深部硬巖鉆進(jìn)用釬焊鎳基孕鑲金剛石鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種深部硬巖鉆進(jìn)用釬焊鎳基孕鑲金剛石鉆頭，包括鉆頭鋼體（5）和鎳基合金胎體（2），鉆頭鋼體（5）的一端設(shè)有內(nèi)螺紋（6），一端燒結(jié)有鎳基合金胎體（2），鎳基合金胎體（2）中孕鑲有金剛石顆粒（4）和細(xì)鐵絲（1），鎳基合金胎體（2）的底面開設(shè)有鉆頭水口（3）。本實(shí)用新型使用鎳基預(yù)合金釬料，大大提高了鉆頭的性能，降低了燒結(jié)溫度，減少了金剛石熱損傷的程度；鐵粉含量較高，降低了鉆頭成本；鑲嵌細(xì)鐵絲，降低部分胎體耐磨性，有利于金剛石出刃和鉆孔防斜。本實(shí)用新型特別適用于深部硬巖地層鉆進(jìn)，也適用于淺部打滑地層鉆進(jìn)。
【專利說(shuō)明】深部硬巖鉆進(jìn)用釬焊鎳基孕鑲金剛石鉆頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于石油勘探【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種釬焊鎳基孕鑲金剛石鉆頭，具體地說(shuō)，涉及一種深部硬巖鉆進(jìn)用釬焊鎳基孕鑲金剛石鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)有勘探的石油等能源以及礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)，地質(zhì)找礦從過(guò)去的淺部、中深部轉(zhuǎn)向深部(2000以深)甚至超深部勘探(4000m)。在深孔鉆探中，繩索取心憑借著不提鉆取心技術(shù)得到極大的應(yīng)用。鉆頭壽命越長(zhǎng)、鉆進(jìn)效率越快、起下鉆的次數(shù)和時(shí)間越少、勞動(dòng)強(qiáng)度低、繩索取心的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益就越明顯。
[0003]在一定孔深范圍的條件下，隨著孔深增加，鉆井液液柱壓力對(duì)孔底巖石的作用增加顯著，孔底巖石所受的三軸壓力增大，巖石抗壓強(qiáng)度、硬度等指標(biāo)參數(shù)均增加。在較大圍壓作用下，巖石強(qiáng)度增大，塑性增加，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)致密，研磨性弱，巖石的可鉆性降低，可鉆性為9?12級(jí)。在淺部、中深部鉆進(jìn)時(shí)，該類地層又稱之為堅(jiān)硬致密弱研磨性地層或“打滑”地層，但厚度一般不大，鉆頭時(shí)效和壽命對(duì)整個(gè)鉆探成本的影響不明顯。在深部甚至超深部鉆探時(shí)，該類地層占孔深的絕大部分，鉆頭的時(shí)效和壽命對(duì)整個(gè)鉆孔的成本就尤為重要。
[0004]在鉆進(jìn)淺部堅(jiān)硬致密弱研磨性地層時(shí)，常采用熱壓法或電鍍法制造孕鑲金剛石鉆頭，取得較好效果的金剛石鉆頭有以下兩種:(I)弱包鑲金剛石鉆頭:利用弱包鑲方法使胎體中一部分金剛石被包鑲的程度較弱，鉆進(jìn)中會(huì)提前從胎體中脫落。脫落的金剛石會(huì)磨損胎體，有利于金剛石出刃。(2)自形成同心徑向環(huán)齒金剛石鉆頭:利用鉆頭的自磨出刃，一直保持同心圓尖齒狀況，提高鉆頭唇面上單位面積的壓力，“吃入”巖石，同時(shí)對(duì)鉆孔的防斜也有好的效果。以上兩種鉆頭基本上采用碳化鎢基作為胎體材料，通過(guò)改進(jìn)金剛石的出刃，在一定程度上克服了堅(jiān)硬致密弱研磨性地層鉆進(jìn)時(shí)效低的缺點(diǎn)，但是鉆頭的壽命受到了一定的影響。此外，中國(guó)發(fā)明專利CN102828696還公開發(fā)明了一種“堅(jiān)硬打滑地層鉆進(jìn)用鐵基孕鑲金剛石鉆頭”，通過(guò)使用鐵粉降低鉆頭的制作成本，但是該鉆頭同樣具有鉆頭壽命較低的特點(diǎn)。
