[發明專利]一種脫鈷PDC復合片鉆頭及其制備工藝

有效

• 申請號: 201410007961.5
• 申請日: 2014-01-08
• 公開（公告）號: CN103696699A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 許永紅;陳洪俊
• 申請（專利權）人: 弘元超硬材料（河南）有限公司
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46;B22F3/24
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司 41102
• 代理人: 亢志民

技術領域

本發明涉及地質勘探領域，尤其涉及地質勘探領域的一種鉆頭，特別涉及適用于鉆進堅硬、破碎、復雜難鉆地層的一種脫鈷PDC復合片鉆頭及其制備工藝。

背景技術

????地質勘探領域包括石油、頁巖氣、天然氣及煤層氣的鉆采以及煤田地質、鐵路、隧道工程的勘察等。在地質勘探領域中，對鉆頭的消耗量，每年不低于5000萬只，其中屬于堅硬、破碎復雜難鉆地層的鉆頭消耗量不低于2000萬只，因此市場前景廣闊。

目前在地質勘探領域鉆探中，普遍采用的是直接壓制成型的普通復合片制造的鉆頭，也就是采用復合片直接生產成PDC復合片鉆頭，這種普通PDC復合片的耐磨性能、抗高溫性能以及抗沖擊性能遠不如脫鈷后的復合片，因此將脫鈷復合片應用于高端鉆頭的生產，能更好地發揮復合片切削巖石的優勢，大大降低鉆頭消耗量；同時，PDC復合片脫鈷的工藝還不成熟，還未形成一整套完整的方法。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術中存在的普通PDC復合片鉆頭磨損快、耐高溫性能差以及鉆頭質量不穩定造成的鉆頭崩齒及提前失效等缺點提供一種通過將PDC復合片切削齒經過脫鈷工藝處理來提高鉆頭使用壽命的脫鈷PDC復合片鉆頭及其制備工藝。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種脫鈷PDC復合片鉆頭，包括基體，所述基體上端設置胎體，所述基體的端面上設置有徑向排列的?PDC復合片切削齒，所述PDC復合片切削齒上設置有金剛石和硬質合金的復合層，所述基體端面的中間位置設置有凹槽，所述凹槽上也設置有PDC復合片切削齒，所述PDC復合片切削齒為脫鈷PDC復合片切削齒，所述脫鈷PDC復合片切削齒在670-720℃的溫度下與所述基體相焊接。

所述基體側面上設置有硬質合金條和金剛石聚晶保徑，所述硬質合金條和金剛石聚晶保徑均通過焊接固定在基體上。

所述基體端面上還布設有通水孔，所述通水孔出口端設置有排屑和冷卻用的水槽。

所述脫鈷PDC復合片切削齒中脫鈷深度為0.1-0.3毫米。

所述脫鈷PDC復合片切削齒中脫鈷深度為0.25-0.3毫米。

所述脫鈷PDC復合片切削齒中脫鈷深度為0.3毫米。

一種脫鈷PDC復合片鉆頭的制備工藝，該工藝的步驟如下：

S01：制備柱狀基體；

S02：將硬質合金鋼在溫度為975-985℃、壓力為16.5-19?MPa條件下與基體粘結在一起形成胎體，在壓制胎體時預留基體端面徑向排列的PDC復合片切削齒的齒穴、基體端面中心部位PDC復合片切削齒的齒穴和基體外側硬質合金條和金剛石聚晶保徑鑲焊槽；

S03：在基體端面開設通水孔，在通水孔出口端開設排屑和冷卻用水槽；

S04：將PDC復合片切削齒進行脫鈷工藝處理；

S05：?670-720℃的溫度下，將脫鈷處理后的PDC復合片切削齒焊接固定在齒穴中，在基體外側的鑲焊槽中焊接硬質合金條和金剛石聚晶保徑；

S06：脫鈷PDC復合片鉆頭制備完成。

所述步驟S04中脫鈷工藝處理的步驟為：在自動控制儀的封閉容器中盛滿濃度低于30%的氯氣，加入與反應物的質量比為0.22%-0.30%的觸媒劑，在溫度為250-350℃、壓力為1.5MPa~2.0MPa作用下脫去復合片金剛石表層中的鈷，脫鈷工藝處理后PDC復合片切削齒金剛石表層的脫鈷深度為0.1~0.3毫米。

所述步驟S04中脫鈷工藝處理的步驟為：在自動控制儀的封閉容器中盛滿濃度低于30%的氯氣，加入0.22%-0.30%濃度的觸媒劑，在溫度為300-350℃、壓力為1.5MPa~2.0MPa作用下脫去復合片金剛石表層中的鈷，脫鈷工藝處理后PDC復合片切削齒金剛石表層的脫鈷深度為0.25~0.3毫米。

所述步驟S04中脫鈷工藝處理的步驟為：在自動控制儀的封閉容器中盛滿濃度為25%的氯氣，加入0.22%-0.30%濃度的觸媒劑，在溫度為350℃、壓力為1.5MPa~2.0MPa作用下脫去復合片金剛石表層中的鈷，脫鈷工藝處理后PDC復合片切削齒金剛石表層的脫鈷深度為0.3毫米。