專利申請 序列號No.10/902，222，和公開于2006年2月2日的美國公開號 No.US2006/0021800教導了牙掌耐磨堆焊31的各種圖案，上述文獻在 此全文引入作為參考。在該實例中，牙掌耐磨堆焊31包括凸緣，其從 近補償器17沿頭部和牙掌27的前緣向下延伸到每個牙掌27的下緣或 牙松鉆頭體32。牙掌耐磨堆焊31的下部彎曲以符合牙松鉆頭體32的 輪廓。牙掌耐磨堆焊31在該實例中的總體結構為鉤形。對于本領域技 術人員來說顯而易見的是，耐磨堆焊31可以具有若干種圖案變形，包 括耐磨堆焊31從牙掌27的前側向牙掌27的后側延伸。參考圖2，在優(yōu)選實施例中，通過焊槍33以多軸自動方式施加牙 掌耐磨堆焊31，但是也可以手動施加。焊槍33以選定圖案施加牙掌 耐磨堆焊31。焊槍33以稱作脈沖等離子體轉移電弧法(PPTA)的傳 統(tǒng)方式操作。焊槍33具有位于內管37中的電極35。外管39在內管 37周圍延伸，界定了環(huán)形通道41。粉末狀耐磨堆焊物質43和惰性氣
體由儲料漏斗(未顯示)向下送入環(huán)形通道41。具有直徑D的噴嘴 45位于環(huán)形通道41的下端。保護氣體47向下流入電極35和內管33 之間。在電極35和牙掌27之間提供的脈沖直流電產(chǎn)生電孤50，其產(chǎn) 生包含粉末狀耐磨堆焊物質43的等離子流48。耐磨堆焊材料43由基體金屬合金顆粒和碳化物顆粒組成。根據(jù)申 請人的知識，在鉆頭頭部的外周上的PPTA現(xiàn)有技術應用中，碳化物 顆粒只包括鑄態(tài)碳化物顆?；騿尉蓟镱w粒。對于在鉆頭外周上進 行PPTA耐磨堆焊而言，在本申請中還使用燒結或硬質碳化物顆粒49 (圖3)，根據(jù)申請人的知識，這種技術在過去沒有使用。燒結或硬質 碳化物顆粒49在圖3中顯示為淺色顆粒，并且包括與通常為鈷的粘結 劑燒結在一起的碳化物顆粒晶體。粘結劑的含量可以改變，在一個實 施例中，粘結劑包括6%鈷。優(yōu)選地，燒結碳化物顆粒49具有大致球 形。燒結碳化物顆粒49不是真正的球形，而是沒有通常在壓碎或其他 非球形碳化物晶粒或顆粒中發(fā)現(xiàn)的銳邊、角和角突起。這些表面不規(guī) 則物造成顆粒具有殘余應力，并且可能在耐磨堆焊成分施加期間熔化， 從而降低耐磨堆焊的性質。通常，認為球形顆粒具有降低的殘余應力 水平，并且通常不具有在施加期間熔化的不規(guī)則物。在過去，燒結碳化物顆粒已經(jīng)用于鉆頭上的非PPTA耐磨堆焊應 用，但只是在較大尺寸的情況下。本申請中的燒結碳化物顆粒49必須 小到足以不堵塞噴嘴45。優(yōu)選地，最大尺寸的燒結碳化物顆粒49的 最大直徑小于噴嘴45的直徑D的一半。直徑D可以改變，并且在一 個實例中為0.045英寸。燒結碳化物顆粒49的期望粒度范圍是直徑為 大約37微米-420微米(0.001" = 25.4微米)，更優(yōu)選地為75微米-177 微米。在優(yōu)選的粒度范圍內，網(wǎng)篩尺寸為-60+200目。這種符號表示， 要保留的顆粒將通過60目網(wǎng)篩，不通過200目網(wǎng)篩。如上所述，耐磨堆焊材料43還包括球形鑄態(tài)顆粒51，其也顯示 在圖3中。對于利用焊槍33的應用來說，球形鑄態(tài)顆粒51是傳統(tǒng)的， 并且具有傳統(tǒng)尺寸。球形鑄態(tài)顆粒51通常比燒結碳化物顆粒49更像 球形，而且也足夠小以避免堵塞焊槍33的環(huán)形通道41。在優(yōu)選實施
