[发明专利]焊接式高胎体地质钻头及其制作方法

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及地质勘探钻进技术，具体为一种焊接式高胎体地质钻头及其制作方法。

(二)背景技术：

目前，固体矿藏勘探钻进工程中大多仍采用金刚石地质钻头，金刚石地质钻头制造技术经过数十年的发展，在结构设计、钻探工艺方面有了一定的进步，但是，总的来说发展缓慢，技术创新力度不够。

金刚石地质钻头产品目前包括中频整体烧结法地质钻头、电镀法地质钻头。

中频整体烧结法地质钻头是采用中频热压烧结机制造，制造过程是先将金刚石与金属粉末的混合物倒入所需尺寸的石墨模具中，然后将经加工形成锯齿面的钢体放置在粉体上，通过中频电磁感应产生的热量和上下压力，将烧结成型的钻齿与钢体结合在一起。这种方法生产的金刚石钻头烧结温度高，钻齿内部致密度差，钻齿与钢体结合力不够强，所以钻齿高度低，且钻进效率、使用寿命都较低。

孙友宏等人的《可再生水口的金刚石取芯钻头》(申请号为200810051152.9)发明专利提出了从结构上进行了合理设计，实现钻齿和水口的多层化，并保证每一层水口面积比达到15％～35％，但是此专利仍然采用中频整体烧结法制造，烧结温度高、钻齿烧结致密度低，而且结构复杂，制造难度大，模具消耗大。

电镀法金刚石地质钻头是在经表面处理后的钢体表面直接镀上金属胎体和金刚石颗粒的复合层，金属胎体与钢体是原子价键结合，因此结合强度较高；电镀法制作的地质钻头金属胎体对金刚石具有比普通方法更高的把持强度，而且金刚石无高温损伤，钻头钻进效率高；然而电镀钻头制作时间长，成本高，且胎体高度越高，制作时间越长，钻头使用寿命往往较低。

肖云捷的《一种高效金刚石地质钻头的制造方法》(申请号为201110008431.9)发明专利第一次提出了采用激光焊接方法制造金刚石地质钻头的概念，但只是简单的模仿常规激光焊接产品，将钻齿与钢体实现连接而已。由于地质钻头钻齿内金刚石磨粒含量通常较高，钻齿强度也往往较低，随着钻齿高度的增加，钻齿断裂的可能性增加，因此，常规钻头钻齿高度低于8mm，钻头寿命十分有限。

(三)发明内容：

为此，本发明提供一种焊接式高胎体地质钻头及其制造方法，旨在解决矿产地质勘探钻进工程中、特别是1000米以下深部钻进中钻头钻进效率低、使用寿命短而导致钻头起下钻频率高、钻探总体效率低、钻孔易于塌陷等问题。

能够解决上述技术问题的焊接式高胎体地质钻头，包括高胎体钻齿、水口块和钢体，所述高胎体钻齿于钢体上圆周均布，所述水口块设于相邻高胎体钻齿之间的钢体上，所不同的是所述高胎体钻齿包括含破岩磨粒的工作齿层、不含磨粒的过渡齿层以及不含磨粒的焊接齿层，高胎体钻齿总高度为15mm～35mm，其中，所述工作齿层高度为12mm～29mm，所述过渡齿层高度为1mm～3mm，所述焊接齿层高度为2mm～3mm；匹配于高胎体钻齿高度，所述水口块高度为5mm～15mm。

根据钻进岩石对象，进一步对水口块高度的设置：所述高胎体钻齿总高度选择为15mm～20mm时，所述水口块高度选择为5mm～10mm；所述高胎体钻齿高度选择为20mm～35mm时，所述水口块高度选择为10mm～15mm。

为保证钻削区域供水充分，所述水口块的内、外两侧(直径方向)分别开设内水槽和外水槽，所述内、外水槽深度根据钻进对象选择为1mm～5mm。

对于普通钻进岩石，一般不需要添加聚晶进行钻头保径，但对于强研磨性地层，所述高胎体钻齿的内、外表面需镶嵌聚晶，聚晶镶嵌部位为工作齿层、或为过渡齿层、或为工作齿层和过渡齿层。

所述工作齿层中包含的破岩磨粒为金刚石，当钻进岩石为中硬、软地层时，工作齿层中包含的破岩磨粒为金刚石和碎聚晶的混合物，通过体积破碎方式实现钻进，可大大提高钻进效率。

如上所述的焊接式高胎体地质钻头之制作方法，方案有三种：

1、所述高胎体钻齿和水口块分别独立烧结成型，然后通过烧结工艺实现高胎体钻齿和水口块紧密结合成钻齿冠。

2、或所述高胎体钻齿和水口块的制作为各自冷压成型，单独成型后的高胎体钻齿和水口块组装在一起烧结成为钻齿冠。