CN101940894A - 钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法。本发明加工方法是以金刚石粉、硅和金属镍为基本原料，另外加入一定量的硼，然后将其原料金刚石粉、硅、镍和硼混合后加入碳合成模中，将其合成模放入真空炉内先进行真空加热，将真空加热后的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合成，高温高压合成后进行卸压，卸压后即可得到本发明产品钻探用椭圆形聚晶金刚石TSP。利用本发明技术方案制备成的聚晶金刚石TSP，具有较好的热稳定性及较高的抗冲击强度和更好的耐磨性，能够满足用于复杂的底层钻井；并且产品的合格率较高，其产品合格率高达85%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚晶金刚石的加工方法，特别是涉及一种钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法。
背景技术
金刚石聚晶 PCD (Polycrystalline diamond) 是用细颗粒金刚石单晶在高温高压下烧结而成的，该产品具有很好的耐磨性、热稳定性、抗压强度和抗冲击韧性，广泛用于地质勘探、石油开采、天然宝石加工业和机械加工修整工具等领域。目前分人造金刚石聚晶PCD和人造金刚石聚晶TSP两种。主要的形状有三角形、正方形、长方形、、圆柱形、两端圆弧形、其多样化适用于各种钻探工具与地质要求。
目前，被广泛用于钻探方面的聚晶金刚石TSP大多是圆柱形，为了满足市场的广大要求，经过本领域技术人员的不断改进，发明了较多形状的钻探用聚晶金刚石。但是，利用现有合成聚晶金刚石的技术，很难加工成多种形状的聚晶金刚石。即使能够生产出各种形状，其合格率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法。通过本发明加工方法制备的钻探用椭圆形聚晶金刚石具有较好的热稳定性及较高的抗冲击强度和更好的耐磨性。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
a、原料组成：以重量百分含量表示，所采用的原料组成为金刚石粉68～72%，硅Si 13～15%和镍Ni 15～17%；
b、按照步骤a所述的原料组成称取原料金刚石粉、硅和镍，混合均匀后另外加入占原料总量0.48～0.52%的催化剂，将其混合后的原料和催化剂装入椭圆形碳合成模型中，然后将装有原料和催化剂的碳合成模型放入真空炉内保持118～122分钟；所述真空炉内真空度为0.0009～0.0012Pa，温度为800～1000℃；
c、将步骤b抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合成，高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为1995～2005A，加热时间为73～76s，压力为3.8～4.2万公斤，保压时间为195～205s；
d、高温高压合成后进行卸压，卸压后得到本发明产品椭圆形聚晶金刚石TSP。
根据上面所述的钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，金刚石粒径60微米用W60表示，金刚石粒径35微米用W35表示，金刚石粒径10微米用W10表示；步骤a中所述原料金刚石粉是由W60、W35和W10三种金刚石粉组成，其中W60、W35和W10三者在原料金刚石粉组成中所占的重量百分含量分别为40%、35%和25%。
根据上面所述的钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，步骤b中所述催化剂为硼。
根据上面所述的钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，步骤c中高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为2000A，加热时间为75s，压力为4.0万公斤，保压时间为200s。
根据上面所述的钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，步骤d中所述得到本发明产品椭圆形聚晶金刚石TSP的宽*厚*长*弧度规格为3*3*10*R1.5mm。
本发明的积极有益效果：
1、利用本发明技术方案制备而成的椭圆形聚晶金刚石，具有较好的热稳定性及较高的抗冲击强度和更好的耐磨性；并且产品的合格率较高，其产品合格率高达85%以上。
2、利用本发明技术方案能够加工成椭圆形聚晶金刚石，能够满足用于复杂的底层钻井。本发明加工成的椭圆形聚晶TSP产品用于钻探时大大提高了产品的磨耗比，并且解决了钻探中设备单一的问题。本发明加工成的椭圆形聚晶金刚石主用用于石油钻头。本发明产品具有显著的经济效益。
