專利名稱：泥巖層鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種金剛石復合片鉆頭。
技術背景目前，國內在地質巖心鉆探中，通常采用金剛石鉆頭(表鑲和孕鑲)、金剛石PDC (尸Wj/cr"ta^777e "/a/ o;^ C咖pact)復合片鉆頭和硬質合金鉆頭三種類型鉆頭。金剛石鉆頭(表鑲和孕鑲)在胎體材料表面鑲嵌單晶金剛石或胎體中孕鑲單晶金剛石， 采用電鍍法、熱壓燒結法和無壓浸漬法制作。PDC復合片其上部為聚晶金剛石薄層，下部為碳化鎢基片，PDC復合片是PDC鉆頭的切削 元件。PDC復合片鉆頭是將PDC復合片通過釬焊法釬焊到鉆頭胎體或鉆頭鋼體上，或者將復 合片釬焊到硬質合金支撐體上后再鑲焊到鉆頭體上， 一般采用銀基焊料。在地質巖心鉆探中，硬質合金鉆頭采用鎢鈷類柱狀硬質合金為切削具，硬質合金鉆頭的 制作一般是采用鑲焊方法將硬質合金鑲焊到預加工好的鉆頭體上， 一般使用銅焊料。在硬巖地層鉆進一般選用金剛石鉆頭，在軟 中硬地層鉆進一般選用硬質合金鉆頭和 PDC復合片鉆頭。鉆進過程中，當遇到泥巖地層，尤其是成巖度較高的致密泥巖時，普通PDC 復合片鉆頭鉆進效率極低，類似于金剛石鉆頭鉆進硬巖時的"打滑"現象，還易產生"泥包" 鉆頭。所以，普通PDC復合片鉆頭不適用于鉆進泥巖地層。泥巖層鉆進采用較多是硬質合金 鉆頭，但是，當遇到成巖度高、較為致密的泥巖，我們通常稱之為彈塑性泥巖時，硬質合金 鉆頭鉆進就變得較為困難。 一個新的合金鉆頭在起初鉆進30 50cm時，鉆進時效相對較高， 以后大幅減慢，有時小時效率不足lOcm;觀察使用過的合金鉆頭可以發現，合金切削齒的刃 尖有少量磨損；換用新合金鉆頭，上述現象重復發生。因此，致密泥巖層鉆進時效低、成本 高是巖心鉆探中的一大難題。 發明內容本實用新型的目的在于提供一種適用于泥巖地層鉆進、鉆進時效率高、壽命長的泥巖層 鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆頭。為了實現上述目的，本實用新型的技術方案是泥巖層鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆 頭，它涉及鉆頭體、金剛石復合片，金剛石復合片通過銀釬焊法鑲焊在鉆頭體的頂端上構成 切削齒，其特征在于金剛石復合片的上部為尖齒形狀。所述的金剛石復合片的上部尖齒形狀的刃角為60。 120° 。所述的金剛石復合片在鉆頭體上的鑲悍角度a為10 15°負前角。鑲焊角a是指金剛石 復合片在鉆頭體上鑲焊時其切削面相對于鉆頭體軸向的夾角，見圖11所示；a越大有利于 保護切削刃，反之有利于提高鉆速。 所述的金剛石復合片在鉆頭體上的外擺角e為8 10° 。外擺角也稱徑向角，是指金剛 石復合片向后偏離徑向的角度，見圖12所示；它的作用主要是為了加強機械清洗，防止"鉆 頭泥包"，P角使巖屑朝外滑移。所述的金剛石復合片通過銀釬焊法鑲焊在鉆頭體的頂端上為全露式、淺埋式或深埋式結 構形式。所述的切削齒為單環齒或多環齒(含雙環齒)布齒結構形式。 本實用新型具有如下有益效果-1. 采用金剛石復合片的上部為尖齒形狀，采用尖齒形狀(拋光鏡面)的金剛石復合片作 為鉆頭切削具，可以使鉆頭切削產生的巖屑及時隨沖洗液排走，避免泥巖巖屑粘附切削具導 致"泥包"鉆頭或"糊鉆"現象。鉆頭適用于各類泥巖地層，尤其是致密泥巖地層效果更好。2. 將金剛石復合片切割成尖齒形狀，通過人工方法提高切削具的尖銳度，使鉆頭在泥巖 地層鉆進時的時效大增。特別適用于泥巖地層鉆進，且鉆進時效率高。3. 金剛石復合片由于其上面有一薄層聚晶金剛石，其耐磨性比硬質合金要高出許多倍。所以，采用金剛石復合片作為鉆頭切削齒制成的鉆頭在泥巖地層鉆進時，能保持穩定的高時效，而且鉆頭有很長的使用壽命。4. 鉆頭采用尖齒形狀的金剛石復合片作為切削元件，鉆頭設計時讓切削元件有一定角度 的鑲焊角度和外擺角，可以防止在泥巖層鉆進時"泥包"鉆頭或"糊鉆"現象，使鉆頭始終 保持較高的鉆進效率。5. 金剛石復合片構成的切削齒可以設計加工成單環齒或多環齒(含雙環齒)布齒結構形 式，適用于不同鉆孔口徑的鉆頭結構需要。
