[發明專利]多級組合式不取芯孕鑲金剛石鉆頭

在審

• 申請號: 201911364987.4
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111042741A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 葉宏煜;楊凱華;謝濤
• 申請（專利權）人: 武漢萬邦激光金剛石工具股份有限公司
• 主分類號: E21B10/54
• 分類號: E21B10/54;B22F3/14;B22F1/00;C22C26/00;C22C32/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 柳清

本發明提供了一種多級組合式不取芯孕鑲金剛石鉆頭，它包括位于外層的外環形孕鑲金剛石鉆頭和位于鉆頭中心位置的中心孕鑲金剛石鉆頭，所述外環形孕鑲金剛石鉆頭和中心孕鑲金剛石鉆頭之間固定連接。該鉆頭整體磨損趨于均勻，金剛石出刃良好，鉆進效率高，鉆頭使用壽命長，能夠滿足鉆探工程領域大口徑不取芯鉆進的需求。

技術領域

本發明屬于地質勘探與鉆探工程領域，具體是指一種多級組合式不取芯孕鑲金剛石鉆頭。

背景技術

進入21世紀以來，我國的地質勘探、地熱勘探和頁巖氣新能源勘探的工作迅速發展，除了取芯鉆探工程外，還有相當多的不需要取芯的鉆探工程。不取芯鉆探可以大大減少提鉆取芯所花去的大量提下鉆時間和工作量，既可以增加純鉆時間和提高鉆探效率，還可以明顯降低鉆探成本和鉆探事故發生。因此，對優質不取芯鉆頭的需求量在與日俱增。不取芯鉆頭的口徑規格一般都比較大，以往都采用熱壓燒結一次性成形方法制造金剛石鉆頭；普通熱壓孕鑲金剛石不取芯鉆頭結構示意圖見附圖5，附圖6為附圖5的C向鉆頭底唇面結構示意圖。而且，傳統的熱壓方法制造不取芯金剛石鉆頭所需的壓力比較大，所需的熱壓功率高，目前的中頻燒結機難以實現；以至造成鉆頭胎體的密實度、胎體“合金”化程度和鉆頭質量均難以得到保障。同時，一次性成形的整體式不取芯金剛石鉆頭不能實現鉆頭的不同環形部位的不同力學性能，它受到了胎體配方及其熱壓工藝參數的制約。更重要的是，大直徑金剛石鉆頭的轉速，從鉆頭的外緣至中心部位，其轉動的線速度逐步降低，其中心部位速度為零；因此鉆頭破碎巖石的效果(即鉆進速度)從鉆頭的外緣往中心部位逐步降低，中心部位接近為零；鉆頭環形工作層部位的轉動線速度越小，鉆進效率越低；如附圖6所示，可以把鉆頭底唇面按鉆頭轉動線速度簡化分為D、E、F等幾個圓環層區，D層區的線速度高于E層區的線速度，E層區的線速度高于F層區的線速度，造成破碎巖石的效果為D層區高于E層區，E層區高于F層區，造成鉆頭的不同環形部位破碎巖石的效果不同程度地逐步下降，這種不同部位的鉆進速度的不同和變化，嚴重地制約了不取芯鉆頭的鉆進效果；整體結構型不取芯鉆頭造成的這一特征是不取芯鉆頭的一大弱點，成為制約不取芯金剛石鉆頭高效鉆進的瓶頸。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提供了一種多級組合式不取芯孕鑲金剛石鉆頭，該鉆頭整體磨損趨于均勻，金剛石出刃良好，鉆進效率高，鉆頭使用壽命長，能夠滿足鉆探工程領域大口徑不取芯鉆進的需求。

為實現上述目的，本發明一種多級組合式不取芯金剛石鉆頭，它包括位于外層的外環形孕鑲金剛石鉆頭和位于鉆頭中心位置的中心孕鑲金剛石鉆頭，所述外環形孕鑲金剛石鉆頭和中心孕鑲金剛石鉆頭之間固定連接。

以下任一種方案均可作為本發明所述多級組合式不取芯孕鑲金剛石鉆頭的優選方案之一：

所述外環形孕鑲金剛石鉆頭和中心孕鑲金剛石鉆頭之間設置有1～5級內環形孕鑲金剛石鉆頭，相鄰兩層孕鑲金剛石鉆頭之間固定連接。

由所述外環形孕鑲金剛石鉆頭逐級向所述中心孕鑲金剛石鉆頭的硬度與耐磨性性能逐次降低，每級鉆頭相對位于其外側一級的鉆頭硬度降低HRC3～HRC5，耐磨性降低15～24mg；可進一步優選的，由所述外環形孕鑲金剛石鉆頭逐級向所述中心孕鑲金剛石鉆頭上，每級鉆頭相對位于其外側一級的鉆頭金剛石體積濃度依次降低3～5％。如此設計以適應鉆頭不同環形部位對其線速度有不同的要求，達到鉆進效果均衡的目的。

所述中心孕鑲金剛石鉆頭與外環形孕鑲金剛石鉆頭以及各層內環形孕鑲金剛石鉆頭底唇面齊平。另可優選的，所述中心孕鑲金剛石鉆頭的底唇面高出其相鄰內環形孕鑲金剛石鉆頭的底唇面，高度差為15～40mm，這樣可成為導向式不取芯孕鑲金剛石鉆頭。

所述中心孕鑲金剛石鉆頭為內錐形結構，還可優選的：所述中心孕鑲金剛石鉆頭內錐形的內錐度為110°～150°。可進一步優選的：所述中心孕鑲金剛石鉆頭設置有中心孔，中心孔直徑為10～22mm，中心孔與鉆頭中心偏心6mm～16mm。

各級相鄰孕鑲金剛石鉆頭之間螺紋連接或者卡接。