CN107476767A - 一种植入式孕镶金刚石钻头及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种植入式孕镶金刚石钻头及其制造方法，属于钻井、钻探领域，该钻头由金刚石柱、工作层、过度保径层和刚体构成，在所述工作层内沿竖直方向镶嵌有复数个金刚石柱；所述金刚石柱是由外壳及填装在外壳内部的耐磨材料构成，所述耐磨材料由占体积50％～80％单晶金刚石和占体积20％～50％铁基骨架材料混合而成。与现有技术相比，本发明的目的是针对孕镶金刚石钻头因钻头打滑不进尺、工作寿命短的问题，提供一种植入式孕镶金刚石钻头，本发明的另一目的是提供一种植入式孕镶金刚石钻头的制造方法。经钻进坚硬打滑花岗岩试验，有效解决打滑难题，钻速高，寿命长。
Description
技术领域
本发明属于钻井、钻探领域，特别涉及到一种植入式孕镶金刚石钻头及其制造方法。
背景技术
坚硬打滑地层钻进仍然是行业内的世界性难题。目前，针对坚硬打滑地层的较有效钻头是软胎体孕镶金刚石钻头，如公开号“CN102828696B”的中国专利文献，公开了一种坚硬打滑地层钻进用铁基孕镶金刚石钻头，是由钻头钢体和铁基基体混合材料构成，所述的铁基基体混合材料是由铁基胎体和金刚石颗粒组成，金刚石颗粒孕镶在铁基胎体上，金刚石颗粒含量的体积百分比为45％～75％，粒度为35～50目；所述铁基胎体是由下述质量百分比的组分构成：铁粉65％～72％；锌粉10％～14％；663青铜粉14％～18％；锰粉1％；镍粉2％。通过胎体材料的不断超前磨损，使金刚石颗粒不断出露，破碎岩石获取进尺，但是钻头工作层磨损很快，钻头寿命很低。孕镶金刚石钻头工作层的金刚石颗粒的分布方式主要为随机或均匀分布，即整个工作层中均有金刚石颗粒的存在，如此每粒金刚石切削岩石时均为单兵作战，当岩石较软时，其优势明显，而当岩石坚硬时，其劣势将突显出来，表现出打滑不进尺现象。因此，针对坚硬打滑地层，有必要改变思路研究一种新的金刚石钻头工艺，为解决此世界性难题打下基础。
发明内容
本发明的目的是针对孕镶金刚石钻头因钻头打滑不进尺、工作寿命短的问题，提供一种植入式孕镶金刚石钻头。
本发明的另一目的是提供一种植入式孕镶金刚石钻头的制造方法。
本发明的目的是通过以下的技术方案实现的：
一种植入式孕镶金刚石钻头，该钻头由金刚石柱、工作层、过度保径层和刚体构成，其特征在于：在所述工作层内沿竖直方向镶嵌有复数个金刚石柱；所述金刚石柱是由外壳及填装在外壳内部的耐磨材料构成，所述耐磨材料由占体积50％～80％单晶金刚石和占体积20％～50％铁基骨架材料混合而成。
进一步，所述外壳为塑料管、合金铜管或合金铁管中的一种。
进一步，所述外壳的直径为3mm～10mm，壁厚为0.1mm～0.5mm。
一种制造所述植入式孕镶金刚石钻头的方法，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：
步骤一、制备金刚石柱
按照外壳的尺寸要求，切取一定长度的外壳，将按比例混合的单晶金刚石和铁基骨架材料混合物放入外壳并压实，得到金刚石柱；
步骤二、按照钻头底唇面分布形态和占底面积比例要求，先将经所述步骤一制得的金刚石柱放入石墨模具中并在间隙内填入铁基胎体材料压实形成工作层，再将过度保径层装入石墨模具后再压实，之后放入刚体，加浸渍金属后放入烘干箱中，在温度100℃～200℃条件下，烘干30min～60min，取出后振实，采用无压浸渍法烧制，烧制温度为1000℃～1200℃，恒温烧制20min～60min，缓慢冷却至室温，退模具后，机械加工水口和螺纹，获得植入式孕镶金刚石钻头。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提供的植入式孕镶金刚石钻头，是由金刚石柱、工作层、过度保径层和刚体构成，金刚石柱是由外壳、单晶金刚石和铁基骨架材料构成，经钻进坚硬打滑花岗岩试验，有效解决打滑难题，钻速高，寿命长。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明植入式孕镶金刚石钻头结构示意图。
图2为图1中金刚石柱的结构图。
图中：1-金刚石柱、2-工作层、3-过度保径层、4-刚体、5-外壳、6-单晶金刚石、7-铁基骨架材料。
具体实施方式
本发明提出了一种植入式孕镶金刚石钻头，请参照图1及图2，该钻头由金刚石柱1、工作层2、过度保径层3和刚体4构成，在所述工作层2内沿竖直方向镶嵌有复数个金刚石柱1；所述金刚石柱1是由外壳5及填装在外壳5内部的耐磨材料构成，所述耐磨材料由占体积50％～80％单晶金刚石6和占体积20％～50％铁基骨架材料7混合而成。