圖1是本實用新型金剛石復合片形狀(尖齒形狀或稱切割形狀)之一的示意圖圖2是本實用新型金剛石復合片形狀之二的示意圖圖3是本實用新型金剛石復合片形狀之三的示意圖圖4是本實用新型金剛石復合片形狀之四的示意圖圖5是本實用新型金剛石復合片形狀之五的示意圖圖6是本實用新型金剛石復合片形狀之六的示意圖圖7是本實用新型金剛石復合片鑲焊在鉆頭體上全露式的結構示意圖圖8是本實用新型金剛石復合片鑲焊在鉆頭體上淺埋式的結構示意圖圖9是本實用新型金剛石復合片鑲焊在鉆頭體上深埋式的結構示意圖圖10是本實用新型金剛石復合片鑲焊在鉆頭體上1/4結構俯視圖圖ll是金剛石復合片鑲焊角圖圖12是金剛石復合片外擺角圖圖中1-鉆頭體，2-金剛石復合片。
具體實施方式
實施例1:
泥巖層鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆頭，它涉及鉆頭體(或稱鉆頭鋼體、鉆頭胎體) 1、金剛石復合片2，金剛石復合片通過銀釬焊法鑲焊在鉆頭體的頂端上構成切削齒，金剛石 復合片的上部為尖齒形狀(如圖l所示)。金剛石復合片采用拋光鏡面金剛石復合片。如圖1所示，所述的金剛石復合片的上部尖齒形狀的刃角為120° 。如圖7、圖IO所示， 所述的金剛石復合片在鉆頭體上的鑲焊角度a為10°負前角；所述的金剛石復合片在鉆頭體 上的外擺角P為8"。如圖7所示，所述的金剛石復合片通過銀釬焊法鑲焊在鉆頭體的頂端 上為全露式。所述的切削齒為單環齒布齒結構形式。實施例2:泥巖層鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆頭，它涉及鉆頭體、金剛石復合片，金剛石復合 片通過銀釬焊法鑲焊在鉆頭體的頂端上構成切削齒，金剛石復合片的上部為尖齒形狀(如圖 2所示)。金剛石復合片采用拋光鏡面金剛石復合片。如圖2所示，所述的金剛石復合片的上部尖齒形狀的刃角為60。。所述的金剛石復合片在鉆頭體上的鑲焊角度a為15°負前角。所述的金剛石復合片在鉆頭體上的外擺角e為10° 。如圖8所示，所述的金剛石復合片通過銀釬焊法鑲焊在鉆頭體的頂端上為淺埋式結構形 式。如圖2所示，所述的切削齒為雙環齒布齒結構形式。實施例3:泥巖層鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆頭，它涉及鉆頭體、金剛石復合片，金剛石復合 片通過銀釬焊法鑲焊在鉆頭體的頂端上構成切削齒，金剛石復合片的上部為尖齒形狀(如圖3所示)。金剛石復合片采用拋光鏡面金剛石復合片。所述的金剛石復合片的上部尖齒形狀的刃角為9(T 。所述的金剛石復合片在鉆頭體上的鑲焊角度a為12°負前角。所述的金剛石復合片在鉆 頭體上的外擺角P為9。。如圖9所示，所述的金剛石復合片通過銀釬焊法鑲焊在鉆頭體的頂端上為深埋式結構形 式。如圖3所示，所述的切削齒為三環齒布齒結構形式。實施例4:金剛石復合片結構形式如圖4所示。實施例5:金剛石復合片結構形式如圖5所示。實施例6:金剛石復合片結構形式如圖6所示。上述泥巖層鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆頭的制備1、采用拋光鏡面金剛石復合片，采用線切割或激光切割技術將金剛石復合片切割成所設計的尖齒形狀(見圖l-圖6)，尖齒的刃角可根據各地區巖層具體情況在6(T 120°間選擇；切削齒為單環齒或多環齒(含雙環齒)布齒結構形式(鉆頭唇面布齒形式)；金剛石復合片在鉆頭體上的固齒方式有全露式、淺埋式和深埋式三種；金剛石復合片在鉆頭體上的鑲焊角 度a為10 15。