CN203729885U - 深部硬岩钻进用钎焊镍基孕镶金刚石钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种深部硬岩钻进用钎焊镍基孕镶金刚石钻头，包括钻头钢体（5）和镍基合金胎体（2），钻头钢体（5）的一端设有内螺纹（6），一端烧结有镍基合金胎体（2），镍基合金胎体（2）中孕镶有金刚石颗粒（4）和细铁丝（1），镍基合金胎体（2）的底面开设有钻头水口（3）。本实用新型使用镍基预合金钎料，大大提高了钻头的性能，降低了烧结温度，减少了金刚石热损伤的程度；铁粉含量较高，降低了钻头成本；镶嵌细铁丝，降低部分胎体耐磨性，有利于金刚石出刃和钻孔防斜。本实用新型特别适用于深部硬岩地层钻进，也适用于浅部打滑地层钻进。

Description

深部硬岩钻进用钎焊镍基孕镶金刚石钻头

技术领域

本实用新型属于石油勘探技术领域，涉及一种钎焊镍基孕镶金刚石钻头，具体地说，涉及一种深部硬岩钻进用钎焊镍基孕镶金刚石钻头。

背景技术

随着现有勘探的石油等能源以及矿产资源的不断开发，地质找矿从过去的浅部、中深部转向深部(2000以深)甚至超深部勘探(4000m)。在深孔钻探中，绳索取心凭借着不提钻取心技术得到极大的应用。钻头寿命越长、钻进效率越快、起下钻的次数和时间越少、劳动强度低、绳索取心的技术经济效益就越明显。

在一定孔深范围的条件下，随着孔深增加，钻井液液柱压力对孔底岩石的作用增加显著，孔底岩石所受的三轴压力增大，岩石抗压强度、硬度等指标参数均增加。在较大围压作用下，岩石强度增大，塑性增加，导致结构致密，研磨性弱，岩石的可钻性降低，可钻性为9～12级。在浅部、中深部钻进时，该类地层又称之为坚硬致密弱研磨性地层或“打滑”地层，但厚度一般不大，钻头时效和寿命对整个钻探成本的影响不明显。在深部甚至超深部钻探时，该类地层占孔深的绝大部分，钻头的时效和寿命对整个钻孔的成本就尤为重要。

在钻进浅部坚硬致密弱研磨性地层时，常采用热压法或电镀法制造孕镶金刚石钻头，取得较好效果的金刚石钻头有以下两种：（1）弱包镶金刚石钻头：利用弱包镶方法使胎体中一部分金刚石被包镶的程度较弱，钻进中会提前从胎体中脱落。脱落的金刚石会磨损胎体，有利于金刚石出刃。（2）自形成同心径向环齿金刚石钻头：利用钻头的自磨出刃，一直保持同心圆尖齿状况，提高钻头唇面上单位面积的压力，“吃入”岩石，同时对钻孔的防斜也有好的效果。以上两种钻头基本上采用碳化钨基作为胎体材料，通过改进金刚石的出刃，在一定程度上克服了坚硬致密弱研磨性地层钻进时效低的缺点，但是钻头的寿命受到了一定的影响。此外，中国发明专利CN102828696还公开发明了一种“坚硬打滑地层钻进用铁基孕镶金刚石钻头”，通过使用铁粉降低钻头的制作成本，但是该钻头同样具有钻头寿命较低的特点。

钎焊孕镶金刚石钻头已有过研究，如中国发明专利CN101824968A公开了一种新型孕镶钎焊金刚石钻头，制作时先通过钎焊工艺对金刚石进行预处理，再通过热压烧结的方法制作出金刚石钻头。该发明通过对金刚石颗粒的钎焊预处理，增强了金刚石与胎体的结合强度，提高了钻头的钻进时效和寿命。但该专利运用的是二次成型的工艺制造金刚石钻头，对金刚石的热损伤有较大的影响。此外，中国专利CN101862834A公开发明了一次成型多层钎焊金刚石钻头的制作工艺，将钎料与金刚石颗粒混合后在特定条件下烧结，制成多层钎焊金刚石钻头。该发明通过金刚石与胎体间的钎焊反应，改善了钻头的性能。但该实用新型制作出来的钻头，胎体太硬，不适用于深部弱研磨性硬岩的钻进。

综上所述，现有的金刚石钻头难以满足深孔钻进的需要，深孔条件下新的岩石破碎特征使得钻头钻进速率低，寿命短，严重阻碍了绳索取心钻探技术的发展，因此对深孔绳索取心孕镶金刚石钻头的研究很有必要。

