CN201730551U

CN201730551U - 一种金刚石钻头

Info

Publication number: CN201730551U
Application number: CN2010200613116U
Authority: CN
Inventors: 龚宏伟; 李银梅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-01-06
Filing date: 2010-01-06
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2020-01-06

Abstract

本实用新型涉及一种金刚石钻头，包括普通金刚石钻头的工作层和分布在工作层中的PCD烧结体，所述的PCD烧结体为柱状体或长方体形或圆柱形，分布排列在钻头的工作层胎体中，PCD烧结体占钻头工作底唇面积的55％～70％。从而解决了针对岩层难以选择金刚石钻头的难题。具有很好的广谱性，具有出刃好，效率高，使用寿命长的特点。可广泛应用于地质勘探、石油钻井和工程勘察以及地质灾害的治理中。

Description

一种金刚石钻头

技术领域

本实用新型涉及一种用于地质勘探、石油钻井和工程勘察以及地质灾害治理的广谱型金刚石钻头。

背景技术

从我国开始研制人造金刚石钻头开始，制造金刚石钻头主要采用热压方法和电镀方法。热压方法制造的金刚石钻头与电镀金刚石钻头相比，具有较高的硬度和耐磨性，具有一定的适应性。但是，由于地层的多样性，要求不同的地层要有相应性能的钻头去适应，才能取得好的钻进效果。加上普通金刚石钻头的工作层性能与结构单一，钻头的广谱性较差。随着地质找矿向地层深部发展，岩层的性质越来越复杂，在一个钻孔中，甚至一个钻进回次没有钻进完，岩性就发生变化，需要频繁的更换不同性能的钻头，严重地影响着地质钻探的进程，提高了钻探的成本，这种状况急需改变。

发明内容

本实用新型其目的就在于提供一种金刚石钻头，具有很好的广谱性，具有出刃好，效率高，使用寿命长的特点。

实现本实用新型所采用的技术方案，包括普通金刚石钻头的工作层和分布在工作层中的PCD烧结体，所述的PCD烧结体为柱状体或长方体形或圆柱形，分布排列在钻头的工作层胎体中，PCD烧结体占钻头工作底唇面积的55％～70％。

与现有技术相比本实用新型具有以下优点。

由于采用了双层结构的技术，因而具有很好的广谱性，具有出刃好，效率高，使用寿命长的特点。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

图1为本实用新型热压金刚石钻头的结构示意图一；

图2为本实用新型热压金刚石钻头的结构示意图二。

图中，1-PCD烧结体；2-工作层胎体；3-水口。

具体实施方式

包括普通金刚石钻头的工作层和分布在工作层中的PCD烧结体，如图1、2所示，所述的PCD烧结体1为柱状体或长方体形或圆柱形，分布排列在钻头的工作层胎体2中，PCD烧结体1占钻头工作底唇面积的55％～70％。

所述的PCD烧结体1的金刚石浓度为95％～100％，金刚石的品级为SMD30～35，所述的PCD烧结体1的硬度为HRc38～42，耐磨性为0.35～0.45×10^-5ML，所述的钻头工作层胎体2材料为铁-镍-锰-青铜合金，其硬度为HRc22～HRc26，耐磨性为0.48～0.55×10^-5ML，所述的工作层胎体2中的金刚石浓度为15～22％，金刚石品级为SMD20～25。

