一種脫鈷pdc復(fù)合片鉆頭及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭及其制備工藝。一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭，包括基體，所述基體上端設(shè)置胎體，所述基體的端面上設(shè)置有徑向排列的PDC復(fù)合片切削齒，所述PDC復(fù)合片切削齒上設(shè)置有金剛石和硬質(zhì)合金的復(fù)合層，所述基體端面的中間位置設(shè)置有凹槽，所述凹槽上也設(shè)置有PDC復(fù)合片切削齒，所述PDC復(fù)合片切削齒為脫鈷PDC復(fù)合片，所述脫鈷PDC復(fù)合片在670-720℃的溫度下與所述基體相焊接。本發(fā)明公開了一種通過將PDC復(fù)合片切削齒經(jīng)過脫鈷工藝處理來提高鉆頭使用壽命的脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭及其制備工藝。
【專利說明】一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭及其制備工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探領(lǐng)域，尤其涉及地質(zhì)勘探領(lǐng)域的一種鉆頭，特別涉及適用于鉆進(jìn)堅(jiān)硬、破碎、復(fù)雜難鉆地層的一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]地質(zhì)勘探領(lǐng)域包括石油、頁(yè)巖氣、天然氣及煤層氣的鉆采以及煤田地質(zhì)、鐵路、隧道工程的勘察等。在地質(zhì)勘探領(lǐng)域中，對(duì)鉆頭的消耗量，每年不低于5000萬只，其中屬于堅(jiān)硬、破碎復(fù)雜難鉆地層的鉆頭消耗量不低于2000萬只，因此市場(chǎng)前景廣闊。
[0003]目前在地質(zhì)勘探領(lǐng)域鉆探中，普遍采用的是直接壓制成型的普通復(fù)合片制造的鉆頭，也就是采用復(fù)合片直接生產(chǎn)成PDC復(fù)合片鉆頭，這種普通PDC復(fù)合片的耐磨性能、抗高溫性能以及抗沖擊性能遠(yuǎn)不如脫鈷后的復(fù)合片，因此將脫鈷復(fù)合片應(yīng)用于高端鉆頭的生產(chǎn)，能更好地發(fā)揮復(fù)合片切削巖石的優(yōu)勢(shì)，大大降低鉆頭消耗量；同時(shí)，PDC復(fù)合片脫鈷的工藝還不成熟，還未形成一整套完整的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的普通PDC復(fù)合片鉆頭磨損快、耐高溫性能差以及鉆頭質(zhì)量不穩(wěn)定造成的鉆頭崩齒及提前失效等缺點(diǎn)提供一種通過將PDC復(fù)合片切削齒經(jīng)過脫鈷工藝處理來提高鉆頭使用壽命的脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭及其制備工藝。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭，包括基體，所述基體上端設(shè)置胎體，所述基體的端面上設(shè)置有徑向排列的PDC復(fù)合片切削齒，所述PDC復(fù)合片切削齒上設(shè)置有金剛石和硬質(zhì)合金的復(fù)合層，所述基體端面的中間位置設(shè)置有凹槽，所述凹槽上也設(shè)置有PDC復(fù)合片切削齒，所述PDC復(fù)合片切削齒為脫鈷PDC復(fù)合片切削齒，所述脫鈷PDC復(fù)合片切削齒在670-720°C的溫度下與所述基體相焊接。
[0006]所述基體側(cè)面上設(shè)置有硬質(zhì)合金條和金剛石聚晶保徑，所述硬質(zhì)合金條和金剛石聚晶保徑均通過焊接固定在基體上。
[0007]所述基體端面上還布設(shè)有通水孔，所述通水孔出口端設(shè)置有排屑和冷卻用的水槽。
[0008]所述脫鈷roc復(fù)合片切削齒中脫鈷深度為0.1-0.3毫米。
[0009]所述脫鈷PDC復(fù)合片切削齒中脫鈷深度為0.25-0.3毫米。
[0010]所述脫鈷PDC復(fù)合片切削齒中脫鈷深度為0.3毫米。
