专利名称：一种金刚石钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于地质勘探、石油钻井和工程勘察以及地质灾害治理的金 刚石钻头。
背景技术：
从我国开始研制人造金刚石钻头开始，制造金刚石钻头主要采用热压方法和电镀 方法。热压方法制造的金刚石钻头与电镀金刚石钻头相比，具有较高的硬度和耐磨性，具有 一定的适应性。但是，由于地层的多样性，要求不同的地层要有相应性能的钻头去适应，才 能取得好的钻进效果。加上普通金刚石钻头的工作层性能与结构单一，钻头的广谱性较差。 随着地质找矿向地层深部发展，岩层的性质越来越复杂，在一个钻孔中，甚至一个钻进回次 没有钻进完，岩性就发生变化，需要频繁的更换不同性能的钻头，严重地影响着地质钻探的 进程，提高了钻探的成本。而热压方法制造的普通金刚石钻头具有较高的硬度和耐磨性，可 以适应多数岩层钻进的需要。但是，对于钻进卵砾石地层与硬-脆-碎等强研磨性岩层却 显得适应性差，钻进速度不高，钻头的寿命也不长。随着地质找矿向地层深部发展，岩层越 来越硬，岩性越来越复杂，强研磨性岩层出现的几率越来越高，几乎所有的金属矿钻探，都 会遇到这类岩层，严重地影响着地质勘探的进程，提高了钻探的成本。
发明内容本实用新型其目的就在于提供一种金刚石钻头，具有硬度高，耐磨性强，使用寿命 长的特点，特别适宜在砂卵石地层和硬-脆-碎岩层中钻进。实现本实用新型所采用的技术方案，包括普通金刚石钻头的工作层和分布在工作 层上的烧结体，所述的烧结体为热稳定性聚晶体，包括方柱状热稳定性聚晶体和圆柱状热 稳定性聚晶体，所述的方柱状热稳定性聚晶体分布排列在钻头的工作层靠近外径的位置和 靠近内径的位置，所述的圆柱状热稳定性聚晶体分布排列在钻头工作层靠近中心的部位。与现有技术相比本实用新型具有以下优点。由于采用了热稳定性聚晶体在钻头的切削单元中按照一定规律分布、排列的技术 设计，与金刚石共体组成破碎岩石的主体，因而具有具有硬度高，耐磨性强，使用寿命长的 特点，在砂卵石地层和硬-脆-碎岩层中钻进效果好。
以下结合附图对本实用新型作进一步详述。
图1为本发明热压金刚石钻头的结构示意图一；图2为本发明热压金刚石钻头的结构示意图二。图中，1-方柱状热稳定性聚晶体；2-圆柱状热稳定性聚晶体；3-工作层胎体； 4-水口。
具体实施方式
包括普通金刚石钻头的工作层3和分布在工作层上的烧结体，如
图1、2所示，所述 的烧结体为热稳定性聚晶体，包括方柱状热稳定性聚晶体1和圆柱状热稳定性聚晶体、2， 所述的方柱状热稳定性聚晶体1分布排列在钻头的工作层3靠近外径的位置和靠近内径的 位置，所述的圆柱状热稳定性聚晶体2分布排列在钻头工作层3靠近中心的部位。所述的方柱状热稳定性聚晶体1的规格为3X3X 10mm，圆柱状热稳定性聚晶体2 的规格为 Φ2Χ8ι πι 或 Φ 2. 5X8mm。所述的圆柱状热稳定性聚晶体2中的Φ2Χ8πιπι聚晶分布排列在靠近钻头工作层3 内径方向，而Φ2.5Χ8πιπι聚晶分布排列在钻头工作层3靠近外径方向。同一切削单元内分 布排列3 4颗热稳定性聚晶体，同一圆周切削方向的热稳定性聚晶体重叠为 2%。钻头工作层3胎体材料采用碳化钨、YG8、镍、钴、锰、钛以及铜合金；钻头工作层3 胎体硬度为HRC40 45，耐磨性为(0. 35 0. 40) X 10-5ML，钻头工作层3胎体内金刚石 品级为SMD30 35，金刚石的浓度为88%，金刚石的粒度及其含量分别为40/45占30%、 45/50 占 40%,60/70 占 20%,80/100 占 10%。实施例本实用新型的内容如下(1)采用一种提高钻头耐磨性的思维与设计方法，在提高胎体耐磨性的同时，加强 钻头工作层的保径效果，实现钻头运转平稳和工作层的均衡磨损，以达到提高钻头寿命的 目的。(2)在普通热压金刚石钻头的基础上，将热稳定性聚晶体有规律、有序地分布、排 列在钻头的工作层中。热稳定性聚晶体既起着破碎岩石的作用，又起着强化钻头的耐磨性 的作用和保径效果，有力地提高了钻头的稳定性和使用寿命。(3)提高钻头的耐磨性不仅仅采用高耐磨性的胎体，往往采用高耐磨性的胎体不 利于金刚石出刃，钻头容易出现“打滑”，钻进效率很低。本专利采用了较高耐磨性能的胎 体，配合热稳定性聚晶，可以实现钻头的耐磨性高和钻进效果好的双重效果。(4)采用方柱状聚晶体分布在紧靠钻头工作层的外径位置和内径位置，其长度取 10mm，有利于提高钻头的保径效果和有效防止钻头的内外径部位偏磨。采用圆柱状聚晶体 分布在钻头工作层的中心部位，有利于提高钻进速度和钻头均衡磨损。见
