专利名称：泥岩层钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种金刚石复合片钻头。
技术背景目前，国内在地质岩心钻探中，通常采用金刚石钻头(表镶和孕镶)、金刚石PDC (尸Wj/cr"ta^777e "/a/ o;^ C咖pact)复合片钻头和硬质合金钻头三种类型钻头。金刚石钻头(表镶和孕镶)在胎体材料表面镶嵌单晶金刚石或胎体中孕镶单晶金刚石， 采用电镀法、热压烧结法和无压浸渍法制作。PDC复合片其上部为聚晶金刚石薄层，下部为碳化钨基片，PDC复合片是PDC钻头的切削 元件。PDC复合片钻头是将PDC复合片通过钎焊法钎焊到钻头胎体或钻头钢体上，或者将复 合片钎焊到硬质合金支撑体上后再镶焊到钻头体上， 一般采用银基焊料。在地质岩心钻探中，硬质合金钻头采用钨钴类柱状硬质合金为切削具，硬质合金钻头的 制作一般是采用镶焊方法将硬质合金镶焊到预加工好的钻头体上， 一般使用铜焊料。在硬岩地层钻进一般选用金刚石钻头，在软 中硬地层钻进一般选用硬质合金钻头和 PDC复合片钻头。钻进过程中，当遇到泥岩地层，尤其是成岩度较高的致密泥岩时，普通PDC 复合片钻头钻进效率极低，类似于金刚石钻头钻进硬岩时的"打滑"现象，还易产生"泥包" 钻头。所以，普通PDC复合片钻头不适用于钻进泥岩地层。泥岩层钻进采用较多是硬质合金 钻头，但是，当遇到成岩度高、较为致密的泥岩，我们通常称之为弹塑性泥岩时，硬质合金 钻头钻进就变得较为困难。 一个新的合金钻头在起初钻进30 50cm时，钻进时效相对较高， 以后大幅减慢，有时小时效率不足lOcm;观察使用过的合金钻头可以发现，合金切削齿的刃 尖有少量磨损；换用新合金钻头，上述现象重复发生。因此，致密泥岩层钻进时效低、成本 高是岩心钻探中的一大难题。 发明内容本实用新型的目的在于提供一种适用于泥岩地层钻进、钻进时效率高、寿命长的泥岩层 钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻头。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是泥岩层钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻 头，它涉及钻头体、金刚石复合片，金刚石复合片通过银钎焊法镶焊在钻头体的顶端上构成 切削齿，其特征在于金刚石复合片的上部为尖齿形状。所述的金刚石复合片的上部尖齿形状的刃角为60。 120° 。所述的金刚石复合片在钻头体上的镶悍角度a为10 15°负前角。镶焊角a是指金刚石 复合片在钻头体上镶焊时其切削面相对于钻头体轴向的夹角，见图11所示；a越大有利于 保护切削刃，反之有利于提高钻速。 所述的金刚石复合片在钻头体上的外摆角e为8 10° 。外摆角也称径向角，是指金刚 石复合片向后偏离径向的角度，见图12所示；它的作用主要是为了加强机械清洗，防止"钻 头泥包"，P角使岩屑朝外滑移。所述的金刚石复合片通过银钎焊法镶焊在钻头体的顶端上为全露式、浅埋式或深埋式结 构形式。所述的切削齿为单环齿或多环齿(含双环齿)布齿结构形式。 本实用新型具有如下有益效果-1. 采用金刚石复合片的上部为尖齿形状，采用尖齿形状(抛光镜面)的金刚石复合片作 为钻头切削具，可以使钻头切削产生的岩屑及时随冲洗液排走，避免泥岩岩屑粘附切削具导 致"泥包"钻头或"糊钻"现象。钻头适用于各类泥岩地层，尤其是致密泥岩地层效果更好。2. 将金刚石复合片切割成尖齿形状，通过人工方法提高切削具的尖锐度，使钻头在泥岩 地层钻进时的时效大增。特别适用于泥岩地层钻进，且钻进时效率高。3. 金刚石复合片由于其上面有一薄层聚晶金刚石，其耐磨性比硬质合金要高出许多倍。所以，采用金刚石复合片作为钻头切削齿制成的钻头在泥岩地层钻进时，能保持稳定的高时效，而且钻头有很长的使用寿命。4. 钻头采用尖齿形状的金刚石复合片作为切削元件，钻头设计时让切削元件有一定角度 的镶焊角度和外摆角，可以防止在泥岩层钻进时"泥包"钻头或"糊钻"现象，使钻头始终 保持较高的钻进效率。5. 金刚石复合片构成的切削齿可以设计加工成单环齿或多环齿(含双环齿)布齿结构形 式，适用于不同钻孔口径的钻头结构需要。