[0011]一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭的制備工藝，該工藝的步驟如下:
501:制備柱狀基體；
502:將硬質(zhì)合金鋼在溫度為975-985°C、壓力為16.5-19 MPa條件下與基體粘結(jié)在一起形成胎體，在壓制胎體時(shí)預(yù)留基體端面徑向排列的PDC復(fù)合片切削齒的齒穴、基體端面中心部位PDC復(fù)合片切削齒的齒穴和基體外側(cè)硬質(zhì)合金條和金剛石聚晶保徑鑲焊槽；
503:在基體端面開設(shè)通水孔，在通水孔出口端開設(shè)排屑和冷卻用水槽；504:將PDC復(fù)合片切削齒進(jìn)行脫鈷工藝處理；
505: 670-720°C的溫度下，將脫鈷處理后的PDC復(fù)合片切削齒焊接固定在齒穴中，在基體外側(cè)的鑲焊槽中焊接硬質(zhì)合金條和金剛石聚晶保徑；
506:脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭制備完成。
[0012]所述步驟S04中脫鈷工藝處理的步驟為:在自動(dòng)控制儀的封閉容器中盛滿濃度低于30%的氯氣，加入與反應(yīng)物的質(zhì)量比為0.22%-0.30%的觸媒劑，在溫度為250-350°C、壓力為1.5MPa^2.0MPa作用下脫去復(fù)合片金剛石表層中的鈷，脫鈷工藝處理后PDC復(fù)合片切削齒金剛石表層的脫鈷深度為0.0.3毫米。
[0013]所述步驟S04中脫鈷工藝處理的步驟為:在自動(dòng)控制儀的封閉容器中盛滿濃度低于30%的氯氣，加入0.22%-0.30%濃度的觸媒劑，在溫度為300-350 °C、壓力為1.5MPa^2.0MPa作用下脫去復(fù)合片金剛石表層中的鈷，脫鈷工藝處理后PDC復(fù)合片切削齒金剛石表層的脫鈷深度為0.25、.3毫米。
[0014]所述步驟S04中脫鈷工藝處理的步驟為:在自動(dòng)控制儀的封閉容器中盛滿濃度為25%的氯氣，加入0.22%-0.30%濃度的觸媒劑，在溫度為350°C、壓力為1.5MPa~2.0MPa作用下脫去復(fù)合片金剛石表層中的鈷，脫鈷工藝處理后PDC復(fù)合片切削齒金剛石表層的脫鈷深度為0.3毫米。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)方案產(chǎn)生的積極效果如下:本發(fā)明的脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭，采用的脫鈷復(fù)合片是將復(fù)合片在化學(xué)氛圍中脫去金剛石層中的鈷，脫鈷深度一般在0.1-0.3毫米，和普通復(fù)合片相比較，脫鈷后的復(fù)合片耐磨性提高30%，耐高溫性能提高100-150度，抗沖擊性能提聞25%,提聞了鉆頭的使用壽命，降低鉆探領(lǐng)域的鉆頭損耗。在自動(dòng)控制儀的封閉容器中盛滿濃度低于30%的氯氣，加入0.22%-0.30%濃度的觸媒劑，在溫度為300-350°C、壓力為1.5MPa^2.0MPa作用下脫去復(fù)合片金剛石表層中的鈷，脫鈷工藝處理后PDC復(fù)合片的脫鈷深度為0.25、.3毫米，脫鈷深度為0.25、.3在毫米時(shí)，復(fù)合片的熱穩(wěn)定性、耐高溫性能及抗沖擊性能等使用效果最好；脫鈷工藝處理中，加入觸媒劑可激發(fā)反應(yīng)物的活性。脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭基體外側(cè)鑲焊有硬質(zhì)合金條和金剛石聚晶保徑，有效地保證了鉆頭的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為圖1中A-B的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為圖2中C的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例一
