專利名稱：一種石油鉆探用金剛石鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到一種石油鉆探用金剛石鉆頭，它包括金剛石切削單元、鉆頭胎體和鋼體，適用于石油取心鉆探鉆進(jìn)硬巖、堅(jiān)硬巖層及軟硬互層。
石油鉆探中廣泛采用天然表鑲金剛石鉆頭，但由于表鑲天然金剛石鉆頭在鉆進(jìn)硬、堅(jiān)硬巖層時，刃尖很快被磨損，并易崩裂，使其過早喪失工作能力。對此，比利時DIAMANT BOART公司推出LX型錐形天然金剛石孕鑲燒結(jié)體鑲嵌階梯式鉆頭，用于渦輪高轉(zhuǎn)速條件下鉆進(jìn)軟一中硬巖層；美國CHRISTENSEN、比利時BOART等公司推出了浸漬燒結(jié)天然金剛石孕鑲圓弧形鉆頭，鉆進(jìn)研磨性較強(qiáng)的地層；聯(lián)邦德國EASTMAN公司公開一種SC279/D5RO鑲釬式人造金剛石孕鑲圓弧形鉆頭，該鉆頭由金剛石切削單元、鉆頭胎體和鋼體組成，其切削單元是唇面呈弧狀的孕鑲?cè)嗽旖饎偸療釅簾Y(jié)塊，逐個釬焊在鉆頭體上，適于鉆進(jìn)中等研磨性地層，在鉆進(jìn)研磨性較低的軟硬互層時，鉆頭不易出刃?，F(xiàn)有上述鉆頭結(jié)構(gòu)均為單一碎巖形式，或?yàn)閿D壓犁掘，或是表面磨削，所以必需依所鉆進(jìn)巖層嚴(yán)格選擇鉆頭，否則將影響鉆進(jìn)效率和成本，本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)碎巖形式單一的不足之處，而提供一種既有磨削作用，又可產(chǎn)生擠壓犁掘作用的圓弧梯形齒結(jié)構(gòu)鉆頭，使其在鉆進(jìn)硬巖、堅(jiān)硬巖層及軟、硬互層中，均有良好的鉆進(jìn)效果，從而降低鉆進(jìn)成本。
本實(shí)用新型的目的可以采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)，它包括金剛石切削單元、鉆頭胎體和鋼體，金剛石切削單元鑲釬在燒結(jié)于鉆頭鋼體上的鉆頭胎體上，其特殊之處是，金剛石切削單元是同心環(huán)梯形齒燒結(jié)體，梯形齒的頂面構(gòu)成鉆頭的弧狀唇面，切削單元金剛石孕鑲層的兩側(cè)和底部是焊接層，齒部有補(bǔ)強(qiáng)金剛石，不同齒數(shù)的切削單元相間、交錯排列，其間置有似三角錐體形的外緣切削具。
本實(shí)用新型的目的還可以通過下述其它措施來表達(dá)，金剛石切削單元依鉆頭口徑的變化，其寬度為8.6-15mm；梯形齒頂寬為1.8-2.5mm，齒底寬為3.5-5mm，齒高為2.5-3.5mm，齒槽寬為1.8-2.5mm；金剛石切削單元兩側(cè)焊接層的厚度為0.2-1mm，底部焊接層厚度為0.5-2mm；齒形部位金剛石的濃度為90-120％，并置有φ1.5人造金剛石聚晶或25-60SPC天然金剛石補(bǔ)強(qiáng)；梯形齒頂面構(gòu)成鉆頭弧狀唇面，其半徑是唇面厚度的0.5-0.85；不同齒數(shù)切削單元之間沿唇面外緣置有似三角錐形外緣切削具的外緣寬度為6-10mm，徑向長度為胎體厚度的1/4-1/3，出露于胎體唇面的高度比切削單元小2-4mm。