图1是本实用新型金刚石复合片形状(尖齿形状或称切割形状)之一的示意图图2是本实用新型金刚石复合片形状之二的示意图图3是本实用新型金刚石复合片形状之三的示意图图4是本实用新型金刚石复合片形状之四的示意图图5是本实用新型金刚石复合片形状之五的示意图图6是本实用新型金刚石复合片形状之六的示意图图7是本实用新型金刚石复合片镶焊在钻头体上全露式的结构示意图图8是本实用新型金刚石复合片镶焊在钻头体上浅埋式的结构示意图图9是本实用新型金刚石复合片镶焊在钻头体上深埋式的结构示意图图10是本实用新型金刚石复合片镶焊在钻头体上1/4结构俯视图图ll是金刚石复合片镶焊角图图12是金刚石复合片外摆角图图中1-钻头体，2-金刚石复合片。
具体实施方式
实施例1:
泥岩层钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻头，它涉及钻头体(或称钻头钢体、钻头胎体) 1、金刚石复合片2，金刚石复合片通过银钎焊法镶焊在钻头体的顶端上构成切削齿，金刚石 复合片的上部为尖齿形状(如图l所示)。金刚石复合片采用抛光镜面金刚石复合片。如图1所示，所述的金刚石复合片的上部尖齿形状的刃角为120° 。如图7、图IO所示， 所述的金刚石复合片在钻头体上的镶焊角度a为10°负前角；所述的金刚石复合片在钻头体 上的外摆角P为8"。如图7所示，所述的金刚石复合片通过银钎焊法镶焊在钻头体的顶端 上为全露式。所述的切削齿为单环齿布齿结构形式。实施例2:泥岩层钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻头，它涉及钻头体、金刚石复合片，金刚石复合 片通过银钎焊法镶焊在钻头体的顶端上构成切削齿，金刚石复合片的上部为尖齿形状(如图 2所示)。金刚石复合片采用抛光镜面金刚石复合片。如图2所示，所述的金刚石复合片的上部尖齿形状的刃角为60。。所述的金刚石复合片在钻头体上的镶焊角度a为15°负前角。所述的金刚石复合片在钻头体上的外摆角e为10° 。如图8所示，所述的金刚石复合片通过银钎焊法镶焊在钻头体的顶端上为浅埋式结构形 式。如图2所示，所述的切削齿为双环齿布齿结构形式。实施例3:泥岩层钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻头，它涉及钻头体、金刚石复合片，金刚石复合 片通过银钎焊法镶焊在钻头体的顶端上构成切削齿，金刚石复合片的上部为尖齿形状(如图3所示)。金刚石复合片采用抛光镜面金刚石复合片。所述的金刚石复合片的上部尖齿形状的刃角为9(T 。所述的金刚石复合片在钻头体上的镶焊角度a为12°负前角。所述的金刚石复合片在钻 头体上的外摆角P为9。。如图9所示，所述的金刚石复合片通过银钎焊法镶焊在钻头体的顶端上为深埋式结构形 式。如图3所示，所述的切削齿为三环齿布齿结构形式。实施例4:金刚石复合片结构形式如图4所示。实施例5:金刚石复合片结构形式如图5所示。实施例6:金刚石复合片结构形式如图6所示。上述泥岩层钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻头的制备1、采用抛光镜面金刚石复合片，采用线切割或激光切割技术将金刚石复合片切割成所设计的尖齿形状(见图l-图6)，尖齿的刃角可根据各地区岩层具体情况在6(T 120°间选择；切削齿为单环齿或多环齿(含双环齿)布齿结构形式(钻头唇面布齿形式)；金刚石复合片在钻头体上的固齿方式有全露式、浅埋式和深埋式三种；金刚石复合片在钻头体上的镶焊角 度a为10 15。