[發(fā)明專利]地質(zhì)勘探用聚晶金剛石鉆頭的制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710094215.4
• 申請日: 2007-11-09
• 公開（公告）號: CN101147955A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張明利;王興民;于振忠;張全濤;曹智欽;張會平
• 申請（專利權(quán)）人: 上海中曼金剛石鉆頭有限公司
• 主分類號: B22C9/04
• 分類號: B22C9/04;C22C38/38;B23P5/00
• 代理公司: 上海浦東良風(fēng)專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 陳志良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鉆頭的制造技術(shù)，特別是公開一種地質(zhì)勘探用聚晶金剛石鉆頭的制造方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)鉆井大多采用聚晶金剛石(簡稱PDC)鉆頭，并且鉆頭普遍采用合金銅、碳化鎢等粉末燒結(jié)工藝，不僅制造工藝繁瑣，加工難度大，成本昂貴，而且鉆頭的強度也不能夠得到保證。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是改變現(xiàn)有技術(shù)中PDC制造傳統(tǒng)粉末燒結(jié)工藝，采用鑄造工藝制造聚晶金剛石鉆頭。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種地質(zhì)勘探用聚晶金剛石鉆頭的制造方法，采用鑄造成型工藝，用石墨為原料制作鉆頭母模，先用蠟料制成鉆頭模型，然后在模型上包覆若干層耐火涂料，其后用石墨料制成型殼，再將模型融化制成鉆頭空芯模，將鉆頭配料熔融、澆注成鉆頭鑄件，鉆頭鑄件又經(jīng)過表面淬火、調(diào)質(zhì)處理成為產(chǎn)品，其特征在于所述鉆頭配料組份和重量百分比為：40CrMnMo合金鋼80％～85％，Cu?10％～14％，Sn?3.5％～5.5％。所述的表面淬火使鉆頭硬度達200°～250°HBS、調(diào)質(zhì)處理使鉆頭硬度達到50°～55°HRC。

本發(fā)明方法制造的PDC鉆頭通過制造石墨模具后，一次性澆鑄而成，提高了鉆頭本體的強度，大直徑的PDC切削齒對中硬地層有優(yōu)良的切削性能，可以有效地提高機械鉆進速度。本發(fā)明的有益效果如下：

1、切削齒性能優(yōu)良，優(yōu)選國內(nèi)外高耐磨性、抗沖擊性的小直徑PDC齒，按照中硬地層的不同巖性，以合理的切削角、側(cè)傾角在弧形截面的鉆頭體上布齒，在高轉(zhuǎn)速、低鉆壓下鋒利地切削巖層，獲得較高的機械鉆速；

2、40CrMnMo合金鋼澆鑄后得到的鉆頭體，表面硬度、抗拉強度、抗剪強度、沖擊值較燒結(jié)的鉆頭體明顯提高；

3、有快速的鉆進效率。

具體實施方式

本發(fā)明方法改變了PDC鉆頭傳統(tǒng)的制造工藝，采用通過制作石墨模具后一次性澆鑄成型的方法制造PDC鉆頭。其具體步驟如下：

1、用石墨為原料制作鉆頭體母模。

2、用蠟料制成模樣，然后在模樣上包覆若干層耐火涂料，制成型殼，再將模樣熔化，排出型外，獲得無分型面的鑄型。

3、鉆頭配料組份及重量百分比為：澆注合金鋼材料40CrMnMo?80％～85％、Cu?10％～14％、Sn?3.5％～5.5％，冷卻即得到PDC鉆頭鋼體鑄件。

4、將鉆頭鑄件表面淬火，使硬度達到220°～205°HBS，然后經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理使其硬度達到50°～55°HRC。

實施例1：

鉆頭配料組份及重量百分比為：40CrMnMo?85％、Cu?11.5％、Sn?3.5％。

實施例2：

鉆頭配料組份及重量百分比為：40CrMnMo?81％、Cu?13.5％、Sn?5.5％。

本發(fā)明方法制造的PDC鉆頭用高耐磨、抗沖擊的聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)做為切削齒，以優(yōu)良的排屑性和自銳性，在鉆進過程中以剪切方式刮削地層，以低鉆壓、高轉(zhuǎn)速即可獲得較高的機械鉆速。該鉆頭適用于泥巖、砂巖、油頁巖。

本發(fā)明方法制造的PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)特點如下：

1、用高耐磨、抗沖擊的鏡面拋光PDC片作為鉆頭的切削齒，減少了切削巖石摩擦力和振動沖擊力，合理的切削角和側(cè)傾角改善了切削性能；

2、以40CrMnMo合金鋼材料作為澆鑄材料形成的鉆頭體，耐鉆井液和巖屑沖刷，延長鉆頭使用壽命；

3、圓弧面交錯布齒，增強內(nèi)外徑布齒密度，提高鉆頭切削性能，保證井眼質(zhì)量；

4、以優(yōu)選的側(cè)傾角，向心角分布的5個噴嘴通道作為鉆井液噴流的通道，用于冷卻鉆頭切削齒、沖刷運移巖屑。

3、鉆井參數(shù)