[发明专利]一种PDC钢体钻头保径耐磨块的制造工艺及其组分

说明书

本发明公开了一种PDC钢体钻头保径耐磨块的制造工艺及其组分，包括耐磨块本体，所述耐磨块为双层结构，上层是热稳定聚晶颗粒和耐磨胎体粉料组成的耐磨层，下层是可加工胎体组成的基体，其中耐磨层中耐磨胎体粉料重量比占65%~75%，其成分重量比为球型WC87%~93%，WC单晶3%~7%，镍粉3%~7%；热稳定聚晶颗粒重量比占25%~35%；基体的成分重量比为48%~52%的结晶钨粉，38%~42%的FeNi粉，8%~12%的Ni粉。本发明采用热稳定聚晶金刚石颗粒加新型配方高强度胎体粉料烧结成新型耐磨块，镶嵌在钢体钻头保径壁上，制造出的耐磨块耐磨性比堆焊耐磨材料保径壁显著提高，而且制造成本低，制造工艺简单，耐磨块磨损后可以修复，而且修复成本低，满足企业需求。

技术领域

本发明涉及油气钻探技术领域，具体涉及一种PDC钢体钻头保径耐磨块的制造工艺及其组分。

背景技术

PDC钻头聚晶金刚石复合片钻头的简称。是地质钻探行业常用的一种钻井工具。其实它的演变是从金刚钻演变来的。

目前在石油地质钻探工程中，PDC钢体钻头以其制造工艺简单，材料成本低廉的优点，已大量取代胎体钻头，得到广泛应用。但是钢体钻头的保径壁耐磨性能比胎体钻头差，虽然采用了堆焊耐磨材料或镶嵌金刚石复合片的办法加强保径耐磨性，但因堆焊材料耐磨性有限，而镶嵌金刚石复合片成本太高，因此效果不尽人意。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有PDC钢体钻头由于保径壁耐磨性能比胎体钻头差，采用堆焊耐磨材料或镶嵌金刚石复合片的办法加强保径耐磨性，但因堆焊材料耐磨性有限，而镶嵌金刚石复合片成本太高，工艺复杂，因此达不到企业需求，其目的在于提供一种PDC钢体钻头保径耐磨块的制造工艺及其组分，该工艺及其组分制造出的耐磨块耐磨性比堆焊耐磨材料保径壁显著提高，而且制造成本低，制造工艺简单，耐磨块磨损后可以修复，而且修复成本低，满足企业需求。

本发明通过下述技术方案实现：一种PDC钢体钻头保径耐磨块的组分，包括耐磨块本体，耐磨块的形状及尺寸大小由钻头的保径壁形状及尺寸确定，为了提高耐磨块表层的耐磨性，同时又保证耐磨块基体的可加工性和韧性，所述耐磨块为双层结构，上层是热稳定聚晶颗粒和耐磨胎体粉料组成的耐磨层，下层是可加工胎体组成的基体，基体是通过钎焊镶嵌在钻头保径壁上，其中耐磨层中耐磨胎体粉料重量比占65%~75%，其成分重量比为球型WC87%~93%，WC单晶3%~7%，镍粉3%~7%；热稳定聚晶颗粒重量比占25%~35%；基体的成分重量比为48%~52%的结晶钨粉，38%~42%的FeNi粉，8%~12%的Ni粉。目前在石油地质钻探工程中，PDC钢体钻头由于其制造工艺简单，材料成本低廉的优点而大量占据市场，但是钢体钻头的保径壁耐磨性能比胎体钻头差，在石油地质钻探工程中由于要与岩石和土层直接接触，钢体钻头的保径壁经不起长时间的磨削，为了加强保径耐磨性，目前都是采用了堆焊耐磨材料或镶嵌金刚石复合片的办法，堆焊耐磨材料是指在保径壁面上堆焊材料，但是堆焊的材料在磨削时的高温下性能会产生变化，其耐磨性有限，无法满足钻探时的需求，而镶嵌金刚石复合片这是方式是在金刚石自身的物理特性下，其耐磨性能够达到要求，金刚石复合片是采用金刚石微粉与硬质合金基片在超高压高温条件下烧结而成，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，但是金刚石复合片本身烧结后结构稳定，再想将其镶嵌在钢体钻头的保径壁上，其工艺复杂，而且操作成本太高，再加上金刚石复合片在钻头中磨损后整个钻头只能报废，无法修复，金刚石复合片本身的成本高，这对于企业生产的钻头而言成本太高，不满足企业的需求，为了解决上述问题，本方案设计了一种PDC钢体钻头保径耐磨块的组分，所使用的WC中文名是碳化钨，为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度高，耐磨性好，为电、热的良好导体。碳化钨的化学性质稳定。碳化钨粉是生产硬质合金的原料。球型碳化钨和碳化钨单晶是碳化钨中的两种组分，其耐磨性、浸渍性更好，而镍铬硼硅自熔合金粉熔点低，流动性、浸渍性好，是理想的烧结浸渍合金。本发明中所涉及的组分材料属于现有材料，将其按照本方案的配比进行使用后，烧结成耐磨块，这种耐磨块耐磨性比堆焊耐磨材料保径壁显著提高，经检测硬度达HRC60，耐磨程度远超常用耐磨材料，经我公司在12.25寸钢体钻头上使用，在栖霞、韩家店等研磨性地层中，分别钻进141米和195米，起钻后对钻头进行环规测量，外圆直径无缩小，充分显示出耐磨强度的提高，耐磨性能大大提高。由于耐磨块采用双层结构，基层的可焊性好，用常规的氧-乙炔焊接工艺，很容易将这种耐磨块的基体镶焊在钢体钻头保径壁上，与岩石接触主要是耐磨层，在耐磨块磨损一部分后可以调整耐磨块镶嵌的厚度或位置进行修复，而且修复成本低，总体上降低了企业成本，满足企业需求。