图1。(5)圆柱状聚晶体2沿钻头切削圆周方向排列，完成一部分孔底环状岩石的破碎； 同一切削单元内的聚晶允许重叠 2%;同一切削单元的聚晶体共体完成整个钻头环状 孔底的岩石破碎。 (6)
图1、2中所示的两种分布、排列方式，其中的A型结构
图1适应于强研磨性地 层，例如砂卵石地层；而B型结构图2适应于较强研磨性地层，例如硬-脆-碎地层。本实用新型为一种新结构热压金刚石钻头。新结构表现为钻头的工作层部分由普 通金刚石工作层和热稳定性聚晶体组成。通过不同规格、形状与数量的聚晶体，有规律分布 在钻头工作层的不同部位，可以获得不同的耐磨性，满足不同程度的研磨性岩层的钻进需 要。(1)金刚石钻头的工作层本实用新型从强研磨性岩石的物理力学性质出发，研究其结构特点和在钻头作用下的破碎机理，认识到钻进该类岩石既不能采用大的钻压，也不能采用高的转速。而且，钻 头的工作层既要经得起岩石的磨损，又要使得金刚石能够有效地切入岩石中，这样才能实 现高的钻进速度和低的磨损量。通过试验与分析，金刚石钻头的工作层胎体性能必须保持在其硬度HRc40 HRc45范围，其耐磨性为(0. 35 0. 40) X 10-5ML范围，才能够保证金刚石有好的出刃效果 和保证钻头有很好的耐磨性。金刚石钻头硬度与耐磨性主要通过调节胎体的成分含量比与 金刚石参数(粒度与浓度)来实现。(2)本实用新型金刚石钻头的胎体成分及其含量为碳化钨38% 40%，YG8 15% 12%，镍8% 12%，钴3% 5%，锰3% 4%，钛2% 3%，铜合金33% 35%。(3)本实用新型钻头的工作层胎体内金刚石品级为SMD30 35，金刚石的浓度为 88%，金刚石的粒度及其含量分别为40/45占30%、45/50占40%、60/70占20%、80/100 占 10%。(4)热稳定性聚晶体热稳定性聚晶体采用方柱状和圆柱状两种类型，其规格是方柱状为 3X3X10mm，圆柱状为Φ 2X8mm及Φ 2. 5X8mm。磨耗比是热稳定性聚晶体的主要性能，其 值不能低于15万。方柱状聚晶体分布在钻头工作层的外径位置和内径位置有利于提高 钻头的保径效果；而圆柱状聚晶体分布在钻头工作层的中间部位有利于切削岩石，保证钻 进速度。
权利要求一种金刚石钻头，包括普通金刚石钻头的工作层(3)和分布在工作层上的烧结体，其特征在于，所述的烧结体为热稳定性聚晶体，包括方柱状热稳定性聚晶体(1)和圆柱状热稳定性聚晶体(2)，所述的方柱状热稳定性聚晶体(1)分布排列在钻头的工作层(3)靠近外径的位置和靠近内径的位置，所述的圆柱状热稳定性聚晶体(2)分布排列在钻头工作层(3)靠近中心的部位。
2.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头，其特征在于，所述的方柱状热稳定性 聚晶体(1)的规格为3X3X10mm，圆柱状热稳定性聚晶体(2)的规格为Φ2Χ8πιπι或 Φ 2. 5 X 8mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种金刚石钻头，其特征在于，所述的圆柱状热稳定性聚 晶体(2)中的Φ2Χ8πιπι聚晶分布排列在靠近钻头工作层(3)内径方向，而Φ2.5Χ8πιπι聚 晶分布排列在钻头工作层(3)靠近外径方向。
4.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头，其特征在于，同一切削单元内分布排列3 4颗热稳定性聚晶体，同一圆周切削方向的热稳定性聚晶体重叠为 2%。
专利摘要本实用新型涉及一种金刚石钻头，包括普通金刚石钻头的工作层和分布在工作层上的烧结体，所述的烧结体为热稳定性聚晶体，包括方柱状和圆柱状热稳定性聚晶体，所述的方柱状热稳定性聚晶体(1)分布排列在钻头的工作层(3)靠近外径的位置和靠近内径的位置，所述的圆柱状热稳定性聚晶体(2)分布排列在钻头工作层(3)靠近中心的部位。从而解决了在砂卵石地层和硬-脆-碎岩层中钻进效果好的难题。具有硬度高，耐磨性强，使用寿命长的特点。可广泛应用于地质勘探、石油钻井和工程勘察以及地质灾害的治理中。
文档编号E21B10/46GK201763252SQ20102013615
公开日2011年3月16日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者周天盛, 李银梅, 龚宏伟, 龚庆伟 申请人:龚宏伟