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)切削單元呈梯形齒弧面結(jié)構(gòu)，弧狀齒面與巖層自然磨損弧度相適應(yīng)，在鉆進(jìn)軟巖時具有犁掘作用，由于不同齒數(shù)的切削單元相間交錯排列，在犁掘作用的同時也產(chǎn)生擠壓作用，提高碎巖效率；在鉆進(jìn)硬巖及堅(jiān)硬巖層時，由于相間交錯排列的切削單元，唇面構(gòu)成近似完全復(fù)蓋的切削面，既保證了鉆進(jìn)磨削破碎的環(huán)狀面積，又增加了磨削破碎比壓，從而實(shí)現(xiàn)良好的鉆進(jìn)效率；本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)形式，克服了現(xiàn)有鉆頭的單一碎巖形式，使之依地層的變化而改變碎巖形式，或是犁掘擠壓，或是磨削，均有較高的鉆進(jìn)效率。同時，由于本實(shí)用新型采取切削單元齒形部位增加金剛石濃度和置有補(bǔ)強(qiáng)金剛石，提高了抗磨及碎巖性能，加之增設(shè)外緣切削具，既增加了鉆頭的保徑作用，又可控制鉆井液流，從而保證了鉆頭的壽命。故而本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣，鉆進(jìn)效率高、鉆進(jìn)壽命長等特點(diǎn)，從而達(dá)到降低鉆進(jìn)成本之目的。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述


圖1是圓弧梯形齒鑲釬式石油取心鉆頭結(jié)構(gòu)剖面頭；圖2是
圖1的附視圖；圖3是鉆頭切削單元結(jié)構(gòu)圖。
圖1表述了本實(shí)用新型的典型結(jié)構(gòu)，鉆頭胎體2用浸漬燒結(jié)法固結(jié)在鉆頭鋼體5上，其上留有內(nèi)水槽3和外水槽4，并留有鑲釬金剛石切削單元1的鑲釬槽，槽與切削單元的間隙為0.08-0.2mm，鉆頭胎體2的唇面呈弧形，其半徑與切削單元1的弧狀唇面半徑相一致，切削單元1呈同心環(huán)梯形齒弧狀頂面結(jié)構(gòu)，其鑲釬于胎體的深度為0.5-2mm。
圖2是
圖1的附視圖，具體表述了鉆頭唇面結(jié)構(gòu)，不同齒數(shù)的切削單元1-1，1-2相間交錯排列，其齒頂面近似完全復(fù)蓋，以適應(yīng)鉆進(jìn)不同地層時產(chǎn)生不同的碎巖方式。在切削單元間置有外緣切削具6，其呈似三角錐體形，外緣寬度為6-10mm，徑向長度為胎體2厚度的1/4-1/3，高度比切削單元小2-4mm，當(dāng)用熱穩(wěn)定金剛石時，可與鉆頭胎體浸漬燒結(jié)同時成型，若使用單晶人造金剛石，可與切削單元同時鑲釬。
圖3是鉆頭切削單元結(jié)構(gòu)圖，每個切削單元均是同心環(huán)梯形齒，齒頂面呈弧狀的燒結(jié)體，梯形齒的齒頂寬為1.8-2.5mm，齒底寬為3.5-5mm，齒高為2.5-3.5mm，齒槽寬為1.8-2.5mm。切削單元由兩側(cè)焊接層7、底部焊接層10、含金剛石層8、無金剛石層9、補(bǔ)強(qiáng)金剛石11組成。含金剛石層與無金剛石層的接合面弧形，與齒頂弧形面一致，其半徑是鉆頭唇面寬度的0.5-0.85，組份有WC、W2C和Ni、Cu、Co、Mn，配比為(WC+W2C)∶(Ni+Cu+Co+Mn)＝＝(55-70)∶(45-30)。含金剛石層8的厚度為5.5-8.5mm，其金剛石濃度為90-120％，金剛石可用36-60目人造金剛石或20-46目細(xì)粒天然金剛石。兩側(cè)及底部焊接層7、10由Wc、Ni、Cu、Co等成份組成，配比為Wc∶(Ni+Cu+Co)＝(50-65)∶(50-35)，兩側(cè)焊接層7厚為0.2-1mm，底部焊接層10厚為0.5-2mm。切削單元齒部及兩端均布有補(bǔ)強(qiáng)金剛石11是φ1.5-2人造金剛石聚晶，也可用25-60SPC天然金剛石。
