[發(fā)明專利]一種保持持續(xù)破碎能力的自銳孕鑲?cè)嗽旖饎偸@頭

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410116806.7
• 申請日: 2014-03-27
• 公開（公告）號: CN103867133A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭鳳祥;趙世偉;張秀梅
• 申請（專利權(quán)）人: 中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務(wù)所 41118
• 代理人: 李路平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探取芯用工具，具體涉及一種保持持續(xù)破碎能力的自銳孕鑲?cè)嗽旖饎偸@頭。

背景技術(shù)

孕鑲金剛石地質(zhì)鉆頭依靠自磨出刃破碎巖石，孕鑲鉆頭胎體用于包鑲金剛石并連接鋼體，它的任務(wù)在于使孕鑲的金剛石微露使之磨削巖石，而又能保護金剛石不致脫落。在正常鉆進過程中胎體磨損應(yīng)適當(dāng)超前于金剛石，如果胎體不磨損或磨損極慢，則金剛石出刃甚微，發(fā)揮不了它的磨削能力，鉆進效率低。如果胎體磨損太快，則造成金剛石過早脫粒和崩刃，迅速失去鉆進能力。

在巖芯鉆探中，經(jīng)常會遇到堅硬致密弱研磨性的打滑地層，在這種地層鉆進，金剛石鉆頭在巖石上打滑不進尺或進尺極慢。一旦發(fā)生打滑現(xiàn)象，即使這種巖層只有幾米或十幾米也要耗費大量時間，導(dǎo)致整個鉆孔施工周期延長，勘探成本增高。目前人們解決鉆進時鉆頭打滑問題的方法主要有如下四種：①軟胎體鉆頭法：即用不耐磨的軟胎體作為孕鑲孕鑲鉆頭的胎體，但軟胎體容易磨損，壽命低。甚至變形而導(dǎo)致鉆頭無法使用。②人工孔底投砂研磨法：但由于人工孔底投砂隨意性大，如果投砂量過多，或投砂研磨的時間掌握不好，會導(dǎo)致鉆頭的磨損加快，降低鉆頭壽命。③異形唇面鉆頭法。即制造異形唇面胎體的鉆頭。但該類鉆頭在異形唇面磨平后鉆速迅速下降，其優(yōu)勢不復(fù)存在，與普通鉆頭沒有兩樣。④弱包鑲金剛石鉆頭法。該法對金剛石采用弱包鑲工藝。鉆頭在鉆進中金剛石從胎體中容易脫落，磨損胎體，能提高鉆頭的時效，但鉆頭的壽命降低。

廣泛發(fā)育的堅硬致密弱研磨性的打滑地層鉆進一直是一個難題。

發(fā)明內(nèi)容

為了鉆進堅硬致密弱研磨性的打滑地層，提高鉆頭的持續(xù)破碎巖石的能力，提高鉆進效率，本發(fā)明提出一種保持持續(xù)破碎能力的自銳孕鑲?cè)嗽旖饎偸@頭。

鉆頭在鉆進硬地層時出現(xiàn)鉆頭打滑現(xiàn)象，是由于出露的金剛石的磨損后，鉆頭胎體未及時磨損使孕鑲的金剛石出露，當(dāng)金剛石施加于巖石表面上的壓力小于巖層的抗壓強度時，金剛石就不能有效地破碎巖石，表現(xiàn)為不進尺、打滑。

一種保持持續(xù)破碎能力的自銳孕鑲?cè)嗽旖饎偸@頭，所述鉆頭包括基體、胎體工作層和胎體非工作層；所述的胎體非工作層用于連接胎體工作層和基體；所述胎體工作層的胎體內(nèi)具有主、輔磨料；所述的主磨料為人造金剛石；所述輔磨料為胎體中包鑲的脆性自銳材料；所述的脆性自銳材料為碳化硅、碳化鎢、氮化硅、剛玉、碳化硼中的一種或兩種易破碎且具有一定研磨能力的磨料的混合物；所述脆性自銳材料為具有棱角的任意形狀，所述的脆性自銳材料貫穿整個胎體工作層；鉆頭工作層的胎體內(nèi)主、輔磨料二者有機結(jié)合，使鉆頭性能得以改善，并提高鉆頭壽命和鉆進時效，解決堅硬致密弱研磨性巖層鉆進時存在的“打滑”問題。

胎體工作層內(nèi)的主磨料為人造金剛石，牢牢地包裹在胎體材料中，不容易脫落，作為鉆頭工作層的主要碎巖材料，用以切削巖石。金剛石工作時間延長，能大大提高鉆頭壽命。胎體工作層內(nèi)的輔磨料采用碳化硅、碳化鎢、氮化硅、剛玉、碳化硼中的一種或兩種的混合物，為次要碎巖材料，主要用以實現(xiàn)胎體自銳。在鉆頭胎體中有序包鑲具有棱角的脆性自銳材料，脆性自銳材料有序的配合金剛石共同工作，輔磨料脆性高，強度低，與胎體結(jié)合力差；鉆進過程中輔磨料易從胎體材料中脫落而進入孔底磨損胎體，破碎-脫離-研磨，持續(xù)交替作用于胎體唇面，使主磨料適時出露而切削巖石，提高鉆頭工作時新陳代謝能力，保持唇面金剛石合理的出刃，提供持續(xù)破碎巖石的能力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1鉆頭工作層的示意圖。

圖2為圖1的橫剖面圖。

圖3是本發(fā)明實施例2鉆頭工作層的示意圖。

圖4為圖3的橫剖面圖。

圖5是本發(fā)明實施例3鉆頭工作層的示意圖。

圖6為圖5的橫剖面圖。

圖中，1、胎體，2、脆性自銳材料，3、人造金剛石。

具體實施方式

結(jié)合實施例對本發(fā)明加以說明：

如圖1、圖2所示，一種保持持續(xù)破碎能力的自銳孕鑲?cè)嗽旖饎偸@頭，所述鉆頭的主體結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的人造金剛石鉆頭相同，包括有基體、胎體工作層和胎體非工作層；所述的胎體非工作層用于連接胎體工作層和基體；所述胎體材料與現(xiàn)有人造金剛石鉆頭的胎體材料相同，包括銅、鐵、鈷、錳、鋅等元素；圖1、圖2僅給出鉆頭的胎體工作層的示意；所述胎體工作層的胎體內(nèi)具有主、輔磨料；所述的主磨料為胎體中包鑲的人造金剛石3；所述輔磨料為胎體中包鑲的脆性自銳材料2；所述的脆性自銳材料為碳化硅、碳化鎢、氮化硅、剛玉、碳化硼中的一種或兩種易破碎且具有一定研磨能力的磨料的混合物；所述脆性自銳材料為具有棱角的任意形狀，所述的脆性自銳材料貫穿整個胎體工作層。

圖3、圖4和圖5、圖6給出鉆頭胎體工作層內(nèi)主、輔磨料的分布的示意；所述的脆性自銳材料2貫穿胎體的整個工作層，脆性自銳材料2在胎體1內(nèi)有序排列分布：脆性自銳材料2在胎體1內(nèi)為上下多層排列且沿胎體圓周多層排列。