例中，球形鑄態(tài)顆粒51的直徑為45微米到160微米，但是該范圍可 以改變。球形鑄態(tài)顆粒51與燒結顆粒49的相對比例可以根據(jù)應用而 不同。在一個實施例中，按重量計算，所述比例是25%球形鑄態(tài)顆粒 49和75%燒結碳化物顆粒51，但該比例也可倒過來。耐磨堆焊材料43還包括合金顆粒，其用作耐磨堆焊31的基體。 合金顆粒在圖3中的顯微放大圖中沒有顯示，這是因為它們熔化于等 離子體柱中并且形成保持顆粒49和51的基體或支撐金屬。在熔化前， 金屬合金顆粒的平均最大直徑為大約37微米-150微米。按重量計算 的合金顆粒數(shù)量可以改變，但是，通常比合成碳化物49、 51的重量小 得多。優(yōu)選地，碳化物顆粒49、 51構成流入環(huán)形通道41的全部耐磨 堆焊材料43的重量的60%到80%。合金顆?？梢栽谒鼈兊脑饘俜矫娌煌?。在一個實施例中，原 生金屬為鎳，但是也可以使用鐵。當鎳作為合金顆粒的原生金屬時， 基體為鎳基。當鐵作為合金顆粒的原生金屬時，基體為鐵基。鎳具有 比鐵低的熔點。這允許操作人員配置焊槍33以更快地橫移或者在較低 溫度下操作。實驗表明，在高于鎳的溫度下熔化的鐵基合金趨向于注 入燒結碳化物顆粒中，這是有害的。但是，鎳不如鐵堅硬或者耐大作 用力沖擊性通常不如鐵，因此也不能在大沖擊應用下保持碳化物顆粒 49、 51。參考圖1，與鉆頭的其他區(qū)域，尤其是齒23相比，牙掌耐磨 堆焊31是低沖擊區(qū)域。但是，周圍的地層構造可以是極具研磨性的。 鎳基(而不是鐵基)基體的使用非常適合于耐磨性，但是鎳基基體對 高沖擊區(qū)域中的耐磨堆焊是有害的。合金顆?？梢跃哂邪诿總€顆粒中的其他元素，并且元素類型 以及相對數(shù)量可以改變。優(yōu)選地，在鎳基基體中，合金顆粒包括1%-5% 硼，通常3%左右；1%-5%硅，典型地3%左右；和0%-8%鉻，余量 為鎳。同樣，小百分比的鐵可以加入到鎳中，例如1%的1/10。在鐵 基基體中，合金顆?？梢园ㄌ蓟C或其它碳化物，其范圍可以在例 如0.5%-35%之間變化。在焊槍33的操作中，直流電施加在電極35和牙掌27之間。當提
供電流時，電弧50產(chǎn)生含有耐磨堆焊粉末43的極熱等離子流48。耐 磨堆焊粉末43形成牙掌27上的耐磨堆焊31。電流以傳統(tǒng)方式在選定 頻率下呈脈沖狀通斷。例如耐磨堆焊31的耐磨堆焊還可以施加到錐體保徑面25上。保 徑面25在高磨損區(qū)域內，但是對保徑面25的影響不嚴重，因此可以 使用鎳基合金耐磨堆焊，如上所述。按照上述方法的保徑面25上的耐 磨堆焊可以在具有例如圖1所示錐體21的銑削齒錐體的鉆頭和帶有碳 化鵠鑲嵌物的鉆頭上進行。對本領域技術人員來說顯而易見的是，保 徑面25上的耐磨堆焊還可以是如上所述實例中的鎳基或鐵基。參考圖4,一個高沖擊區(qū)域是包含在齒23上的耐磨堆焊53(圖1)， 該耐磨堆焊優(yōu)選地具有鐵基合金，而不是鎳基。耐磨堆焊53可以是現(xiàn) 有技術類型。在該實施例中，利用耐磨堆焊管55和氧乙炔噴焊器57 以傳統(tǒng)手工方式施加耐磨堆焊53。管55包含填料，其是希望的耐磨 堆焊材料混合物，并且管55的周圍金屬起到基體金屬或合金金屬作 用。管55中的耐磨堆焊材料可以廣泛地變化。在一個實例中，耐磨堆 焊材料可以包括-16/+20目(大約820微米和ll卯微米之間)燒結碳化鵠球形顆 粒-大約33%-20/+30目(大約590微米和840微米之間)燒結碳化鵠球形顆粒 -大約35%-20/+30目(大約590微米和840微米之間)壓碎的燒結礦碳化鎢 球形顆粒-大約15%-60/+85目(大約250微米和177微米之間)球形鑄態(tài)碳化鴒-大 約15%同樣，加入元素通常包含在管中，例如硅錳合金和鈮。耐磨堆焊 顆粒對管55的合金金屬的重量百分比優(yōu)選地在67%到71%的范圍內。盡管本發(fā)明已經(jīng)顯示了一些形式，但是對于本領域技術人員來說 顯而易見的是，本發(fā)明并不限于此，而是在不脫離本發(fā)明范圍的情況 下存在多種變化。
權利要求
