專利名稱：嵌插鐵絲的高鋒利燒結(jié)式金剛石鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種金剛石鉆頭。
背景技術(shù)：
自推廣金剛石鉆探技術(shù)以來，孕鑲金剛石鉆頭已在煤田、地質(zhì)、石油等地下資源勘 探以及建筑等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。孕鑲金剛石鉆頭工作層是由金剛石和胎體材料組 成的。金剛石的功用是切削碎巖，胎體材料則起著包鑲和支撐金剛石的作用。在鉆探過程 中，孕鑲金剛石鉆頭應(yīng)匹配地層，胎體不斷磨損，金剛石顆粒不斷出刃，以高效破碎和克取 巖石，實現(xiàn)鉆進(jìn)過程。然而，在堅硬致密弱研磨性地層(又稱“打滑”地層)中鉆進(jìn)時，鉆頭普遍存在不 進(jìn)尺和打滑現(xiàn)象，或者能進(jìn)尺但壽命極低的情況。如在石英含量高，結(jié)構(gòu)致密，研磨性弱的 地層中鉆進(jìn)時，巖粉少且顆粒細(xì)，對金剛石胎體磨損甚微，金剛石難以出刃，打滑而不進(jìn)尺， 或進(jìn)尺極慢，時效在0. 1 0. 2m左右，回次進(jìn)尺僅0. 2 0. 5m,鉆頭壽命僅2 3m。鉆進(jìn) 效率低成為鉆進(jìn)堅硬致密弱研磨性巖層一大技術(shù)難題。對解決鉆頭打滑問題，國內(nèi)外有很多研究，如提高金剛石強(qiáng)度、粒度，降低金剛石 濃度，改變胎體耐磨性，優(yōu)化鉆頭底唇面形狀與結(jié)構(gòu)，增加鉆頭水口數(shù)目等等措施。常用的 方法具體為采用金剛石人工出刃方法打磨法、噴砂法、唇面腐蝕法、孔底投砂研磨法、軟胎體 法，弱包鑲法、低金剛石濃度法、異形唇面鉆頭如高低刃、同心圓尖齒法等，另外還有沖擊回 轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝法。前幾種方法是人為應(yīng)急的輔助手段，使金剛石重新出刃，在一定程度上克服 了打滑現(xiàn)象。但操作麻煩，不是根本性的解決辦法；軟胎體法(HRC10 15)需要較高的鉆 壓，而較高的鉆壓容易使胎體變形，金剛石顆粒把持性差，也容易造成井斜；弱包鑲法、低金 剛石濃度法在一定程度上提高了鉆進(jìn)效率，但制約了鉆頭壽命；異形唇面法制作過程相對 復(fù)雜，模具費(fèi)用高；沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝法需要特殊的機(jī)具?？傊@進(jìn)堅硬致密的弱研磨性地層時，鉆頭的鋒利度和壽命始終是一對矛盾。如 果胎體硬度過大或金剛石濃度過高，則金剛石無法出刃，導(dǎo)致鋒利度差，鉆進(jìn)時效低；如果 胎體硬度過小、金剛石濃度過低，則鉆頭壽命大為降低，因此，設(shè)計制作比壓大、自銳能力 強(qiáng)、壽命長的金剛石鉆頭具有重要意義
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種嵌插鐵絲的高鋒利燒結(jié)式金剛石鉆頭，該金剛石 鉆頭具有鋒利度高、壽命長的特點。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采取的技術(shù)方案是嵌插鐵絲的高鋒利燒結(jié)式 金剛石鉆頭，它包括鋼體、孕鑲金剛石體，鋼體為筒體狀，鋼體的下端面與孕鑲金剛石體的 上端面采用熱壓燒結(jié)成一體，孕鑲金剛石體的下端面為金剛石工作唇面，金剛石工作唇面 上布有水口 ；其特征在于金剛石工作唇面內(nèi)沿徑向嵌插有鐵絲。[0009]所述的孕鑲金剛石體的外側(cè)面上嵌插有外保徑聚晶條，孕鑲金剛石體的內(nèi)側(cè)面上 嵌插有內(nèi)保徑聚晶條。本實用新型的有益效果是1.燒結(jié)鉆頭時，鐵絲被嵌插分布在金剛石鉆頭工作唇面上。鉆進(jìn)時，由于鐵絲的快 速磨損，在鉆頭底部(孕鑲金剛石體的工作層)形成凸凹不平的波峰波谷，鉆頭自銳能力增 強(qiáng)，鉆進(jìn)時效高，比常規(guī)效率提高1倍以上。該金剛石鉆頭具有鋒利度高的特點。2.由于鐵絲的嵌入作用，孕鑲金剛石體的其他材料(胎體材料)的力學(xué)指標(biāo)可以 相應(yīng)提高，因此，鉆頭壽命相比較傳統(tǒng)軟胎體或低濃度金剛石孕鑲鉆頭，有了較大幅度的提 高，而成本降低，壽命可提高80%以上，而成本降低35%以上(比較同心尖齒和高低刃鉆 頭)。3.該類鉆頭具有鋒利度高、壽命長，制作簡單，可操作性強(qiáng)的特點。解決了在堅硬 致密弱研磨性地層中鉆進(jìn)時，鉆頭“打滑”問題。應(yīng)用領(lǐng)域由于嵌插鐵絲的高鋒利燒結(jié)式金剛石鉆頭有效地解決了在堅硬致密弱 研磨性地層中鉆進(jìn)時的鉆頭“打滑”問題，又具有鋒利度高、壽命長，制作簡單，可操作性強(qiáng) 的特點。因此，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼮閺V闊，能廣泛應(yīng)用在煤田、地質(zhì)、石油等地下資源勘探以及建 筑等領(lǐng)域，給鉆頭生產(chǎn)方和鉆頭使用方均帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