所述外壳5为塑料管、合金铜管或合金铁管中的一种。
所述外壳5的直径为3mm～10mm，壁厚为0.1mm～0.5mm。
一种制造所述的植入式孕镶金刚石钻头的方法，其特征在于：该制造方法包括以下步骤
步骤一、制备金刚石柱1
按照外壳5的尺寸要求，切取一定长度的外壳5，将按比例混合的单晶金刚石6和铁基骨架材料7混合物放入外壳5并压实，得到金刚石柱1；
步骤二、按照钻头底唇面分布形态和占底面积比例要求，先将经所述步骤一制得的金刚石柱1放入石墨模具中并在间隙内填入铁基胎体材料压实形成工作层2，再将过度保径层3装入石墨模具后再压实，之后放入刚体4，加浸渍金属后放入烘干箱中，在温度100℃～200℃条件下，烘干30min～60min，取出后振实，采用无压浸渍法烧制，烧制温度为1000℃～1200℃，恒温烧制20min～60min，缓慢冷却至室温，退模具后，机械加工水口和螺纹，获得植入式孕镶金刚石钻头。
实施例1
切取高10mm直径5mm壁厚0.5mm合金铜管为外壳5，按照体积取40目60％单晶金刚石6与40％铁基骨架材料7充分混合后放入外壳5，压实完成金刚石柱1的制备，再将金刚石柱1按照设计要求装入石墨模具中，加入铁基胎体材料后压实，压实后上面加入过度层材料，再压实后加入保径材料，形成过度保径层3，放入刚体4，加浸渍金属后放入烘干箱中，在温度100℃条件下烘干30min，无压浸渍法烧制，烧制温度为1100℃，恒温25min，缓慢冷却至室温，退模具后，机械加工水口和螺纹，获得植入式孕镶金刚石钻头。钻头底唇面形状可任意设计。
实施例2
切取高10mm直径5mm壁厚0.2mm纯塑料管为外壳5，按照体积取40目60％单晶金刚石6与40％铁基骨架材料7充分混合后放入外壳5，压实完成金刚石柱1的制备，再将金刚石柱1按照设计要求装入石墨模具中，加入铁基胎体材料后压实，压实后上面加入过度层材料，再压实后加入保径材料，形成过度保径层3，放入刚体4，加浸渍金属后放入烘干箱中，在温度200℃条件下烘干30min，取出后再振实，无压浸渍法烧制，烧制温度为1100℃，恒温25min，缓慢冷却至室温，退模具后，机械加工水口和螺纹，获得植入式孕镶金刚石钻头。钻头底唇面形状可任意设计。
针对钻探坚硬、打滑岩层难题，改变常规的金刚石颗粒在工作层中分散分布的方式，采用集中优势“兵力”，攻坚克难的创新思路。本发明公开一种植入式孕镶金刚石钻头及其制造方法，植入式孕镶金刚石钻头是由金刚石柱1、工作层2、过度保径层3和刚体4构成，金刚石柱1是由外壳5、单晶金刚石6和粉末骨架材料7构成。通过钻进坚硬打滑的花岗岩试验数据显示，该钻头有效克服打滑难题，钻速快，钻头寿命长。
Claims (4)
1.一种植入式孕镶金刚石钻头，该钻头由金刚石柱(1)、工作层(2)、过度保径层(3)和刚体(4)构成，其特征在于：在所述工作层(2)内沿竖直方向镶嵌有复数个金刚石柱(1)；所述金刚石柱(1)是由外壳(5)及填装在外壳(5)内部的耐磨材料构成，所述耐磨材料由占体积50％～80％单晶金刚石(6)和占体积20％～50％铁基骨架材料(7)混合而成。
2.根据权利要求1所述的一种植入式孕镶金刚石钻头，其特征在于：所述外壳(5)为塑料管、合金铜管或合金铁管中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种植入式孕镶金刚石钻头，其特征在于：所述外壳(5)的直径为3mm～10mm，壁厚为0.1mm～0.5mm。
4.一种制造权利要求1、2或3所述的植入式孕镶金刚石钻头的方法，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：
步骤一、制备金刚石柱(1)
按照外壳(5)的尺寸要求，切取一定长度的外壳(5)，将按比例混合的单晶金刚石(6)和铁基骨架材料(7)混合物放入外壳(5)并压实，得到金刚石柱(1)；
步骤二、按照钻头底唇面分布形态和占底面积比例要求，先将经所述步骤一制得的金刚石柱(1)放入石墨模具中并在间隙内填入铁基胎体材料压实形成工作层(2)，再将过度保径层(3)装入石墨模具后再压实，之后放入刚体(4)，加浸渍金属后放入烘干箱中，在温度100℃～200℃条件下，烘干30min～60min，取出后振实，采用无压浸渍法烧制，烧制温度为1000℃～1200℃，恒温烧制20min～60min，缓慢冷却至室温，退模具后，机械加工水口和螺纹，获得植入式孕镶金刚石钻头。
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