1.一種地層鉆孔鉆頭，包括鉆頭體；由所述鉆頭體懸置的牙掌，所述牙掌具有周向延伸外表面、前側和后側；可旋轉安裝到懸臂式支承軸上的錐體，所述支承軸從牙掌向內懸置；形成在牙掌上、由分散在鎳基基體中的碳化物顆粒作為耐磨堆焊成分構成的第一層，其限定了第一耐磨堆焊層；和形成于錐體上、由分散在鐵基基體中的碳化物顆粒作為耐磨堆焊成分構成的第二層，其限定了第二耐磨堆焊層；
2. 如權利要求0所述的地層鉆孔鉆頭，還包括與錐體相對應的沿 牙掌邊緣界定的牙松鉆頭體，并且第一耐磨堆焊層的至少一部分形成 在牙松鉆頭體上。
3. 如權利要求0所述的地層鉆孔鉆頭，其中，所述錐體還包括位 于錐體上的多個齒，并且第二耐磨堆焊層也形成在所述齒的至少一部 分上。
4. 如權利要求0所述的地層鉆孔鉆頭，其中，所述錐體還包括保 徑面，并且選自第一耐磨堆焊層和第二耐磨堆焊層的保徑耐磨堆焊層 形成在保徑面上。
5. 如權利要求0所述的地層鉆孔鉆頭，其中，所述保徑耐磨堆焊 層包括第一耐磨堆焊層。
6. 如權利要求0所述的地層鉆孔鉆頭，其中，所述第一耐磨堆焊 層形成在牙掌的前側上并且朝向牙掌后側延伸。
7. 如權利要求0所述的地層鉆孔鉆頭，其中，所述第一耐磨堆焊 層從牙松鉆頭體沿牙掌的前側延伸。
8. 如權利要求0所述的地層鉆孔鉆頭，其中，所述第一耐磨堆焊 層包括燒結碳化物顆粒，其粒度范圍是直徑在大約37微米到大約420微米之間。
9. 如權利要求0所述的地層鉆孔鉆頭，其中，所述第一耐磨堆焊 層包括燒結碳化物顆粒，其粒度范圍是直徑在大約75微米到大約177 微米之間。
10. 如權利要求0所述的地層鉆孔鉆頭，其中，所述第一耐磨堆焊 層包括球形鑄態(tài)碳化物顆粒和球形燒結碳化物顆粒，所述球形鑄態(tài)碳 化物顆粒的粒度范圍是直徑在大約45微米到大約160微米之間，所述 球形燒結碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在大約75微米到大約177微米 之間。
11. 如權利要求O所述的地層鉆孔鉆頭，其中 所述第一耐磨堆焊層包括球形鑄態(tài)碳化物顆粒和燒結碳化物顆粒，所述鑄態(tài)碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在大約45微米到大約160 微米之間，所述燒結碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在大約75微米到大 約177微米之間；并且所述第二耐磨堆焊層包括球形燒結碳化物顆粒，其粒度范圍是直 徑在大約5卯微米到大約1190微米之間。
12. 如權利要求0所述的地層鉆孔鉆頭，其中 所述第一耐磨堆焊層包括球形鑄態(tài)碳化物顆粒和燒結碳化物顆粒，所述鑄態(tài)碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在大約45微米到大約160 微米之間，所述燒結碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在大約75微米到大 約177微米之間；并且所述第二耐磨堆焊層包括球形燒結碳化物顆粒和球形鑄態(tài)碳化物 顆粒，所述球形燒結碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在大約590微米到 大約1190微米之間，所述球形鑄態(tài)碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在大 約177微米到大約250微米之間。