圖1為說明書摘要附圖。
權(quán)利要求1.一種石油鉆探用金剛石鉆頭，包括金剛石切削單元、鉆頭胎體和鋼體，金剛石切削單元鑲釬在燒結(jié)于鉆頭鋼體上的鉆頭胎體上，其特征在于金剛石切削單元是同心環(huán)梯形齒燒結(jié)體，梯形齒的頂面構(gòu)成鉆頭的弧狀唇面，切削單元金剛石孕鑲層的兩側(cè)和底部是焊接層，齒部有補(bǔ)強(qiáng)金剛石，不同齒數(shù)的切削單元相間、交錯排列，其間置有似三角錐體形的外緣切削具。
2.按權(quán)利要求1所述的石油鉆探用金剛石鉆頭，其特征在于金剛石切削單元寬度為8.6-15mm。
3.按權(quán)利要求1所述的石油鉆探用金剛石鉆頭，其特征在于金剛石切削單元，梯形齒頂寬為1.8-2.5mm，齒底寬3.5-5mm，齒高為2.5-3.5mm，齒槽寬為1.8-2.5mm。
4.按權(quán)利要求1所述的石油鉆探用金剛石鉆頭，其特征在于金剛石切削單元兩側(cè)焊接層的厚度為0.2-1mm，底部焊接層厚度為0.5-2mm。
5.按權(quán)利要求1所述的石油鉆探用金剛石鉆頭，其特征在于金剛石切削單元齒形部位金剛石的濃度為90-120％。
6.按權(quán)利要求1所述的石油鉆探用金剛石鉆頭，其特征在于金剛石切削單元齒部補(bǔ)強(qiáng)金剛石是φ1.5-2人造金剛石聚晶。
7.按權(quán)利要求1所述的石油鉆探用金剛石鉆頭，其特征在于金剛石切削單元齒部補(bǔ)強(qiáng)金剛石是25-60SPC天然金剛石。
8.按權(quán)利要求1所述的石油鉆探用金剛石鉆頭，其特征在于鉆頭弧狀唇面半徑為唇面厚度的0.5-0.85。
9.按權(quán)利要求1所述的石油鉆探用金剛石鉆頭，其特征在于三角錐體形外緣切削具外緣寬度為6-10mm，徑向長度為胎體厚度的1/4-1/3，出露于胎體唇面的高度比切削單元小2-4mm。
專利摘要一種石油鉆探用金剛石鉆頭，它包括金剛石切削單元、鉆頭胎體和鋼體，適用于石油取心鉆探鉆進(jìn)硬巖、堅(jiān)硬巖層及軟硬互層。金剛石切削單元是同心環(huán)梯形齒燒結(jié)體，齒頂面形成弧形鉆頭唇面，齒部置有補(bǔ)強(qiáng)金剛石，不同齒數(shù)切削單元相間交錯排列，其間設(shè)有外緣切削具。在鉆進(jìn)軟硬不同地層時，可以產(chǎn)生不同的碎巖方式，具有適用范圍廣、鉆進(jìn)效率高、鉆進(jìn)壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號E21B10/46GK2078789SQ9022526
公開日1991年6月12日 申請日期1990年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月3日
發(fā)明者羅偉棠, 方秀清, 楊世偉, 童運(yùn)桐, 賈美玲 申請人:地質(zhì)礦產(chǎn)部探礦工程研究所