[實用新型]一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420739857.0
• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN204419038U
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 章文姣;曲艷東;孔祥清;譚松成
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46
• 代理公司: 沈陽技聯(lián)專利代理有限公司 21205
• 代理人: 張志剛

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種金剛石鉆頭，特別是涉及一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭。?

背景技術(shù)

目前，我國地質(zhì)勘探逐步向深部發(fā)展，深部鉆探所面臨的巖層更為復(fù)雜，對金剛石鉆頭性能要求也更高。傳統(tǒng)制造金剛石鉆頭的方法有熱壓法和電鍍法，熱壓法制造的金剛石鉆頭性能較難控制，難以適應(yīng)深部復(fù)雜多變地層的鉆進(jìn)；電鍍法制造的金剛石鉆頭往往內(nèi)外保徑效果較差，鉆頭的使用壽命較低，也難以適應(yīng)深部復(fù)雜地層，特別是非完整地層和強(qiáng)研磨性地層。此外，傳統(tǒng)金剛石鉆頭工作層內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為單一，也即胎體內(nèi)部的金剛石與胎體成分都是性能一致的均勻分布在工作層中，導(dǎo)致鉆頭對巖層的適應(yīng)性不理想，大大降低了鉆頭的使用性能。

運(yùn)用釬焊法制造金剛石工具是近些年國內(nèi)外學(xué)者研究較多的一種新方法，釬焊技術(shù)可以使得釬料中的某些活性元素與金剛石表層碳原子發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)，在金剛石表面形成一層金屬碳化物層，通過這層碳化物層，金剛石、釬料與基體三者形成牢固的化學(xué)冶金結(jié)合，有利于提高單顆金剛石的出刃高度和工作時間，進(jìn)而提高工具的切削效率和使用壽命。金剛石鉆頭在孔底的工作環(huán)境非常惡劣，為保證金剛石鉆頭的壽命，應(yīng)采用耐磨性較好的鎳基釬料制作金剛石鉆頭。但是，釬料包鑲金剛石強(qiáng)的同時也會使得金剛石難以出刃，所以目前研制成功的釬焊金剛石工具一般為單層釬焊金剛石工具。中國發(fā)明專利CN?101824968A公開了一種新型孕鑲釬焊金剛石鉆頭，該發(fā)明通過對金剛石顆粒的釬焊預(yù)處理，增強(qiáng)了金剛石與胎體的結(jié)合強(qiáng)度，提高了鉆頭的鉆進(jìn)時效和壽命。但該專利運(yùn)用的是二次成型的工藝制造金剛石鉆頭，對金剛石的熱損傷有較大的影響。此外，中國專利CN101862834A公開發(fā)明了一次成型多層釬焊金剛石鉆頭的制作工藝，將鎳基釬料與金剛石顆粒混合后在特定條件下燒結(jié)，制成多層釬焊金剛石鉆頭。但該發(fā)明制作出來的鉆頭，胎體太硬，金剛石難以出刃，特別不適用于深部弱研磨性硬巖的鉆進(jìn)。為了實現(xiàn)釬焊孕鑲金剛石的及時出刃，本發(fā)明人曾嘗試采用在胎體中添加細(xì)鐵絲來實現(xiàn)胎體的超前磨損，該方法實現(xiàn)了金剛石的及時出刃，但是鉆頭內(nèi)金剛石濃度較高且為無序排列，金剛石的利用率有待提高。

對金剛石工具里的金剛石進(jìn)行有序化也是近些年熱門的研究話題，有序排布金剛石工具可以使得工具內(nèi)每顆金剛石得到充分利用，進(jìn)而降低工具的金剛石用量，降低成本。但是，由于難以制作具有高密度孔洞的有序排布模板，有序排布技術(shù)較適合應(yīng)用于低濃度的金剛石工具制作中。因此，有序排布技術(shù)往往應(yīng)用于金剛石鋸片、金剛石磨輪等低濃度金剛石工具中。為保證鉆頭的壽命，傳統(tǒng)孕鑲金剛石鉆頭的金剛石濃度約為90%，電鍍金剛石鉆頭甚至達(dá)120%，約為金剛石鋸片的2~4倍。發(fā)明專利CN101285371公開了一種金剛石定位排布孕鑲地質(zhì)鉆頭，但該方法屬于傳統(tǒng)熱壓法制造的金剛石鉆頭，金剛石與胎體未能實現(xiàn)化學(xué)冶金結(jié)合，金剛石的利用率還是較低，且由于金剛石濃度較低，鉆頭壽命較短。為?實現(xiàn)釬焊孕鑲金剛石鉆頭的有序排列，本發(fā)明人曾嘗試采用在不銹鋼薄片上釬焊好有序排列單層金剛石后，再將多層釬焊片疊加起來，在釬焊片之間添加粘結(jié)胎體粉末，再通過熱壓法制成了釬焊-熱壓多層有序排列金剛石鉆頭，這種鉆頭實現(xiàn)了金剛石的有序排列，降低了金剛石的濃度，提高了鉆頭的鉆進(jìn)時效，但是由于該制造方法屬于二次成型，加重了金剛石的熱損傷，鉆頭的壽命提高不是很明顯，因此還需改進(jìn)制造釬焊孕鑲金剛石鉆頭的制造工藝。

綜上所述，現(xiàn)有的金剛石鉆頭難以滿足深孔鉆進(jìn)的需要，因此，研制出一種適應(yīng)于深孔繩索取心鉆進(jìn)的高時效、長壽命、低成本新型金剛石鉆頭很有必要。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，該鉆頭為深孔繩索取芯鉆進(jìn)用有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，是一種真空無壓鎳基孕鑲金剛石鉆頭，顯著提高了金剛石鉆頭鉆進(jìn)深部硬巖地層時的時效和壽命。

本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，所述鉆頭包括鉆頭切削齒、水口和鉆頭鋼體，鉆頭鋼體的一端制有內(nèi)螺紋，一端燒結(jié)有切削齒，切削齒的胎體有釬料層和工作層，切削齒中孕鑲有有序排列的金剛石顆粒。

所述的一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，所述有序排列為同心圓圓弧狀排列，呈鉆頭內(nèi)外徑處金剛石濃度較高、唇面中間處金剛石濃度較低狀。

所述的一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，所述釬料層、金剛石、工作層按照順序疊加。

本實用新型的優(yōu)點與效果是：