[发明专利]PDC-孕镶金刚石复合块

说明书

本发明公开了一种PDC‑孕镶金刚石复合块，由聚晶金刚石层、硬质合金层和孕镶金刚石层组成，其中：所述聚晶金刚石层是以金刚石微粉骨架以钴、硅为粘接剂；所述孕镶金刚石层以碳化钨，或者碳化钨与碳化硅、氮化硅或碳化钛中的一种或几种组合物为骨架，以镍、硅、铬、铜、锡、铁、钴、锌、磷和稀土元素为粘接剂，以金刚石单晶为切削元件，经热压烧结或冷压烧结而成。实践证明将PDC‑孕镶金刚石复合块用于金刚石钻头将大幅度提高金刚石钻头的机械钻速和进尺，达到降低工人劳动强度，进而降低钻井成本和加快油气田和矿场勘探开发速度。

技术领域

本发明属于钻探工具和超硬材料领域用于石油、地质钻井配套使用的金刚石钻头，特别涉及一种PDC-孕镶金刚石复合块。

背景技术

PDC钻头适用在软到中硬地层中能取得好的使用效果。孕镶金刚石钻头适用钻进较高硬度和研磨性的地层，与PDC钻头和牙轮钻头相比，取得了较好的机械钻速和进尺。在一些中到硬地层中，尤其是非均质地层中， PDC钻头有机械钻速优势，但寿命不足；孕镶金刚石钻头有进尺优势，但机械钻速偏低。需要研究一种机械钻速像PDC钻头一样快，进尺像孕镶金刚石钻头一样长的金刚石钻头切削元件。

发明内容

本发明为解决PDC钻头的机械钻速快但寿命不足，孕镶金刚石钻头孕镶体的进尺多但机械钻速偏低的问题，提供一种具有较高机械钻速和较高寿命的PDC-孕镶金刚石复合块。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

PDC-孕镶金刚石复合块，由聚晶金刚石层、硬质合金层和孕镶金刚石层组成，其中：所述聚晶金刚石层是以金刚石微粉与钴、硅粘接剂在高温高压下烧结而成；所述孕镶金刚石层以碳化钨，或者碳化钨与碳化硅、氮化硅或碳化钛中的一种或几种组合物为骨架，以镍、硅、铬、铜、锡、铁、钴、锌、磷和稀土元素为粘接剂，以金刚石单晶为切削元件，经热压烧结或冷压烧结而成。

上述方案进一步包括：

所述聚晶金刚石层中的金刚石微粉80-89重量份、钴10-15重量份、硅粘接剂1-5重量份；孕镶金刚石层以碳化钨25-60重量份为骨架，以镍5-15重量份、硅0.1-0.5重量份、铬1-5重量份、铜15-25重量份、锡1-5重量份、铁1-5重量份、钴5-15重量份、锌1-2重量份、磷0.1-0.5重量份和稀土元素0.1-0.5重量份为粘接剂，以金刚石单晶10-25重量份为切削元件；以孕镶金刚石层作为基体与硬质合金层、聚晶金刚石层叠加后，经20-30MPa、700-1000℃或0.2-0.6GPa、700-1000℃烧结而成。

所述聚晶金刚石层中的金刚石微粉80-89重量份、钴10-15重量份、硅粘接剂1-5重量份；孕镶金刚石层以25-50重量份的碳化钨与10-20重量份的碳化硅、氮化硅或碳化钛中的一种或几种为骨架，以镍5-15重量份、硅0.1-0.5重量份、铬1-5重量份、铜15-25重量份、锡1-5重量份、铁1-5重量份、钴5-15重量份、锌1-2重量份、磷0.1-0.5重量份和稀土元素0.1-0.5重量份为粘接剂，以金刚石单晶10-25重量份为切削元件，经20-30MPa、700-1000℃或0.2-0.6GPa、700-1000℃烧结而成。

进一步地，PDC-孕镶金刚石复合块可做成圆柱形、棱柱形、圆片形、楔形、棱台形以及其他形状或组合体形状。

进一步地，聚晶金刚石层、硬质合金层和孕镶金刚石层都可由多种配方形成分层结构。

进一步地，聚晶金刚石层和硬质合金层之间的界面可有波浪形、锯齿形、爪形、环爪形，以及其他形状或组合形状。

进一步地，聚晶金刚石层和金刚石孕镶体都可带有倒角、多倒角或倒圆角。