一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭，如圖1、2、3所示，包括基體1，所述基體I上端焊接胎體4(胎體4是硬質(zhì)合金粉末在溫度為985°C、壓力為18 MPa條件下與基體I粘結(jié)在一起而形成的，在未粘結(jié)以前硬質(zhì)合金鋼為粉末狀態(tài)，故該粘結(jié)又稱為粉末冶金方式)，所述基體I的端面上設(shè)置有徑向排列的PDC復(fù)合片切削齒2，所述roc復(fù)合片切削齒2上設(shè)置有金剛石和硬質(zhì)合金的復(fù)合層3，所述基體I端面的中間位置設(shè)置有凹槽，所述凹槽上也設(shè)置有PDC復(fù)合片切削齒2，所述PDC復(fù)合片切削齒為脫鈷PDC復(fù)合片，所述脫鈷PDC復(fù)合片在670_720°C的溫度下與所述基體I相焊接。所述基體I側(cè)面上設(shè)置有硬質(zhì)合金條5和金剛石聚晶保徑6，所述硬質(zhì)合金條5和金剛石聚晶保徑6均通過焊接固定在基體上。所述基體端面上還布設(shè)有通水孔7，所述通水孔7出口端設(shè)置有排屑和冷卻用的水槽8。所述脫鈷PDC復(fù)合片切削齒的金剛石表層的脫鈷深度為0.3毫米。
[0020]此外，上述實(shí)施例中所述脫鈷PDC復(fù)合片切削齒的金剛石表層的脫鈷深度可以為
0.1-0.3毫米范圍內(nèi)的任意數(shù)值，均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的積極效果，脫鈷深度在0.25-0.3毫米范圍內(nèi)時(shí)脫鈷PDC復(fù)合片的耐高溫性能及耐沖擊性等使用性能最好。
[0021]實(shí)施例二
一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭的制備工藝，該工藝的步驟如下:
501:制備柱狀基體，基體的材質(zhì)為45號(hào)碳鋼；
502:將硬質(zhì)合金鋼在溫度為980°C、壓力為18 MPa條件下與基體粘結(jié)在一起形成胎體(胎體是硬質(zhì)合金粉末在溫度為985°C、壓力為18 MPa條件下與基體粘結(jié)在一起而形成的，在未粘結(jié)以前硬質(zhì)合金鋼為粉末狀態(tài)，故該粘結(jié)又稱為粉末冶金方式)，在壓制胎體時(shí)預(yù)留基體端面徑向排列的PDC復(fù)合片切削齒的齒穴、基體端面中心部位PDC復(fù)合片切削齒的齒穴和基體外側(cè)硬質(zhì)合金條和金剛石聚晶鑲焊槽；
503:在基體端面開設(shè)通水孔，在通水孔出口端開設(shè)排屑和冷卻用水槽；
504:將PDC復(fù)合片切削齒進(jìn)行脫鈷工藝處理；
505:670-720°C的溫度下，將脫鈷處理后的PDC復(fù)合片切削齒焊接固定在齒穴中，在基體外側(cè)的鑲焊槽中焊接硬質(zhì)合金條和金剛石聚晶保徑；
506:脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭制備完成。
[0022]所述步驟S04中脫鈷工藝處理的步驟為:在自動(dòng)控制儀的封閉容器中盛滿濃度低于30%的氯氣，加入與反應(yīng)物質(zhì)量比為0.22%-0.30%濃度的觸媒劑，在溫度為250-350°C、壓力為1.5MPa^2.0MPa作用下脫去復(fù)合片金剛石表層中的鈷，脫鈷工藝處理后PDC復(fù)合片的脫鈷深度為0.1~0.3毫米。
[0023]本實(shí)施例中的脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭為實(shí)施例一中所述的脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭，在此不再贅述。
[0024]實(shí)施例三
一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭的制備工藝，該工藝的步驟如下:
501:制備柱狀基體，基體的材質(zhì)為45號(hào)碳鋼；
502:將硬質(zhì)合金鋼在溫度為975°C、壓力為18 MPa條件下與基體粘結(jié)在一起形成胎體(胎體是硬質(zhì)合金粉末在溫度為985°C、壓力為18 MPa條件下與基體粘結(jié)在一起而形成的，在未粘結(jié)以前硬質(zhì)合金鋼為粉末狀態(tài)，故該粘結(jié)又稱為粉末冶金方式)，在壓制胎體時(shí)預(yù)留基體端面徑向排列的PDC復(fù)合片切削齒的齒穴、基體端面中心部位PDC復(fù)合片切削齒的齒穴和基體外側(cè)硬質(zhì)合金條和金剛石聚晶鑲焊槽；
