[發明專利]一種預成型熔浸式孕鑲金剛石鉆頭及其制備方法

有效

• 申請號: 201910457368.3
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110173218B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 譚忠誠;許錫純;周春花
• 申請（專利權）人: 長沙銳合鉆石工具有限公司
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46;B22F5/00;B22F7/08;C22C29/08
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙) 43205
• 代理人: 寧星耀;趙麗

一種預成型熔浸式孕鑲金剛石鉆頭及其制備方法，該孕鑲金剛石鉆頭包括鋼體和胎體，胎體位于鋼體上，鋼體上設有內水槽、水口、外水槽；胎體的配方料包括占重量10%?20%的鎳粉,6%?10%的低熔點金屬混合料，其余為碳化鎢粉。本發明還包括所述預成型熔浸式孕鑲金剛石鉆頭制備方法。本發明的鉆頭燒結溫度低，金剛石材質消耗少，工作時可避免鉆頭損傷，可提高鉆頭的鉆進速度，鉆頭使用壽命延長；平均鉆進速度可達到3.5米/小時以上，平均鉆頭壽命達到180米以上。

技術領域

本發明涉及一種鉆頭及其制造方法，具體涉及一種預成型熔浸式孕鑲金剛石鉆頭及其制造方法。

背景技術

隨著孔深的增加，遇到的硬巖地層越來越多，對鉆進硬巖所使用的孕鑲金剛石鉆頭的壽命和鉆進效率提出了更高的要求，因為鉆頭質量參差不齊，會直接導致提下鉆等鋪助工作時間過長，進而影響施工進度和生產成本。

傳統的孕鑲金剛石鉆頭采用不同熔點的金屬混合料和金剛石在真空高溫高壓條件下燒結制成，這種方法及其制成的孕鑲金剛石鉆頭主要存在以下不足：對燒結溫度、燒結壓力、保溫時間等參數選擇要求嚴格，胎體與金剛石之間以機械鑲嵌力為主，且熱壓對鉆頭結構有一定的限制，鉆進堅硬致密、“打滑”弱研磨性地層時，孕鑲金剛石鉆頭常因鉆頭打滑而不進尺，胎體對金剛石把持力低而導致金剛石容易脫落，從而導致金剛石鉆頭的進尺速度慢、使用壽命短。

另外，現有的熱壓孕鑲金剛石鉆頭燒結溫度高，壓力較大，金剛石容易因高溫氧化造成強度損失，且只能制造形狀簡單的金剛石鉆頭，如附圖1中所述的鉆頭，其胎體1′結構簡單，不能完成復雜的工作要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種燒結溫度低、壓力低且能制造形狀復雜的低壓熔浸孕鑲金剛石鉆頭及其制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：一種預成型熔浸式孕鑲金剛石鉆頭，包括鋼體和胎體，所述胎體位于鋼體上，所述鋼體上設有內水槽、水口、外水槽，所述胎體的配方料包括占重量10%-20%的鎳粉,6%-10%的低熔點金屬混合料，其余為碳化鎢粉。

一種預成型熔浸式孕鑲金剛石鉆頭的制備方法，包括以下步驟：

（1）胎體預成型：將金剛石與胎體配方料混合均勻、裝入石墨模具中預壓成型，設計預壓力為0.25-0.8Mpa，采用階梯圓弧壓頭壓制，使之預成型；金剛石與胎體配方料按質量比為：1:12.5-1:13.5。

（2）胎體預成型之后，放入鋼體，取一份低熔點金屬混合料置于模具外部漏斗處，另取一份低熔點金屬混合料于模芯漏斗處，外部漏斗總容量占比：2/3-4/5，模芯漏斗處占比1/5-1/3；

（3）按設定的壓力、溫度燒結完成。

進一步，所述胎體配方料為：碳化鎢60/80目粉 26%、100/150目粉 26%、200以上目粉 25%、鎳粉Ni 15%、低熔點金屬混合料8%；低熔點金屬混合料的配比為：Fe12%-18%、Sn10%-15%、Zn3%-7%、Co10%-16%，其余為銅粉。

進一步，所述金剛石的物理參數：ISD1750 25/30占比40%-50%，ISD1750 40/50占比50%-60%；燒結的工藝參數：燒結溫度770-800℃，燒結壓力為4-5Mpa。

在燒結過程中，胎體配料中的低熔點金屬混合料熔化后，對碳化鎢粉料、金剛石提前浸潤，充填碳化鎢粉料與金剛石之間的間隙，有效地降低了保溫時間、燒結溫度，提高了鉆頭質量，降低了生產成本。采用本發明制造的鉆頭的胎體可以做成階梯圓弧等復雜形狀，可滿足適用于各種地層鉆探取芯的需要。