四、具体实施方式：
实施例1：
本发明钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，所述加工方法的详细步骤如下：
a、原料组成：以重量百分含量表示，所采用的原料组成为金刚石粉70%，硅Si 14%和镍Ni 16%；
70%的原料金刚石粉是由W60、W35和W10三种金刚石粉组成，其中W60、W35和W10三者在原料金刚石粉组成中所占的重量百分含量分别为40%、35%和25%。
b、按照步骤a所述的原料组成称取原料金刚石粉、硅和镍，混合均匀后另外加入占原料总量0.5%的催化剂硼，将其混合后的原料和催化剂硼装入椭圆形碳合成模型中，然后将装有原料和催化剂的碳合成模型放入真空炉内保持120分钟；所述真空炉内真空度为0.001Pa，温度为900℃；
c、将步骤b抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合成，高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为2000A，加热时间为75s，压力为4.0万公斤，保压时间为200s；
d、高温高压合成后进行卸压，卸压后得到本发明产品椭圆形聚晶金刚石TSP。
经过上述加工方法，得到本发明产品椭圆形聚晶金刚石TSP的宽*厚*长*弧度规格为3*3*10*R1.5mm。
实施例2：
本发明钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，所述加工方法的详细步骤如下：
a、原料组成：以重量百分含量表示，所采用的原料组成为金刚石粉68%，硅Si 15%和镍Ni 17%；
68%的原料金刚石粉是由W60、W35和W10三种金刚石粉组成，其中W60、W35和W10三者在原料金刚石粉组成中所占的重量百分含量分别为40%、35%和25%。
b、按照步骤a所述的原料组成称取原料金刚石粉、硅和镍，混合均匀后另外加入占原料总量0.48%的催化剂硼，将其混合后的原料和催化剂硼装入椭圆形碳合成模型中，然后将装有原料和催化剂的碳合成模型放入真空炉内保持122分钟；所述真空炉内真空度为0.0012Pa，温度为1000℃；
c、将步骤b抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合成，高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为2005A，加热时间为73s，压力为3.8万公斤，保压时间为195s；
d、高温高压合成后进行卸压，卸压后得到本发明产品椭圆形聚晶金刚石TSP。
经过上述加工方法，得到本发明产品椭圆形聚晶金刚石TSP的宽*厚*长*弧度规格为3*3*10*R1.5mm。
实施例3：
本发明钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，所述加工方法的详细步骤如下：
a、原料组成：以重量百分含量表示，所采用的原料组成为金刚石粉69%，硅Si 14%和镍Ni 17%；
69%的原料金刚石粉是由W60、W35和W10三种金刚石粉组成，其中W60、W35和W10三者在原料金刚石粉组成中所占的重量百分含量分别为40%、35%和25%。
b、按照步骤a所述的原料组成称取原料金刚石粉、硅和镍，混合均匀后另外加入占原料总量0.52%的催化剂硼，将其混合后的原料和催化剂硼装入椭圆形碳合成模型中，然后将装有原料和催化剂的碳合成模型放入真空炉内保持118分钟；所述真空炉内真空度为0.0009Pa，温度为800℃；
c、将步骤b抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合成，高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为1995A，加热时间为76s，压力为4.2万公斤，保压时间为205s；
d、高温高压合成后进行卸压，卸压后得到本发明产品椭圆形聚晶金刚石TSP。
经过上述加工方法，得到本发明产品椭圆形聚晶金刚石TSP的宽*厚*长*弧度规格为3*3*10*R1.5mm。
实施例4：
本发明钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，所述加工方法的详细步骤如下：
a、原料组成：以重量百分含量表示，所采用的原料组成为金刚石粉71%，硅Si 13%和镍Ni 16%；
71%的原料金刚石粉是由W60、W35和W10三种金刚石粉组成，其中W60、W35和W10三者在原料金刚石粉组成中所占的重量百分含量分别为40%、35%和25%。