所述的金刚石PCD烧结体1为方柱状，边长为4.0～6.0mm，长度为7～9mm。

所述的工作层胎体2内的金刚石PCD烧结体沿钻头的径向和切削方向有规律分布，PCD烧结体分布在每一个胎体中为三角形布置、品字形布置或菱形布置。

实施例

本实用新型提供的金刚石钻头包括钻头的PCD烧结体1和工作层胎体2以及钻头水口3。若干PCD烧结体1分散于工作层胎体2中。金刚石复合体中金刚石浓度为95％～100％，PCD烧结体1占钻头的工作底唇面积的55％～70％；PCD烧结体1的硬度为HRc38～42，耐磨性为0.35～0.45×10^-5ML。钻头工作层胎体2材料为铁-镍-锰-钴-青铜合金，其中铁占48％～50％，镍占12％～16％，锰占4％～5％，铜合金占32～35％，其硬度为HRc22～HRc26，耐磨性为0.48～0.55×10^-5ML，钻头胎体的硬度较低、耐磨性较低；主要作用是在热压条件下牢固地包镶PCD烧结体并和钻头刚体实现强力结合；同时也起辅助的破碎岩石的作用。PCD烧结体1为方柱，其边长为4.0～6.0mm，长度为7～9mm。PCD烧结体1在钻头工作层胎体2中的排列为三角形布置、品字形布置或菱形布置，如图1、2所示。金刚石复合体采用热压方法预制成，可以通过调整PCD烧结体胎体的配方与金刚石参数，可以获得不同的工作性能，满足钻进可钻性为7～12级各类岩石的需要。

下面对PCD烧结体、工作层胎体进行详细说明。

(1)PCD烧结体设计思路：

本实用新型从岩石的力学性质出发，研究其破碎机理，认识到能够有效钻进岩石必须采用大而合理的钻压，使得金刚石能够有效地切入岩石中，而后在回转力矩作用下剪切破碎岩石。由于孔深之后，钻杆柱成了一细长的压杆，从力学的角度分析极容易失稳，应加的钻压值有限。因此，只能优化钻头设计，减少工作层面积，使得单位面积上的钻压值能够达到使金刚石有效的切入岩石中，才能保证钻头有效钻进。通过试验后，得出PCD烧结体与岩石接触面积为钻头工作层底面积的55～70％最佳，在可钻性7～12级的大多数岩石中钻进，能够获得好的钻进效果，能够收到广谱性的效果。

试验与研究表明，金刚石复合体的硬度在HRc38～HRc42范围合理，其耐磨性为0.35～0.45×10^-5ML范围能保证金刚石有好的出刃和切入效果。PCD烧结体的性能调节主要通过调整烧结体的成分含量比与金刚石参数(粒度与浓度)来实现。

地质勘探用的钻头规格多、系列复杂，对PCD烧结体的规格必定有不同要求。为了满足不同规格钻头的要求，可以设计出多种规格的PCD烧结体，由不同规格的PCD组合使用，比较灵活、方便；可以实现多刀、多刃破碎岩石，提高破碎岩石的效果。方柱状PCD烧结体的边长：4.0～6.0mm；其高均为7～9mm。

(2)PCD烧结体

金刚石PCD烧结体的形状为方柱状，其直径为4.0～6.0mm，长度为7～9mm；制得金刚石PCD烧结体的硬度为HRc38～42，耐磨性为0.35～0.45×10^-5ML。其中，金刚石PCD烧结体的胎体材料中，碳化钨占35％～40％，YG8占12～15％，镍占8％～10％，锰占3％～4％，青铜占30％～32％；金刚石品级为SMD30～35，金刚石浓度为95％～100％。

(3)工作层胎体

钻头的工作层胎体在钻头中既是包镶PCD烧结体和联结钻头刚体的重要部分，又具有一定的破碎岩石的作用。它的基本成分为铁、镍、锰与铜合金，其中，铁占48％～50％，镍占12％～15％，锰占4％～5％，铜合金占32～35％，支撑体的硬度较低(HRc22～HRc26)，耐磨性亦较低(0.45～0.55×10^-5ML)。工作层胎体中的金刚石浓度为15～22％，金刚石品级为SMD20～25。调节其基本成分的含量比例，可以适当调整工作层胎体的硬度与耐磨性，以适应岩石变化的要求。

Claims

1.一种金刚石钻头，包括普通金刚石钻头的工作层和分布在工作层中的PCD烧结体，其特征在于，所述的PCD烧结体(1)为柱状体或长方体形或圆柱形，分布排列在钻头的工作层胎体(2)中，PCD烧结体(1)占钻头工作底唇面积的55％～70％。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头，其特征在于，所述的PCD烧结体(1)为方柱状，边长为4.0～6.0mm，长度为7～9mm。

3.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头，其特征在于，所述的工作层胎体内的PCD烧结体分布在每一个胎体中为三角形布置、品字形布置或菱形布置。