503:在基體端面開設(shè)通水孔，在通水孔出口端開設(shè)排屑和冷卻用水槽；
504:將PDC復(fù)合片切削齒進(jìn)行脫鈷工藝處理；
505:670-720°C的溫度下，將脫鈷處理后的PDC復(fù)合片切削齒焊接固定在齒穴中，在基體外側(cè)的鑲焊槽中焊接硬質(zhì)合金條和金剛石聚晶保徑；S06:脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭制備完成。
[0025]所述步驟S04中脫鈷工藝處理的步驟為:在自動(dòng)控制儀的封閉容器中盛滿濃度低于30%的氯氣，加入0.22%-0.30%濃度的觸媒劑，在溫度為300-350 °C、壓力為
1.5MPa^2.0MPa作用下脫去復(fù)合片金剛石表層中的鈷，脫鈷工藝處理后PDC復(fù)合片的脫鈷深度為0.25-0.3毫米。
[0026]本實(shí)施例中的脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭為實(shí)施例一中所述的脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭，在此不再贅述。
[0027]實(shí)施例四
一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭的制備工藝，該工藝的步驟如下:
501:制備柱狀基體，基體的材質(zhì)為45號(hào)碳鋼；
502:將硬質(zhì)合金鋼在溫度為985°C、壓力為18 MPa條件下與基體粘結(jié)在一起形成胎體(胎體是硬質(zhì)合金粉末在溫度為985°C、壓力為18 MPa條件下與基體粘結(jié)在一起而形成的，在未粘結(jié)以前硬質(zhì)合金鋼為粉末狀態(tài)，故該粘結(jié)又稱為粉末冶金方式)，在壓制胎體時(shí)預(yù)留基體端面徑向排列的PDC復(fù)合片切削齒的齒穴、基體端面中心部位PDC復(fù)合片切削齒的齒穴和基體外側(cè)硬質(zhì)合金條和金剛石聚晶鑲焊槽；
503:在基體端面開設(shè)通水孔，在通水孔出口端開設(shè)排屑和冷卻用水槽；
504:將PDC復(fù)合片切削齒進(jìn)行脫鈷工藝處理；
505:670-720°C的溫度下，將脫鈷處理后的PDC復(fù)合片切削齒焊接固定在齒穴中，在基體外側(cè)的鑲焊槽中焊接硬質(zhì)合金條和金剛石聚晶保徑；
506:脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭制備完成。
[0028]所述步驟S04中脫鈷工藝處理的步驟為:在自動(dòng)控制儀的封閉容器中盛滿濃度25%的氯氣，加入0.22%-0.30%濃度的觸媒劑，在溫度為350°C、壓力為1.5MPa~2.0MPa作用下脫去復(fù)合片金剛石表層中的鈷，脫鈷工藝處理后PDC復(fù)合片的脫鈷深度為0.3毫米。
[0029]本實(shí)施例中的脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭為實(shí)施例一中所述的脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭，在此不再贅述。
【權(quán)利要求】
1.一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭，包括基體(1)，其特征在于:所述基體(1)上端設(shè)置胎體(4)，所述基體(1)的端面上設(shè)置有徑向排列的PDC復(fù)合片切削齒(2)，所述PDC復(fù)合片切削齒(2)上設(shè)置有金剛石和硬質(zhì)合金的復(fù)合層(3)，所述基體(1)端面的中間位置設(shè)置有凹槽，所述凹槽上也設(shè)置有所述PDC復(fù)合片切削齒(2)，所述PDC復(fù)合片切削齒(2)為脫鈷H)C復(fù)合片切削齒，所述脫鈷PDC復(fù)合片切削齒在670-720°C的溫度下與所述基體(1)相焊接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭，其特征在于:所述基體(1)側(cè)面上設(shè)置有硬質(zhì)合金條(5)和金剛石聚晶保徑(6)，所述硬質(zhì)合金條(5)和金剛石聚晶保徑(6)均通過高溫焊接固定在基體(1)上。