b、按照步骤a所述的原料组成称取原料金刚石粉、硅和镍，混合均匀后另外加入占原料总量0.51%的催化剂硼，将其混合后的原料和催化剂硼装入椭圆形碳合成模型中，然后将装有原料和催化剂的碳合成模型放入真空炉内保持119分钟；所述真空炉内真空度为0.001Pa，温度为850℃；
c、将步骤b抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合成，高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为2002A，加热时间为74s，压力为3.9万公斤，保压时间为198s；
d、高温高压合成后进行卸压，卸压后得到本发明产品椭圆形聚晶金刚石TSP。
经过上述加工方法，得到本发明产品椭圆形聚晶金刚石TSP的宽*厚*长*弧度规格为3*3*10*R1.5mm。
实施例5：
本发明钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，所述加工方法的详细步骤如下：
a、原料组成：以重量百分含量表示，所采用的原料组成为金刚石粉72%，硅Si 13%和镍Ni 15%；
72%的原料金刚石粉是由W60、W35和W10三种金刚石粉组成，其中W60、W35和W10三者在原料金刚石粉组成中所占的重量百分含量分别为40%、35%和25%。
b、按照步骤a所述的原料组成称取原料金刚石粉、硅和镍，混合均匀后另外加入占原料总量0.49%的催化剂硼，将其混合后的原料和催化剂硼装入椭圆形碳合成模型中，然后将装有原料和催化剂的碳合成模型放入真空炉内保持121分钟；所述真空炉内真空度为0.00095Pa，温度为950℃；
c、将步骤b抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合成，高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为1998A，加热时间为76s，压力为4.1万公斤，保压时间为202s；
d、高温高压合成后进行卸压，卸压后得到本发明产品椭圆形聚晶金刚石TSP。
经过上述加工方法，得到本发明产品椭圆形聚晶金刚石TSP的宽*厚*长*弧度规格为3*3*10*R1.5mm。
Claims (5)
1.一种钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：
a、原料组成：以重量百分含量表示，所采用的原料组成为金刚石粉68～72%，硅Si 13～15%和镍Ni 15～17%；
b、按照步骤a所述的原料组成称取原料金刚石粉、硅和镍，混合均匀后另外加入占原料总量0.48～0.52%的催化剂，将其混合后的原料和催化剂装入椭圆形碳合成模型中，然后将装有原料和催化剂的碳合成模型放入真空炉内保持118～122分钟；所述真空炉内真空度为0.0009～0.0012Pa，温度为800～1000℃；
c、将步骤b抽真空加热后得到的半成品放入金刚石六面顶压力机中进行高温高压合成，高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为1995～2005A，加热时间为73～76s，压力为3.8～4.2万公斤，保压时间为195～205s；
d、高温高压合成后进行卸压，卸压后得到本发明产品椭圆形聚晶金刚石TSP。
2.根据权利要求1所述的钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，其特征在于：金刚石粒径60微米用W60表示，金刚石粒径35微米用W35表示，金刚石粒径10微米用W10表示；步骤a中所述原料金刚石粉是由W60、W35和W10三种金刚石粉组成，其中W60、W35和W10三者在原料金刚石粉中所占的重量百分含量分别为40%、35%和25%。
3.根据权利要求1所述的钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，其特征在于：步骤b中所述催化剂为硼。
4.根据权利要求1所述的钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，其特征在于：步骤c中高温高压合成过程中控制六面顶压力机的电流为2000A，加热时间为75s，压力为4.0万公斤，保压时间为200s。
5.根据权利要求1所述的钻探用椭圆形聚晶金刚石的加工方法，其特征在于：步骤d中所述得到本发明产品椭圆形聚晶金刚石TSP的宽*厚*长*弧度规格为3*3*10*R1.5mm。
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| CN87107715A (zh) * | 1987-11-13 | 1988-09-07 | 吉林大学 | 大颗粒硼皮金刚石聚晶及其合成方法 |
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