一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，燒結層通過熱壓浸漬燒結工藝將金剛石顆粒包鑲在孕鑲結塊表面；其中燒結層組份的質量百分比包括：碳化鎢30％-55％，硬質合金10％-20％，鎳5％-12％，錳3％-12％，銅合金17％-36％；熱壓浸漬燒結工藝包括：將天然金剛石顆粒、燒結層粉末和孕鑲結塊放入石墨模具。加熱并施加壓力，加熱時的升溫速度為80-120℃/min，施加壓力為12-18Mpa。當溫度升至900-1100℃時，在壓力下保溫250-350秒。在壓力下冷卻至700-750℃，冷卻時的降溫速度為150-180℃/min。無壓下冷卻至室溫，冷卻時的降溫速度為150-180℃/min。通過熱壓浸漬燒結工藝將有序排列的孕鑲結塊與天然金剛石顆粒緊固的粘結與一體，形成了雙層切削結構的有機結合體，達到雙層、階梯切削的目的。
【專利說明】一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于石油、天然氣開發用金剛石鉆頭的切削元件領域，具體涉及一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法。
【背景技術】
[0002]金剛石孕鑲塊普遍應用于鉆探生產中作為鉆頭切削元件使用，具有抗壓能力大、抗磨能力強、抗沖擊能力較好的特點，適合鉆探對PDC鉆頭和牙輪鉆頭而言難以鉆探的，具有高硬度、高研磨性等難鉆地層。現有技術中，金剛石孕鑲結塊就是把金剛石均勻的分布到胎體中，匹配不同硬度的胎體，可以鉆進各種硬度的巖石，特別是鉆進中等硬度以上的巖石，鉆進效率高、成本低。金剛石孕鑲結塊的金剛石顆粒較細，對于巖層的體積破碎效率低，實際碎巖機理類似于砂輪磨削工件，即以唇面上多而小的硬質點(金剛石)對加工件(孔底巖石)進行刻劃、磨削，并隨著原有硬質點的逐漸磨損和消失，胎體也在不斷磨耗，新的硬質點又裸露出來繼續工作。金剛石孕鑲結塊在高速磨削工作中，自身也被消耗，由于它的自刃作用而常處于銳利狀態。由于孕鑲金剛石齒中的金剛石顆粒有著極高的耐磨性，因此金剛石孕鑲結塊具有長壽命的優點，可以使鉆頭獲得較高的進尺。這種結構的鉆頭雖然能夠達到較好的鉆進效果，但仍然存在不可忽視的問題，將金剛石顆粒鑲嵌在胎體中，形成金剛石孕鑲結塊。但是，由于金剛石與胎體的界面能很高，使得金剛石與胎體間的浸潤性和粘結能力很差，結合強度低，胎體強度不夠而過早的磨損，使得金剛石顆粒容易過早脫落。采用單一切削結構的金剛石孕鑲結塊作為切削元件，使得在難鉆、復雜地層孕鑲金剛石鉆頭壽命短，對于地質勘探造成不利影響。
【發明內容】
[0003]本發明目的在于提供一種結構簡單、制作方便，能夠有效提高鉆進效率和延長使用壽命的雙切削金剛石孕鑲塊。
[0004]為實現上述技術目的，使用以下技術方案:
[0005]一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，燒結層通過熱壓浸潰燒結工藝將天然金剛石顆粒包鑲在孕鑲結塊表面；其中燒結層組份的質量百分比包括:碳化鎢30% -55%，硬質合金10% -20%，鎳5% -12%，錳3% -12%，銅合金17% -36%;熱壓浸潰燒結工藝依次包括:
[0006](I)將天然金剛石顆粒、燒結層粉料和孕鑲結塊放入石墨模具對應位置。
[0007](2)加熱并施加壓力，加熱時的升溫速度為80_120°C /min，施加壓力為12_18Mpa。
[0008](3)當溫度升至900-1100°C時，在壓力下保溫250-350秒。
[0009](4)停止加熱，進行冷卻操作。
[0010](5)在壓力下冷卻至700-750°C，冷卻時的降溫速度為150_180°C /min。
[0011](6)在無壓下冷卻至室溫,冷卻時的降溫速度為150_180°C /min。
[0012](7)加工完成，從石墨模具中取出。
[0013]為使本發明更加適于實用，下面做進一步改進:
[0014]所述燒結層組分的質量百分比包括:碳化鎢40%，硬質合金15%，鎳8%，猛7%，銅合金30%。