負前角；金剛石復合片在鉆頭體上的外擺角e為8 10。。由于切割后的金剛石復合片形狀像老鼠牙齒，鉆頭因此而得名(泥巖層鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆頭)。 將金剛石復合片切割成尖齒形狀，通過人工方法提高切削具的尖銳度，使鉆頭在泥巖層鉆進
時的時效大增。可以根據不同類型的泥巖地層，將金剛石復合片切割成不同要求的形狀，制 作成所需要的專用鉆頭。2、切割后的金剛石復合片通過銀釬焊法鑲焊到鉆頭體上，加熱方式主要采用氧氣—— 乙炔加熱或高頻加熱。焊料選用312銀焊料，釬焊劑選用102或者103銀焊劑，釬焊溫度650 。C，預壓力1Kg。巖心鉆探生產中經常會遇到泥巖地層，而一般鉆頭在這類地層中(尤其是致密泥巖層) 鉆進效率低、易產生"泥包"鉆頭或"糊鉆"現象、鉆探成本高。本實用新型中的鉆頭在切 削具的選擇、切削具結構形狀、鉆頭設計思想、鉆頭結構設計及工作機理方面不同于目前使 用的普通類型鉆頭，它克服了一般鉆頭在泥巖層鉆進時的各種缺點，鉆進時效率高、壽命長。 在寧夏、甘肅、內蒙古和黑龍江地區對O104國"鼠齒式"PDC復合片取心鉆頭進行了小批量 的生產試驗，徹底解決了困擾生產單位多年的泥巖層鉆進效率低、鉆探成本高的難題，鉆頭 平均壽命400米以上，平均小時效率3.5米，鉆頭最高壽命超過700米。
權利要求1.泥巖層鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆頭，它涉及鉆頭體、金剛石復合片，金剛石復合片通過銀釬焊法鑲焊在鉆頭體的頂端上構成切削齒，其特征在于金剛石復合片的上部為尖齒形狀。
2. 根據權利要求1所述的泥巖層鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆頭，其特征在于所述的金剛石復合片的上部尖齒形狀的刃角為6(T 120° 。
3. 根據權利要求1所述的泥巖層鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆頭，其特征在于所述的金剛石復合片在鉆頭體上的鑲焊角度a為10 15°負前角。
4. 根據權利要求1所述的泥巖層鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆頭，其特征在于所 述的金剛石復合片在鉆頭體上的外擺角e為8 10。。
5. 根據權利要求1所述的泥巖層鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆頭，其特征在于所述的金剛石復合片通過銀釬焊法鑲焊在鉆頭體的頂端上為全露式、淺埋式或深埋式結構形 式。
6. 根據權利要求1所述的泥巖層鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆頭，其特征在于所述的切削齒為單環齒或多環齒布齒結構形式。
專利摘要本實用新型涉及一種金剛石復合片鉆頭。泥巖層鉆進鼠齒式金剛石復合片取心鉆頭，它涉及鉆頭體、金剛石復合片，金剛石復合片通過銀釬焊法鑲焊在鉆頭體的頂端上構成切削齒，其特征在于金剛石復合片的上部為尖齒形狀。本實用新型適用于泥巖地層鉆進，具有鉆進時效率高、壽命長的特點。
文檔編號E21B10/48GK201031624SQ20072008471
公開日2008年3月5日 申請日期2007年5月17日 優先權日2007年5月17日
發明者劉曉陽, 段隆臣 申請人:中國地質大學(武漢)