圖1是本實用新型的主視圖；圖2是圖1中沿A-A線的剖視圖；圖3是圖1中B部放大圖；圖4是本實用新型的立體圖；圖5是本實用新型的制備工藝圖；圖中1_鋼體，2-內(nèi)保徑聚晶條，3-鐵絲，4-外保徑聚晶條，5-水口，6-孕鑲金剛 石體，7-金剛石工作唇面(工作面)。
具體實施方式
如圖1、圖2、圖3、圖4所示，嵌插鐵絲的高鋒利燒結(jié)式金剛石鉆頭，它包括鋼體1、 孕鑲金剛石體6，鋼體1為筒體狀，鋼體1的下端面與孕鑲金剛石體6的上端面采用熱壓燒 結(jié)成一體，孕鑲金剛石體6為筒體狀，孕鑲金剛石體6由工作層(金剛石工作層)和非工作 層組成，工作層位于非工作層的下方，孕鑲金剛石體6的下端面為金剛石工作唇面7，金剛 石工作唇面7上沿圓周均布有水口 5;金剛石工作唇面7內(nèi)沿徑向(即鋼體1的軸向)嵌 插有鐵絲3 (采用12#鐵絲，即直徑為12mm)。所述的孕鑲金剛石體6的外側(cè)面上嵌插有外保徑聚晶條4，孕鑲金剛石體6的內(nèi)側(cè) 面上嵌插有內(nèi)保徑聚晶條2。在燒結(jié)制作孕鑲金剛石鉆頭時，把一定直徑、長度和數(shù)量的鐵絲像鑲嵌保徑聚晶 一樣，嵌插并分布在金剛石工作唇面上。如圖1所示，鐵絲2嵌入鉆頭唇面，其數(shù)量和分布 形式取決于地層硬度和研磨性。其制作燒結(jié)過程為在制作孕鑲金剛石鉆頭的常規(guī)工序基礎(chǔ)上，增加輔助工序(如圖5所示)，即把一定數(shù)量、直徑和長度的鐵絲經(jīng)過裁剪、除銹噴砂、丙酮清洗之后，按一 定分布規(guī)律嵌插在胎體粉末中，并經(jīng)過燒結(jié)，燒結(jié)后鐵絲和胎體粉末結(jié)合形成整體。鐵絲的 數(shù)量、長度、尺寸和分布根據(jù)鉆頭的規(guī)格和適應(yīng)范圍進(jìn)行調(diào)整，略有不同。 工作原理生產(chǎn)的鉆頭，在工作時，分布唇面的點狀鐵絲不直接破壞巖石，它的硬 度與耐磨性比金剛石工作層低得多，很容易被磨損，而唇面其他部位(非工作層)可采用常 規(guī)硬度胎體和相應(yīng)濃度的金剛石。這樣，在鉆進(jìn)過程中，鉆頭底部自動形成凸凹不平的唇 面，具有波峰波谷形狀特征，沖洗液在波峰波谷表面流過時，部分巖屑沒被及時沖走，會加 劇巖屑對胎體的磨損作用，使已磨損的金剛石脫落，出露新的鋒利的金剛石，自銳性好。在 鉆進(jìn)時，該類鉆頭在鉆進(jìn)打滑巖層時，唇面上單位面積壓力大大提高，可以獲得高的鉆進(jìn)速 度，不存在磨銳式鉆頭切削具逐漸變鈍的弱點，具有機(jī)械鉆速高，鉆進(jìn)平穩(wěn)，自銳性好的特 點；同時，由于唇面的其他部分可采取常規(guī)方法，胎體硬度和金剛石濃度可適當(dāng)提高，可極 大地提高了鉆頭的壽命。另外，該制作方法由于嵌入一定體積的鐵絲，節(jié)省了金剛石磨料和 胎體粉末用量。因此，具有很好的實用價值。
權(quán)利要求嵌插鐵絲的高鋒利燒結(jié)式金剛石鉆頭，它包括鋼體(1)、孕鑲金剛石體(6)，鋼體(1)為筒體狀，鋼體(1)的下端面與孕鑲金剛石體(6)的上端面采用熱壓燒結(jié)成一體，孕鑲金剛石體(6)的下端面為金剛石工作唇面(7)，金剛石工作唇面(7)上布有水口(5)；其特征在于金剛石工作唇面(7)內(nèi)沿徑向嵌插有鐵絲(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌插鐵絲的高鋒利燒結(jié)式金剛石鉆頭，其特征在于所述的 孕鑲金剛石體(6)的外側(cè)面上嵌插有外保徑聚晶條(4)，孕鑲金剛石體(6)的內(nèi)側(cè)面上嵌插 有內(nèi)保徑聚晶條(2)。
專利摘要本實用新型涉及一種金剛石鉆頭。嵌插鐵絲的高鋒利燒結(jié)式金剛石鉆頭，它包括鋼體、孕鑲金剛石體，鋼體為筒體狀，鋼體的下端面與孕鑲金剛石體的上端面采用熱壓燒結(jié)成一體，孕鑲金剛石體的下端面為金剛石工作唇面，金剛石工作唇面上布有水口；其特征在于金剛石工作唇面內(nèi)沿徑向嵌插有鐵絲。該金剛石鉆頭具有鋒利度高、壽命長的特點。
文檔編號E21B10/52GK201695954SQ20102023448
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者劉青, 張恒春, 張曉西, 胡郁樂 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)