[其他]堅硬致密“打滑”地層低溫電鍍金剛石異形鉆頭以及低溫電鍍復合片石油鉆頭

無效

• 申請號: 85108125
• 申請日: 1985-11-05
• 公開（公告）號: CN85108125A
• 公開（公告）日: 1987-05-06
• 發明（設計）人: 李大偉
• 申請（專利權）人: 武漢地質學院
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46;C25D15/00;C25D3/56;B23K5/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 陳申賢

本發明與地質勘探領域內壽命長、時效高的人造金鋼石鉆頭有關，尤其適用于典型的堅硬致密“打滑”地層。

常規鉆頭在“打滑地層”使用，很難鉆進，時效極低而且壽命短。不同性能的鉆頭在同樣地層鉆進其打滑程度並不一樣，說明打滑與鉆頭性能有關，常規鉆頭在堅硬、致密、研磨性弱的地層鉆進之所以打滑，主要原因是金鋼石與胎體消耗不匹配。突出表現是鉆頭底唇金鋼石不能自動出刃或出刃高度不夠。因此，要克服鉆頭打滑。一方面必須改變鉆頭性能，使胎體易于消耗而促使金鋼石出刃;既降低鉆頭胎體耐磨性同時，環狀孔底的巖石性能也是可以改變的。因為巖石的基本性質是單向應力最小，二向應力次之，三向應力最大。而且巖石的抗拉強度大大地小于巖石的抗壓強度。利用這些性質改變鉆頭結構。能夠達到改變破碎巖石的性質，即部分轉化或降低巖石的力學性能。使之易于破碎巖石。改進就從這二方面著手。在“打滑”地層鉆進，主要矛盾首先是時效，因此新型、改進的鉆頭要具有較高的時效，同時也應當指出在這種“打滑”地層中不可望有較高的機械鉆速，而且時效與壽命或其乘積在一定條件下是一個常數。這就決定了鉆頭性能的各參數間須有一個合理的搭配。達到即能有效地克服鉆頭打滑又能使鉆頭具有一定的壽命，獲得較好的經濟效益。

綜上所述，首先是降低鉆頭胎體耐磨性，亦即提高其磨損率或磨料的磨損率。因此在相同條件下要促使鉆頭底唇金鋼石出露。就得沒法降低包鑲金鋼石的胎體硬度，也就是提高其磨損速率。

在鎳鈷溶液配方中，通過控制鈷離子和鎳離子的濃度比值，可以控制電鍍層或胎體合金的成分比值。試驗表明合金成分比值改變，其胎體硬度性能也相應改變。這樣，根據電鍍工藝的不同，便可獲得堅硬致密“打滑”地層中所需的鉆頭胎體性能。

電鍍過程中，若不隨時添加鈷鹽，補充鈷離子，硫酸鈷將隨電鍍時間的增長而降低其濃度，因為鈷離子在陰極還原沉積后，得不到補充。而硫酸鎳的含量基本上不受電鍍時間的影響。

根據上述的規律所研制的鉆頭胎體通過化學分析得出下圖的規律。

Ⅰ為硫酸鎳濃度變化曲線

Ⅱ為硫酸鈷濃度變化曲線

從上圖測知硫酸鈷的含量基本上勻速遞減，遞減速率均為1.5克/72小時，硫酸鎳的含量基本不變。

若改變溶液成分比，如降低硫酸鈷濃度，所測定的硫酸鎳或硫酸鈷的變化曲線。其變化趨勢與上圖相仿所不同的只是硫酸鈷的遞減速率降低約0.4克/72小時下圖為硫酸鈷、硫酸鎳溶液所沉積胎體金屬成分連續變化時的硬度變化曲線。

Ⅰ為鈷含量較高時的硬度變化曲線

Ⅱ為鈷含量較低時的硬度變化曲線

從上述圖表說明改變溶液成分可以獲得性能不同的胎體金屬，胎體硬度H_RC45和H_RC35兩種電鍍鉆頭分別適用于堅硬、研磨性強和研磨性中等的巖石而H_RC25的電鍍人造金鋼石孕鑲鉆頭適用于堅硬、致密、研磨性弱的“打滑”地層。

根據所需的胎體性能要求及上述試驗測定的變化規律便可確定溶液配方、電鍍規范及工藝規程如下：

對用于研磨性弱的巖石胎體的電鍍溶液成分及配比，

硫酸鎳（NiSO₄·7H₂O） 100～200克/升

硫酸鈷（CoSO₄·7H₂O） 10～20克/升

硼酸（H₃BO₃） 10～30克/升

氯化鈉（NaCl）????15～25克/升

其余為水

對用于研磨中等的巖石，胎體的電鍍溶液成分及配比

硫酸鎳（NiSO₄·7H₂O） 150～300克/升

硫酸鈷（CoSO₄·H₂O） 20～40克/升

硼酸（H₃BO₃） 10～30克/升

氯化鈉（NaCl）????15～25克/升

其余為水

對用于研磨性強的巖石胎體的電鍍溶液成分及配比

硫酸鎳（NiSO₄·7H₂O） 150～300克/升

酸硫錳（MnSO₄·7H₂O） 10～20克/升

硼酸（H₃BO₃） 10～30克/升