[0005]釬焊孕鑲金剛石鉆頭已有過(guò)研究，如中國(guó)發(fā)明專利CN101824968A公開了一種新型孕鑲釬焊金剛石鉆頭，制作時(shí)先通過(guò)釬焊工藝對(duì)金剛石進(jìn)行預(yù)處理，再通過(guò)熱壓燒結(jié)的方法制作出金剛石鉆頭。該發(fā)明通過(guò)對(duì)金剛石顆粒的釬焊預(yù)處理，增強(qiáng)了金剛石與胎體的結(jié)合強(qiáng)度，提高了鉆頭的鉆進(jìn)時(shí)效和壽命。但該專利運(yùn)用的是二次成型的工藝制造金剛石鉆頭，對(duì)金剛石的熱損傷有較大的影響。此外，中國(guó)專利CN101862834A公開發(fā)明了一次成型多層釬焊金剛石鉆頭的制作工藝，將釬料與金剛石顆粒混合后在特定條件下燒結(jié)，制成多層釬焊金剛石鉆頭。該發(fā)明通過(guò)金剛石與胎體間的釬焊反應(yīng)，改善了鉆頭的性能。但該實(shí)用新型制作出來(lái)的鉆頭，胎體太硬，不適用于深部弱研磨性硬巖的鉆進(jìn)。
[0006]綜上所述，現(xiàn)有的金剛石鉆頭難以滿足深孔鉆進(jìn)的需要，深孔條件下新的巖石破碎特征使得鉆頭鉆進(jìn)速率低，壽命短，嚴(yán)重阻礙了繩索取心鉆探技術(shù)的發(fā)展，因此對(duì)深孔繩索取心孕鑲金剛石鉆頭的研究很有必要。實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型提出一種深部硬巖鉆進(jìn)用釬焊鎳基孕鑲金剛石鉆頭，該鉆頭是一種真空無(wú)壓鎳基孕鑲金剛石鉆頭，顯著提高了金剛石鉆頭鉆進(jìn)深部硬巖地層時(shí)的時(shí)效和壽命。
[0008]其技術(shù)方案如下:
[0009]一種深部硬巖鉆進(jìn)用釬焊鎳基孕鑲金剛石鉆頭，包括鉆頭鋼體5和鎳基合金胎體2，鉆頭鋼體5的一端設(shè)有內(nèi)螺紋6，一端燒結(jié)有鎳基合金胎體2，鎳基合金胎體2中孕鑲有金剛石顆粒4和細(xì)鐵絲I，鎳基合金胎體的底面開設(shè)有鉆頭水口 3。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選，所述的細(xì)鐵絲的直徑為1.0?1.6mm的軟質(zhì)細(xì)鐵絲。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選，所述的鉆頭工作層前端和后端均設(shè)有細(xì)鐵絲1，在鉆頭工作層前端的細(xì)鐵絲的數(shù)量小于位于鉆頭工作層后端的細(xì)鐵絲，細(xì)鐵絲被胎體粉末相互間隔開，呈梅花形排布。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選，鉆頭的規(guī)格不同，所需的細(xì)鐵絲數(shù)量不同，一般以鉆頭唇面上細(xì)鐵絲橫截面積占唇面面積的百分比來(lái)衡量，約為5%?15%。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果:
[0014]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)獨(dú)特，鉆進(jìn)深部致密硬巖地層時(shí)性能好，工作效率高，使用壽命長(zhǎng)。它是用預(yù)合金釬料制造的一種新型無(wú)壓非均質(zhì)孕鑲金剛石鉆頭。鉆頭的結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)耐磨性較差的鐵絲提前磨損，促進(jìn)金剛石的出刃，提高鉆頭的鉆進(jìn)效率；在鉆頭工作層的前端較少插設(shè)細(xì)鐵絲，有利于保護(hù)鉆頭的壽命；同時(shí)還能使得鉆頭唇面在工作時(shí)呈現(xiàn)齒爪狀結(jié)構(gòu)，有利于鉆孔的防斜。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1 (a)是本實(shí)用新型之鉆頭的剖視圖，圖1 (b)是鉆頭工作層I的放大圖；
