专利名称：带有组合支柱的金刚石复合片钻头及制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉金刚石复合片钻头，特别无芯金刚石复合片钻头及该种钻头的制作工艺。
背景技术：
金刚石复合片(PDC)钻头这些年来被广泛应用于石油、探采、地质勘探、水利水电施工、路桥施工、矿山开采等领域。PDC钻头一般可分为取芯钻头和无芯钻头。对于无芯钻头来说，在制造过程中由于其部位受到限制难以加工PCD焊接面，或因特殊需要，经常采用在PDC钻头基体上安装由硬质合金制成的支柱作为PDC焊接支持体。即将硬质合金支柱焊接或用过盈配合方式压入钻头基体内。这种方法虽然解决了PDC钻头制造过程中的不少难题，但也存在许多不足。1、作为支持体的硬质合金支柱成本很高；2、焊接强度有限，经常发生脱焊、脱落事故；3、硬质合金支柱在钻头基体上方位角度难以控制，影响钻头精度和钻探效率；4、硬质合金支柱的直径往往比PDC直径大2-3毫米，钻进较硬地层时，影响效率较为严重；5、单个支柱安装生产效率低。
(三)技术内容针对上述存在的缺陷，本发明提供了带有组合支柱的金刚石复合片钻头和该种钻头的制作工艺。
为了实现所述的目的本发明依据了如下的技术方案。带有组合支柱的金刚石复合片钻头，为PDC无芯钻头，由钻头体和位于钻头体特定部位的组合支柱组成，所述的钻头体主要为钢体式和胎体式或胎钢体式；所述的组合支柱包括支柱、位于支柱上的支撑胎体、固定在支撑胎体上的PDC和贯穿支柱本体的进水眼。
所述的特定部位指钻头体中部或钻头体钢体上需要安装支柱的部位。
在PDC与支柱之间设置PDC座。
带有组合支柱的金刚石复合片钻头制作工艺如下所述先用公知的方法制作出PDC钻头体，在所述的钻头体的特定部位预留出放置组合支柱的空间，然后将加工好的组合支柱固定在所述PDC钻头体上，最后将PDC固定在组合支柱的支撑胎体上。
组合支柱以过盈配合方法压入钻头体上，或以螺纹连接的方式固定在钻头体上，或以焊接方式固定在钻头体上。
所述的组合支柱的制作工艺如下所述根据设计要求加工石墨模具和钢体，将钢体放置在石墨模具内，并加入胎体粉沫材料、粘结合金及硼砂混合材料，然后将模具组件送入烧结炉内加热至950℃～1200℃并保温10～60分钟，降温至850℃以下时出炉，200℃以下退模，退模后按要求将支柱加工成所需要的尺寸及几何形状，并在支柱本体上加工进水眼即得组合支柱。
综上所述，本发明的优越之处在于1、成本低；2、组合支柱与钻头基体的接触面大，焊接、压入或螺纹连接后的强度高，不易脱落或脱焊；3、每个PDC焊接位置的方位角度十分精确，极大的提高了钻头的整体质量；4、每个PDC焊接位置的后支撑体与PDC直径相同，不会影响钻井效率；5、组合支柱是单独组装的，制作工艺简单；6、一次性组装两个或更多支柱，提高了制造效率。
图1为原来无芯式钻头的立体结构示意图。
图2为本发明钻头体及组合支柱的立体结构示意图。
图3为本发明组合支柱的立体结构示意图。
图4为本发明石墨模具及组件的加工图。
具体实施方式
本发明的具体结构参见图2、图3。该带有组合支柱的金刚石复合片钻头是针对无芯钻头而言的。无芯钻头由已公开的现有PDC钻头1及位于钻头体特定部位，例如中部、侧部等的组合支柱2两部分组成。已制作好的组合支柱可以焊接在PDC钻头体的特定部位，或用过盈配合方法压入PDC钻头体内，或用螺纹联接与钻头体固定都可以。所述的组合支柱包括支柱2、位于支柱本体上的支撑胎体3、固定在胎体上的PDC5和贯穿支柱本体的进水眼4。在PDC5与支柱2之间设置与PDC配合的PDC座6。
上述带有组合支柱的金刚石复合片钻头的制作工艺如下先用公知的方法制作PDC钻头体，在所述的钻头体的特定部位预留出放置组合支柱2的空间，然后将加工好的组合支柱2固定在所述PDC钻头体上，最后将PDC5固定在组合支柱的支撑胎体3上。
组合支柱以过盈配合方法压入钻头体上；或者以螺纹连接的方式固定在钻头体上；或者以焊接方式固定在钻头体上。
所述的组合支柱的制作工艺如下所述根据设计要求加工石墨模具7和钢体8，在钢体8上加工贯通钢体本体的孔9钢体放置在石墨模具内，并向孔9内加入胎体粉沫材料、粘结合金上覆盖硼砂层10；模具组件送入烧结炉内加热至950℃～1200℃并保温10～60分钟，降温至850℃以下时出炉，200℃以下退模；退模后按要求加工支柱的几何形状及所需要的尺寸、进水眼4即得带组合支柱。