3.如權(quán)利要求1所述的一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭，其特征在于:所述基體(1)端面上還布設(shè)有通水孔(7)，所述通水孔(7)出口端設(shè)置有排屑和冷卻用的水槽(8)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭，其特征在于:所述脫鈷PDC復(fù)合片切削齒中脫鈷深度為0.1-0.3毫米。
5.如權(quán)利要求1所述的一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭，其特征在于:所述脫鈷PDC復(fù)合片切削齒中脫鈷深度為0.25-0.3毫米。
6.如權(quán)利要求1所述的一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭，其特征在于:所述脫鈷PDC復(fù)合片切削齒中脫鈷深度為0.3毫米。
7.—種如權(quán)利要求1所述的脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭的制備工藝，其特征在于:該工藝的步驟如下: 501:制備柱狀基體； 502:將硬質(zhì)合金鋼在溫度為975-985°C、壓力為16.5-19 MPa條件下與基體粘結(jié)在一起形成胎體，在壓制胎體時(shí)預(yù)留基體端面徑向排列的PDC復(fù)合片切削齒的齒穴、基體端面中心部位PDC復(fù)合片切削齒的齒穴和基體外側(cè)硬質(zhì)合金條和金剛石聚晶保徑鑲焊槽； 503:在基體端面開設(shè)通水孔，在通水孔出口端開設(shè)排屑和冷卻用水槽； 504:將roc復(fù)合片切削齒進(jìn)行脫鈷工藝處理； 505: 670-720°C的溫度下，將脫鈷處理后的PDC復(fù)合片切削齒焊接固定在齒穴中，在基體外側(cè)的鑲焊槽中焊接硬質(zhì)合金條和金剛石聚晶保徑； 506:脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭制備完成。
8.如權(quán)利要求7所述的一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭的制備工藝，其特征在于:所述步驟S04中脫鈷工藝處理的步驟為:在自動(dòng)控制儀的封閉容器中盛滿濃度低于30%的氯氣，加入與反應(yīng)物的質(zhì)量比為0.22%-0.30%的觸媒劑，在溫度為250-350°C、壓力為1.5MPa~2.0MPa作用下脫去復(fù)合片金剛石表層中的鈷，脫鈷工藝處理后PDC復(fù)合片切削齒金剛石表層的脫鈷深度為0.1-0.3毫米。
9.如權(quán)利要求7所述的一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭的制備工藝，其特征在于:所述步驟S04中脫鈷工藝處理的步驟為:在自動(dòng)控制儀的封閉容器中盛滿濃度低于30%的氯氣，加入0.22%-0.30%濃度的觸媒劑，在溫度為300-350°C、壓力為1.5MPa~2.0MPa作用下脫去復(fù)合片金剛石表層中的鈷，脫鈷工藝處理后PDC復(fù)合片切削齒金剛石表層的脫鈷深度為.0.25 0.3 暈米。
10.如權(quán)利要求7所述的一種脫鈷PDC復(fù)合片鉆頭的制備工藝，其特征在于:所述步驟S04中脫鈷工藝處理的步驟為:在自動(dòng)控制儀的封閉容器中盛滿濃度為25%的氯氣，加入.0.22%-0.30%濃度的觸媒劑，在溫度為350°C、壓力為1.5MPa~2.0MPa作用下脫去復(fù)合片金剛石表層中的鈷，脫鈷工藝處`理后PDC復(fù)合片切削齒金剛石表層的脫鈷深度為0.3毫米。
【文檔編號(hào)】E21B10/46GK103696699SQ201410007961
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】許永紅, 陳洪俊 申請(qǐng)人:弘元超硬材料(河南)有限公司