[0016]圖2(a)是圖1的俯視圖，圖2 (b)是鉆頭工作層唇面II的放大圖。
[0017]I——細(xì)鐵絲；2——鎳基合金胎體；3——鉆頭水口 ；4——金剛石顆粒；5——鉆頭鋼體；6—鉆頭螺紋。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。
[0019]參照?qǐng)D1-圖2，一種深部硬巖鉆進(jìn)用釬焊鎳基孕鑲金剛石鉆頭，包括鉆頭鋼體5和鎳基合金胎體2，鉆頭鋼體5的一端設(shè)有內(nèi)螺紋6，一端燒結(jié)有鎳基合金胎體2，鎳基合金胎體2中孕鑲有金剛石顆粒4和細(xì)鐵絲I，鎳基合金胎體2的底面開設(shè)有鉆頭水口 3。所述的細(xì)鐵絲I的直徑為1.0?1.6mm的軟質(zhì)細(xì)鐵絲。所述鉆頭的工作層前端和后端均設(shè)有細(xì)鐵絲1，在鉆頭工作層前端的細(xì)鐵絲的數(shù)量小于位于鉆頭工作層后端的細(xì)鐵絲，細(xì)鐵絲被胎體粉末相互間隔開，呈梅花形排布。
[0020]本實(shí)用新型深部硬巖鉆進(jìn)用釬焊鎳基孕鑲金剛石鉆頭在具體應(yīng)用過(guò)程中，先將預(yù)合金釬焊鎳基粉末、鐵粉和金剛石按計(jì)算好的質(zhì)量混合后裝入石墨模具中，并在石墨模具上標(biāo)示鉆頭旋轉(zhuǎn)方向，在鉆頭工作層前端插入較少數(shù)量的細(xì)鐵絲I，在鉆頭工作層后端插入較多數(shù)量的細(xì)鐵絲1，且鐵絲被胎體粉末相互間隔開，呈梅花形排布。細(xì)鐵絲的數(shù)量和尺寸依據(jù)鉆頭的類型、規(guī)格與巖性而設(shè)計(jì)，細(xì)鐵絲橫截面積約占鉆頭工作唇面面積的5%?15%。待整個(gè)鉆頭組裝完成后，裝入金剛石鉆頭非工作層粉末，放上釬焊鎳基孕鑲金剛石鉆頭鋼體5，送入真空釬焊爐中進(jìn)行無(wú)壓燒結(jié)，燒結(jié)至釬焊溫度并保溫一段時(shí)間后，隨爐冷卻至室溫，本鉆頭即制造完成。
[0021]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種深部硬巖鉆進(jìn)用釬焊鎳基孕鑲金剛石鉆頭，其特征在于，包括鉆頭鋼體(5)和鎳基合金胎體(2)，鉆頭鋼體(5)的一端設(shè)有內(nèi)螺紋(6)，一端燒結(jié)有鎳基合金胎體(2)，鎳基合金胎體(2)中孕鑲有金剛石顆粒(4)和細(xì)鐵絲(1)，鎳基合金胎體(2)的底面開設(shè)有鉆頭水口(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部硬巖鉆進(jìn)用釬焊鎳基孕鑲金剛石鉆頭，其特征在于，所述的細(xì)鐵絲(I)的直徑為1.0?1.6mm的軟質(zhì)細(xì)鐵絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部硬巖鉆進(jìn)用釬焊鎳基孕鑲金剛石鉆頭，其特征在于，所述的鉆頭工作層前端和后端均設(shè)有細(xì)鐵絲(I )，在鉆頭工作層前端的細(xì)鐵絲的數(shù)量小于位于鉆頭工作層后端的細(xì)鐵絲，細(xì)鐵絲被胎體粉末相互間隔開，呈梅花形排布。
【文檔編號(hào)】E21B10/46GK203729885SQ201420094316
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】章文姣, 孔祥清, 曲艷東, 譚松成 申請(qǐng)人:遼寧工業(yè)大學(xué)