实施例带有组合支柱的金刚石复合片钻头的制作工艺。
(1)组合支柱的制作工艺根据设计需要加工石墨模具7和钢体8，在钢体上加工贯通钢体本体的两个或者两个以上的孔9；把钢体组装在石墨模具7内，并向位于模具内的钢体孔9内装入胎体材料，如铸造W2C、WC、C0、Ni的混合物，继续向石墨模具7内加入粘结合金并覆盖硼砂层10，其粘结合金为铜、镍、锰合金；将模具组件送入烧结炉(电阻炉或感应炉)内，加热至950℃～1200℃并保温10～60分钟，降温至850℃以下时出炉，200℃以下退模；退模后按要求将支柱加工成所需要的几何形状和尺寸，并在钢体上钻进水眼4组合支柱制作完成。
(2)钻头体的制作工艺可以使用公知无压浸渍法、本申请人已申请的热压法制作的钻头体或者直接采用钢体式钻头体。并在钻头体固定组合支柱2的位置上预留出放置组合支柱所占空间。
(3)组合支柱2以过盈配合方式压入钻头体上；或者螺纹连接的方式固定在钻头体上。或者以焊接方式固定在钻头体上。
(4)将PDC焊接在组合支柱上。
通过其上所述，在组合支柱上可以制作两个或两个以上的PDC焊接胎体位置，用在取代两个或两个以上作为PDC支撑体硬质合金支柱。
权利要求
1.带有组合支柱的金刚石复合片钻头，为PDC无芯钻头，其特征在于在钻头体(1)的特定部位固定组合支柱(2)。
2.如权利要求1所述的带有组合支柱的金刚石复合片钻头，其特征在于所述的特定部位指钻头体中部或钻头体需要加装支柱的部位。
3.如权利要求1所述的带有组合支柱的金刚石复合片钻头，其特征在于所述的组合支柱主要由支柱(2)、固定在支柱(2)本体上的支撑胎体(3)、固定在支撑胎体(3)上的PDC(5)组成，在支柱(2)上还设置有贯通支柱本体的进水眼(4)。
4.如权利要求2所述的带有组合支柱的金刚石复合片钻头，其特征在于在PDC(5)与支柱(2)之间设置PDC座(6)。
5.如权利要求1、2、3、4所述的带有组合支柱的金刚石复合片钻头的制作工艺，其特征在于先用公知的方法制作出PDC钻头体(1)，在所述的钻头体(1)的特定部位预留出放置组合支柱(2)的空间，然后将加工好的组合支柱(2)固定在所述PDC钻头体(1)上，最后将PDC(5)固定在组合支柱的支撑胎体(3)上。
6.如权利要求5所述的制作工艺，其特征在于组合支柱(2)以过盈配合方法压入PDC钻头体(1)上。
7.如权利要求5所述的制作工艺，其特征在于组合支柱(2)以螺纹连接的方式固定在PDC钻头体(1)上。
8.如权利要求5所述的制作工艺，其特征在于组合支柱(2)以焊接方式固定在PDC钻头体(1)上。
9.如权利要求5所述的制作工艺，其特征在于所述的组合支柱(2)的制作工艺如下所述1)根据设计要求加工石墨模具(7)和组合支柱的钢体(8)；2)钢体(8)放置在石墨模具(7)内，并孔(9)内加入胎体粉沫材料、粘结合金并覆盖硼砂层(10)；3)将步骤2)中的模具组件送入烧结炉内加热至950℃～1200℃并保温10～60分钟，降温至850℃以下时出炉，在200℃以下退模；4)退模后按要求加工支柱钢体(2)的几何形状及所需要的尺寸。
全文摘要
本发明涉及带有组合支柱的金刚石复合片钻头及钻头制作工艺，该钻头为PDC无芯钻头，在钻头体(1)的特定部位固定组合支柱(2)；所述的组合支柱主要由支柱(2)、固定在支柱(2)本体上的支撑胎体(3)、固定在支撑胎体(3)上的PDC(5)组成，在支柱(2)上还设置有贯通支柱本体的进水眼(4)并在PDC(5)与支柱(2)之间设置PDC座(6)。所述的制作工艺，是先用公知的方法制作出PDC钻头体(1)，在所述的钻头体(1)的特定部位预留出放置组合支柱(2)的空间，然后将加工好的组合支柱(2)固定在所述PDC钻头体(1)上，最后将PDC(5)固定在组合支柱的支撑胎体(3)上。本发明的优越性为成本低；组合支柱与钢体之间连接的强度高，不易脱落或脱焊；极大的提高了钻头的整体质量；不会影响钻井效率；制作工艺简单；提高了制造效率。
文档编号E21B10/46GK1858396SQ20061001789
公开日2006年11月8日 申请日期2006年6月6日 优先权日2006年6月6日
发明者阎冠欣, 刘克林, 张志罡, 马明旺, 万艳丽 申请人:阎冠欣