负前角；金刚石复合片在钻头体上的外摆角e为8 10。。由于切割后的金刚石复合片形状像老鼠牙齿，钻头因此而得名(泥岩层钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻头)。 将金刚石复合片切割成尖齿形状，通过人工方法提高切削具的尖锐度，使钻头在泥岩层钻进
时的时效大增。可以根据不同类型的泥岩地层，将金刚石复合片切割成不同要求的形状，制 作成所需要的专用钻头。2、切割后的金刚石复合片通过银钎焊法镶焊到钻头体上，加热方式主要采用氧气—— 乙炔加热或高频加热。焊料选用312银焊料，钎焊剂选用102或者103银焊剂，钎焊温度650 。C，预压力1Kg。岩心钻探生产中经常会遇到泥岩地层，而一般钻头在这类地层中(尤其是致密泥岩层) 钻进效率低、易产生"泥包"钻头或"糊钻"现象、钻探成本高。本实用新型中的钻头在切 削具的选择、切削具结构形状、钻头设计思想、钻头结构设计及工作机理方面不同于目前使 用的普通类型钻头，它克服了一般钻头在泥岩层钻进时的各种缺点，钻进时效率高、寿命长。 在宁夏、甘肃、内蒙古和黑龙江地区对O104國"鼠齿式"PDC复合片取心钻头进行了小批量 的生产试验，彻底解决了困扰生产单位多年的泥岩层钻进效率低、钻探成本高的难题，钻头 平均寿命400米以上，平均小时效率3.5米，钻头最高寿命超过700米。
权利要求1.泥岩层钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻头，它涉及钻头体、金刚石复合片，金刚石复合片通过银钎焊法镶焊在钻头体的顶端上构成切削齿，其特征在于金刚石复合片的上部为尖齿形状。
2. 根据权利要求1所述的泥岩层钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻头，其特征在于所述的金刚石复合片的上部尖齿形状的刃角为6(T 120° 。
3. 根据权利要求1所述的泥岩层钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻头，其特征在于所述的金刚石复合片在钻头体上的镶焊角度a为10 15°负前角。
4. 根据权利要求1所述的泥岩层钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻头，其特征在于所 述的金刚石复合片在钻头体上的外摆角e为8 10。。
5. 根据权利要求1所述的泥岩层钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻头，其特征在于所述的金刚石复合片通过银钎焊法镶焊在钻头体的顶端上为全露式、浅埋式或深埋式结构形 式。
6. 根据权利要求1所述的泥岩层钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻头，其特征在于所述的切削齿为单环齿或多环齿布齿结构形式。
专利摘要本实用新型涉及一种金刚石复合片钻头。泥岩层钻进鼠齿式金刚石复合片取心钻头，它涉及钻头体、金刚石复合片，金刚石复合片通过银钎焊法镶焊在钻头体的顶端上构成切削齿，其特征在于金刚石复合片的上部为尖齿形状。本实用新型适用于泥岩地层钻进，具有钻进时效率高、寿命长的特点。
文档编号E21B10/48GK201031624SQ20072008471
公开日2008年3月5日 申请日期2007年5月17日 优先权日2007年5月17日
发明者刘晓阳, 段隆臣 申请人:中国地质大学(武汉)