[0015]所述熱壓浸潰燒結工藝依次包括:
[0016](I)將天然金剛石顆粒、燒結層粉料和孕鑲結塊放入石墨模具對應位置。
[0017](2)加熱并施加壓力，加熱時的升溫速度為100°C /min，施加壓力為15Mpa。
[0018](3)當溫度升至980°C時，在壓力下保溫300秒。
[0019](4)停止加熱，進行冷卻操作。
[0020](5)在壓力下冷卻至720°C，冷卻時的降溫速度為170°C /min。
[0021](6)在無壓下冷卻至室溫,冷卻時的降溫速度為170°C /min。
[0022](7)加工完成，從石墨模具中取出。
[0023]所述天然金剛石顆粒包鑲在孕鑲結塊表面，并將天然金剛石顆粒作為第一切削元件，孕鑲結塊為第二切削元件。
[0024]所述孕鑲結塊為金剛石顆粒有序排列在胎體內。
[0025]本發明有益效果在于:通過熱壓浸潰燒結工藝將有序排列的孕鑲結塊與天然金剛石顆粒緊固的粘結與一體，避免了孕鑲金剛石鉆頭工作時孕鑲結塊出現脫層現象，進而實現了孕鑲金剛石鉆頭的正常工作。且形成了雙層切削結構的有機結合體，達到雙層、階梯切削的目的，從而達到在難鉆地層鉆進中，使具有雙切削結構孕鑲塊的孕鑲金剛石鉆頭長時間保持高破巖效率和延長其使用壽命的目的，井降低了鉆井成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為雙切削金剛石孕鑲塊主視圖。
[0027]圖2為雙切削金剛石孕鑲塊俯視圖。
[0028]圖3為圖2的A-A剖面示意圖。
[0029]附圖中:1-天然金剛石顆粒，2-燒結層，3-胎體，4-金剛石顆粒，5-孕鑲結塊。
【具體實施方式】
[0030]實施例一:
[0031]一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，燒結層2通過熱壓浸潰燒結工藝將天然金剛石顆粒I包鑲在孕鑲結塊5表面；其中燒結層2組份的質量百分比包括:碳化鎢40%，硬質合金15%，鎳8%，錳7%，銅合金30% ;熱壓浸潰燒結工藝依次包括:
[0032](I).將天然金剛石顆粒1、燒結層2粉末和孕鑲結塊5放入石墨模具對應位置。
[0033](2).加熱并施加壓力，加熱時的升溫速度為100°C /min，施加壓力為15Mpa。
[0034](3).當溫度升至980°C時，在壓力下保溫300秒。
[0035](4).停止加熱，進行冷卻操作。
[0036](5).在壓力下冷卻至720°C，冷卻時的降溫速度為170°C /min。
[0037](6).在無壓下冷卻至室溫,冷卻時的降溫速度為170°C /min。
[0038](7).加工完成，從石墨模具中取出。
[0039]實施例二:
[0040]一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，燒結層2通過熱壓浸潰燒結工藝將天然金剛石顆粒I包鑲在孕鑲結塊5表面；其中燒結層2組份的質量百分比包括:碳化鎢55%，硬質合金20%，鎳5%，錳3%，銅合金17% ;熱壓浸潰燒結工藝依次包括:
[0041](I).將天然金剛石顆粒1、燒結層2粉末和孕鑲結塊5放入石墨模具對應位置。
[0042](2).加熱并施加壓力，加熱時的升溫速度為80°C /min，施加壓力為l_a。
[0043](3).當溫度升至900°C時，在壓力下保溫250秒。
[0044](4).停止加熱，進行冷卻操作。
[0045](5).在壓力下冷卻至700°C，冷卻時的降溫速度為150°C /min。
[0046](6).撤銷壓力冷卻至室溫，冷卻時的降溫速度為150°C/min。
[0047](7).加工完成，從石墨模具中取出。
[0048]實施例三:
[0049]一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，燒結層2通過熱壓浸潰燒結工藝將天然金剛石顆粒I包鑲在孕鑲結塊5表面；其中燒結層2組份的質量百分比包括:碳化鎢30%，硬質合金10%，鎳12%，錳12%，銅合金36% ;熱壓浸潰燒結工藝依次包括:
[0050](I).將天然金剛石顆粒1、燒結層2粉末和孕鑲結塊5放入石墨模具對應位置。
[0051](2).加熱并施加壓力，加熱時的升溫速度為120°C /min，施加壓力為18Mpa。
[0052](3).當溫度升至1100°C時，在壓力下保溫350秒。
[0053](4).停止加熱，進行冷卻操作。
[0054](5).在壓力下冷卻至750°C，冷卻時的降溫速度為180°C /min。
[0055](6).在無壓下冷卻至室溫,冷卻時的降溫速度為180°C /min。
[0056](7).加工完成，從石墨模具中取出。
[0057]所述天然金剛石顆粒I包鑲在孕鑲結塊5表面，并將金剛石顆粒作為第一切削元件，孕鑲結塊5為第二切削元件。所述孕鑲結塊5為金剛石細小顆粒4有序排列在胎體3內。通過熱壓浸潰燒結工藝將有序排列的孕鑲結塊5與天然金剛石顆粒I緊固的粘結與一體，避免了孕鑲金剛石鉆頭工作時孕鑲結塊5出現脫層現象，進而實現了孕鑲金剛石鉆頭的正常工作。且形成了雙層切削結構的有機結合體，達到雙層、階梯切削的目的，從而達到在難鉆地層鉆進中，使具有雙切削結構孕鑲塊的孕鑲金剛石鉆頭長時間保持高破巖效率和延長其使用壽命的目的，井降低了鉆井成本。
【權利要求】
1.一種雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，燒結層(2)通過熱壓浸潰燒結工藝將天然金剛石顆粒(1)包鑲在孕鑲結塊(5)表面；其中燒結層(2)組份的質量百分比包括:碳化鎢30% -55%，硬質合金 10% -20%，鎳 5% -12%，錳 3% -12%，銅合金 17% -36% ;熱壓浸潰燒結工藝依次包括: ①.將天然金剛石顆粒(1)、燒結層(2)粉末和孕鑲結塊(5)放入石墨模具對應位置； ②.加熱并施加壓力，加熱時的升溫速度為80-120°C/min，施加壓力為12_18Mpa ； ③.當溫度升至900-1100°C時，在壓力下保溫250-350秒； ④.停止加熱，進行冷卻操作； ⑤.在壓力下冷卻至700-750°C，冷卻時的降溫速度為150-180°C/min ； ⑥.在無壓下冷卻至室溫，冷卻時的降溫速度為150_180°C/min ； ⑦.加工完成，從石墨模具中取出。
2.如權利要求1所述雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，其特征在于:所述燒結層(2)組分的質量百分比包括:碳化鎢40 %，硬質合金15 %，鎳8 %，錳7 %，銅合金30 %。
3.如權利要求1所述雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，其特征在于:所述熱壓浸潰燒結工藝依次包括: ①.將天然金剛石顆粒(1)、燒結層(2)粉末和孕鑲結塊(5)放入石墨模具對應位置； ②.加熱并施加壓力，加熱時的升溫速度為100°C/min，施加壓力為15Mpa ； ③.當溫度升至980°C時，在壓力下保溫300秒； ④.停止加熱，進行冷卻操作； ⑤.在壓力下冷卻至720°C，冷卻時的降溫速度為170°C/min ； ⑥.在無壓下冷卻至室溫，冷卻時的降溫速度為170°C/min ； ⑦.加工完成，從石墨模具中取出。
4.如權利要求1所述雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，其特征在于:所述天然金剛石顆粒(1)包鑲在孕鑲結塊(5)表面，將天然金剛石顆粒(1)作為第一切削元件，孕鑲結塊(5)為第二切削元件。
5.如權利要求1所述雙切削金剛石孕鑲塊的制造方法，其特征在于:所述孕鑲結塊(5)為金剛石顆粒(4)有序排列在胎體(3)內。
【文檔編號】C22C30/02GK104399992SQ201410559676
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月20日 優先權日:2014年10月20日
【發明者】姚建林, 李巍, 李勇, 馮明, 付曉平, 劉志鵬, 何超, 胡畔, 劉彬, 李偉成 申請人:四川川慶石油鉆采科技有限公司