[發(fā)明專利]有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭及其制作工藝

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810361422.X
• 申請(qǐng)日: 2018-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN108612483A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張紹和;周侯;吳晶晶;王佳亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B10/46
• 分類號(hào): E21B10/46;B22F1/00;B22F3/22;B22F5/00
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 吝秀梅

本發(fā)明公開了一種有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭，由鉆齒和鋼體組成，鉆齒由厚度均為0.2～1.5mm的工作層薄片和中隔層薄片復(fù)合而成；工作層薄片采用金屬粉末、碳化鎢粉末和金剛石為原料，中隔層薄片采用石墨粉、陶瓷粉和銅錫合金粉為原料；分別加入有機(jī)溶劑配成漿狀料并澆模成型，經(jīng)真空烘烤和低溫?zé)Y(jié)后制成薄片毛坯；弱化胎體顆粒按照設(shè)計(jì)濃度有序定位排列，埋植在工作層薄片毛坯預(yù)定位置；工作層薄片和中隔層薄片交替間隔裝入石墨模具組成鉆齒，再安裝好鋼體后熱壓燒結(jié)制成鉆頭。本發(fā)明金剛石鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中工作唇面出現(xiàn)凹坑，同時(shí)中隔層超前磨損出現(xiàn)溝槽，鉆頭工作面形成鋸齒狀形貌，鉆進(jìn)出刃快、效率高、能耗低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要屬于粉末冶金和鉆探工程領(lǐng)域，利用熱壓燒結(jié)技術(shù)，按有序定位分布結(jié)構(gòu)植入弱化胎體顆粒，借助薄片交叉組裝方式，利用機(jī)械加工手段，尤其涉及多組鋸齒狀金剛石鉆頭及其制作工藝。

背景技術(shù)

隨著鉆探設(shè)備的優(yōu)化、鉆進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步，諸多復(fù)雜情況地層鉆進(jìn)問(wèn)題均已很好解決。然而，作為直接破碎巖石的鉆頭，面對(duì)普通巖層其壽命和效率仍需提高，而對(duì)極端巖層，如堅(jiān)硬致密弱研磨性地層時(shí)常出現(xiàn)不進(jìn)尺問(wèn)題，一直未能找到理想有效的解決方法。改變鉆頭的碎巖機(jī)理，加快金剛石顆粒出刃速度，減少工作唇面與巖石的接觸面積，弱化胎體耐磨性能，是解決上述難題的有效途徑。有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭正是基于鉆進(jìn)過(guò)工程中提高鉆頭效率、阻止鉆頭不進(jìn)尺方面的發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭及制作工藝。

本發(fā)明鉆頭由鉆齒和鋼體組成，鉆齒由工作層薄片和中隔層薄片交替間隔復(fù)合而成，按照工作層薄片-中隔層薄片-……-工作層薄片交替間隔組裝而成，工作層薄片厚度和中隔層薄片厚度均為0.2～1.5mm；工作層薄片分布有有序定位排列的弱化胎體顆粒；弱化胎體顆粒在工作中脫落，工作層出現(xiàn)凹坑，同時(shí)中隔層超前磨損出現(xiàn)溝槽，金剛石工作面自動(dòng)形成多組鋸齒狀結(jié)構(gòu)，鉆齒和鋼體通過(guò)加熱融合為整體。

所述的有序定位排列是呈等距狀、放射狀或螺旋狀。

所述的弱化胎體顆粒是空心玻璃珠、渾圓化石墨顆粒或渾圓化碳化硅顆粒。

所述的弱化胎體顆粒體積濃度為2％～50％，粒徑為0.2～1.5mm。

本發(fā)明有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭的制作工藝包括以下步驟：

第一步，石墨模具、合金鋼模具與壓頭和鋼體準(zhǔn)備；第二步，工作層漿狀料配置；第三步，中隔層漿狀料配置；第四步，漿狀料澆模成型；第五步，真空烘烤；第六步，低溫低壓燒結(jié)；第七步，弱化胎體顆粒有序定位敷布；第八步，薄片毛坯組裝與鋼體安放及熱壓燒結(jié)；第九步，冷卻脫模機(jī)械加工。

具體過(guò)程為：將金屬粉末、碳化鎢粉末和金剛石加入有機(jī)溶劑混合成流動(dòng)性適度的工作層漿狀料，澆模成型并置于真空烘箱中，在溫度50～100℃下烘烤10～60min；待漿狀料固結(jié)后，在1～10MPa壓力和350～650℃溫度下熱壓燒結(jié)，制成表面預(yù)設(shè)有序定位分布凹坑結(jié)構(gòu)的工作層薄片毛坯；將石墨粉、陶瓷粉和銅錫合金粉加入有機(jī)溶劑混合成流動(dòng)性適度的中隔層漿狀料，澆模成型并置于真空烘箱中，在溫度50～100℃下烘烤10～60min；待漿狀料固結(jié)后，在1～10MPa壓力和350～650℃溫度下熱壓燒結(jié)，制成中隔層薄片毛坯；將工作層薄片毛坯和中隔層薄片毛坯從鋼模取出，敷布弱化胎體顆粒在工作層薄片毛坯上，保證其每個(gè)凹坑內(nèi)有一顆弱化胎體顆粒；將含弱化胎體顆粒的工作層薄片毛坯和中隔層薄片毛坯，按照工作層薄片-中隔層薄片-……-工作層薄片的交替間隔順序和規(guī)定數(shù)量組裝成鉆齒，將組裝好鉆齒的石墨模具安裝好鋼體置于中頻爐中熱壓燒結(jié)，溫度為900～1000℃，壓力為10～30MPa，冷卻脫模經(jīng)機(jī)械加工，得到有序定位弱化胎體自形成多組鋸齒狀金剛石鉆頭。