实用新型内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本实用新型提出一种深部硬岩钻进用钎焊镍基孕镶金刚石钻头，该钻头是一种真空无压镍基孕镶金刚石钻头，显著提高了金刚石钻头钻进深部硬岩地层时的时效和寿命。

其技术方案如下：

一种深部硬岩钻进用钎焊镍基孕镶金刚石钻头，包括钻头钢体5和镍基合金胎体2，钻头钢体5的一端设有内螺纹6，一端烧结有镍基合金胎体2，镍基合金胎体2中孕镶有金刚石颗粒4和细铁丝1，镍基合金胎体的底面开设有钻头水口3。

进一步优选，所述的细铁丝的直径为1.0～1.6mm的软质细铁丝。

进一步优选，所述的钻头工作层前端和后端均设有细铁丝1，在钻头工作层前端的细铁丝的数量小于位于钻头工作层后端的细铁丝，细铁丝被胎体粉末相互间隔开，呈梅花形排布。

进一步优选，钻头的规格不同，所需的细铁丝数量不同，一般以钻头唇面上细铁丝横截面积占唇面面积的百分比来衡量，约为5%～15%。

本实用新型的有益效果：

本实用新型结构独特，钻进深部致密硬岩地层时性能好，工作效率高，使用寿命长。它是用预合金钎料制造的一种新型无压非均质孕镶金刚石钻头。钻头的结构能实现耐磨性较差的铁丝提前磨损，促进金刚石的出刃，提高钻头的钻进效率；在钻头工作层的前端较少插设细铁丝，有利于保护钻头的寿命；同时还能使得钻头唇面在工作时呈现齿爪状结构，有利于钻孔的防斜。

附图说明

图1（a）是本实用新型之钻头的剖视图，图1（b）是钻头工作层Ⅰ的放大图；

图2(a)是图1的俯视图，图2（b）是钻头工作层唇面Ⅱ的放大图。

1——细铁丝；2——镍基合金胎体；3——钻头水口；4——金刚石颗粒；5——钻头钢体；6——钻头螺纹。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步详细地说明。

参照图1-图2，一种深部硬岩钻进用钎焊镍基孕镶金刚石钻头，包括钻头钢体5和镍基合金胎体2，钻头钢体5的一端设有内螺纹6，一端烧结有镍基合金胎体2，镍基合金胎体2中孕镶有金刚石颗粒4和细铁丝1，镍基合金胎体2的底面开设有钻头水口3。所述的细铁丝1的直径为1.0～1.6mm的软质细铁丝。所述钻头的工作层前端和后端均设有细铁丝1，在钻头工作层前端的细铁丝的数量小于位于钻头工作层后端的细铁丝，细铁丝被胎体粉末相互间隔开，呈梅花形排布。

本实用新型深部硬岩钻进用钎焊镍基孕镶金刚石钻头在具体应用过程中，先将预合金钎焊镍基粉末、铁粉和金刚石按计算好的质量混合后装入石墨模具中，并在石墨模具上标示钻头旋转方向，在钻头工作层前端插入较少数量的细铁丝1，在钻头工作层后端插入较多数量的细铁丝1，且铁丝被胎体粉末相互间隔开，呈梅花形排布。细铁丝的数量和尺寸依据钻头的类型、规格与岩性而设计，细铁丝横截面积约占钻头工作唇面面积的5%～15%。待整个钻头组装完成后，装入金刚石钻头非工作层粉末，放上钎焊镍基孕镶金刚石钻头钢体5，送入真空钎焊炉中进行无压烧结，烧结至钎焊温度并保温一段时间后，随炉冷却至室温，本钻头即制造完成。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种深部硬岩钻进用钎焊镍基孕镶金刚石钻头，其特征在于，包括钻头钢体（5）和镍基合金胎体（2），钻头钢体（5）的一端设有内螺纹（6），一端烧结有镍基合金胎体（2），镍基合金胎体（2）中孕镶有金刚石颗粒（4）和细铁丝（1），镍基合金胎体（2）的底面开设有钻头水口（3）。 

2.根据权利要求1所述的深部硬岩钻进用钎焊镍基孕镶金刚石钻头，其特征在于，所述的细铁丝（1）的直径为1.0～1.6mm的软质细铁丝。 

3.根据权利要求1所述的深部硬岩钻进用钎焊镍基孕镶金刚石钻头，其特征在于，所述的钻头工作层前端和后端均设有细铁丝（1），在钻头工作层前端的细铁丝的数量小于位于钻头工作层后端的细铁丝，细铁丝被胎体粉末相互间隔开，呈梅花形排布。