[发明专利]一种高效广谱性地质钻头及制造方法

说明书

技术领域

 

本发明属于金刚石工具领域中的地质钻头生产技术领域，涉及一种高效广谱性地质钻头及制造方法。

背景技术

金刚石地质钻在我国已有近40年的研究和应用，它涉及岩石破碎学，金属材料学，粉未材料学，粉未冶金学，电化学，钻头形态学，以及钻头水力学等。现有技术中主要运用中频热压烧结机把配制好的钻头刀头粉未、钻头过度层粉未、钻头水口粉未和初加工的钻头钢体放在一起整体烧结而成，然后再机加工钻头钢体，形成成品。这种烧结方式所用胎体配方一般都有含20%-30%碳化钨，烧结温度一般都在950度以上，对金刚石损伤很大。

而且，一种配方钻头只能适应一种硬度的地层结构，不同的地质结构需要不同硬度的钻头，“广谱性”差，因此，往往同一个孔需要更换不同的钻头，费时费力，也这给生产和库存带来很多不便。

同时，配方粉分别采用刀头配方，过度层配方和水口配方，整体烧结好后再加工水口和钢体，需要把每一块刀齿分二层或多层均匀插入2-4根保径材料，生产效率不高，而且这种保径材料在钻头钻进的过程中起阻碍作用。由于是配方粉和钢体整体烧结，只能是把刀头粉未和钢体竖立加压，这种加压方式使得刀头上下密度不一样。

发明内容

针对以上技术问题，本发明在于改变传统地质钻刀头、过度层和水口一起用中频热压烧结后再加工钢体，再加工出水口的生产方法，利用先单独加工钢体及出水口，用真空热压机单独生产刀头，再用热压机通过钢体和刀头间的过度层把钢体和刀头整体烧结在一起；从而提供了一种高效广谱性地质钻头及制造方法，即提高地质钻生产效率，钻头能一钻到底，又提高钻进效率和使用寿命。

为了实现钻头的“广谱”性，刀头和钢体做了以下创造性设计，1.金刚石刀头胎体采用了适应性很强的纯钴粉做胎体配方；2.金刚石刀头横向加压生产竖立使用；3.台阶形刀头设计有效减小钻头钻进过程中岩石对钻管磨擦，从而大大减小钻进阻力，有效提高钻进效率；4.刀头分层设计，两侧金刚石浓度高，中间金刚石溶度低，不仅强化了保径，更实现了在保径的同时切割，改变了传统地质钻在刀头两侧镶欠保径材料，让钻头卸下了保径材料带来的沉重阻力，铺助钻头进尺不再拖拉后腿，可将锋利性达到最佳状态，阻力降低，钻进才更安全，大大降低了钻头跑偏的机率，孔斜可得到有效控制；5钻齿中间开孔喷水设计，提高冷却效果，从而提高钻头的使用寿命。

本发明技术方案之一：

一种高效广谱性地质钻刀头，所述刀头分三层，两侧胎体中金刚石体积比浓度为90%-100%，中间层胎体中金刚石体积比浓度为70%-80%通过热压成三明冶式刀头，刀头为分层式刀头，刀口部份宽，与地质钻钢体的连接部份窄，刀头采用纯钴粉作为胎体粉未即用纯钴粉包裹金刚石。

本发明技术方案之二：

一种高效广谱性地质钻头，它包括钻头单元和地质钻钢体，所述钻头单元由外侧刀头和内侧刀头组成；钻头单元的刀口部份宽，与地质钻钢体连接部份窄，刀头采用纯钴粉作为胎体粉未即用纯钴粉包裹金刚石，外侧刀头和内侧刀头之间为冷却层并分布有若干个喷水口；所述地质钻钢体上均匀设有钻头单元连接工位与钻头单元连接，各钻头单元连接工位上设有若干条冷却水路与钻头单元中的外侧刀头和内侧刀头之间分布的喷水口分别联通，相邻的钻头单元连接工位之间设有一条或多条冷却水路、一条外水槽和一条内水槽。

优选：所述外侧刀头和内侧刀头各分三层，各刀头的两侧胎体中金刚石体积比浓度为90%-100%，中间层胎体中金刚石体积比浓度为70%-80%，通过热压成三明冶式刀头。

所述外侧刀头在热压成截面为台阶分层刀头时，外表面为台阶分层弧形外侧面，内表面为平弧面；内侧刀头在热压成截面为台阶分层刀头时，内表面为台阶分层弧形内侧面，外表面为平弧面。

所述钻头单元与地质钻钢体连接方式采用高频焊接、激光焊接、磨擦焊接或热压烧结，优选所述钻头单元与地质钻钢体通过过度层7用热压机烧结成一个整体。

所述地质钻钢体上均匀设有六个钻头单元连接工位与6个钻头单元连接，各钻头单元连接工位上设有两条冷却水路与钻头单元中的外侧刀头和内侧刀头之间分布的2个喷水口联通，相邻的钻头单元连接工位之间设有一条冷却水路、一条外水槽和一条内水槽；地质钻钢体上设有18条均匀分布的冷却水路， 6条均匀分布的外水槽和6条均匀分布的内水槽。

本发明技术方案之三：