13. —種地層鉆孔鉆頭，包括 鉆頭體；由所述鉆頭體懸掛的牙掌，所述牙掌具有周向延伸外表面、前側 和后側；旋轉安裝到從牙掌向內懸掛的懸臂式支承軸上的錐體，與所述錐體相對應的沿牙掌邊緣界定的牙松鉆頭體； 位于所述錐體上的多個齒；形成于牙松鉆頭體上、由分散在鎳基基體中的碳化物顆粒作為耐 磨堆焊成分構成的牙松鉆頭體層；形成于牙掌前側上、由分散在鎳基基體中的碳化物顆粒作為耐磨 堆焊成分構成的前側層；和形成于所述多個齒的至少選定部分上、由分散在鐵基基體中的碳 化物顆粒作為耐磨堆焊成分構成的齒層。
14. 如權利要求0所述的地層鉆孔鉆頭，其中，所述齒進一步包括 具有保徑面的邊緣齒圏；并且還包括形成于保徑面上、由分散在鎳基基體中的碳化物顆粒作為耐磨堆 焊成分構成的保徑層。
15. 如權利要求0所述的地層鉆孔鉆頭，其中，由耐磨堆焊成分構 成的牙松鉆頭體層和前側層中的所有碳化物顆粒在直徑上小于420微 米。
16. 如權利要求0所述的地層鉆孔鉆頭，其中，由耐磨堆烀成分構 成的牙松鉆頭體層和前側層中的所有碳化物顆粒在直徑上小于177微 米。
17. 如權利要求0所述的地層鉆孔鉆頭，其中，由耐磨堆焊成分構 成的牙松鉆頭體層和前側層中的所有碳化物顆粒在直徑上小于177微 米，并且由耐磨堆焊成分構成的齒層中的至少一部分碳化物顆粒在直 徑上大于177微米。
18. 如權利要求0所述的地構成鉆孔鉆頭，其中，由耐磨堆焊成分 構成的牙松鉆頭體層和前側層包括球形鑄態(tài)碳化物顆粒和球形燒結碳 化物顆粒，所述球形鑄態(tài)碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在大約45微米 到大約160微米之間，所述球形燒結碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在 大約75微米到大約177微米之間。
19. 一種用于制造地層鉆孔鉆頭的方法，所述鉆頭包括鉆頭體，該鉆頭體具有由此懸置的牙掌，并且所述牙掌具有周向延伸外表面、前側和后側；可旋轉安裝到從牙掌向內懸掛的懸臂式支承軸上的錐體， 所述方法包括步驟(a )通過將分散在鎳基基體中的碳化物顆粒利用脈沖等離子體轉 移電弧法傳送給牙掌而形成由耐磨堆焊成分構成的牙掌層；和(b)利用焊槍和包括容納在鐵基管內部的碳化物顆粒的耐磨堆 焊管給錐體施加由耐磨堆焊成分構成的錐體層。
20. 如權利要求0所述的方法，其中步驟(a)包括 使包含燒結碳化物顆粒、鎳和惰性氣體的混合物通過圍繞電極的環(huán)形通道流向噴嘴，其中所述燒結碳化物顆粒的粒度范圍是直徑在大 約37微米到大約420微米之間；和當噴嘴靠近牙掌時，通過在牙掌和電極之間形成電弧而將混合物 熔化成沉積在牙掌上的等離子體耐磨堆焊成分。
21. 如權利要求0所述的方法，其中，直徑在大約45微米到大約 160微米之間的多個球形鑄態(tài)碳化物顆粒與混合物一起流過環(huán)形通道 和噴嘴以便用電弧熔化。
22. 如權利要求0所述的方法，其中，步驟(b)中的碳化物顆粒 包括球形燒結碳化物顆粒和球形鑄態(tài)碳化物顆粒，所述球形燒結碳化 物顆粒的粒度范圍是直徑在大約5卯微米到大約1190微米之間，所述 球形鑄態(tài)碳化物的粒度范圍是直徑在大約177微米到大約250微米之 間。
全文摘要
一種地層鉆孔鉆頭，具有鉆頭體，和由所述鉆頭體懸掛的牙掌，所述牙掌具有周向延伸外表面、前側和后側。錐體可旋轉安裝到從牙掌向內懸掛的懸臂式支承軸上。由分散在鎳基基體中的碳化物顆粒作為耐磨堆焊成分構成的第一層形成在牙掌上。由分散在鐵基基體中的碳化物顆粒作為耐磨堆焊成分構成的第二層形成在錐體上。通過使用脈沖等離子體轉移電弧法將碳化物顆粒傳送到鎳基基體中形成第一耐磨堆焊層。利用焊槍和包括容納在鐵基管內部的碳化物顆粒的耐磨堆焊管施加第二耐磨堆焊層。
文檔編號E21B10/16GK101163849SQ200680013788
公開日2008年4月16日 申請日期2006年3月16日 優(yōu)先權日2005年3月17日
發(fā)明者J·L·奧弗斯特里特 申請人:貝克休斯公司