金剛石鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種金剛石鉆頭。所述金剛石鉆頭包括鉆頭鋼體和鉆頭胎體，所述鉆頭鋼體為空心圓柱體，所述鉆頭鋼體的一端面通過燒結(jié)方式連接所述鉆頭胎體的一端面，所述鉆頭胎體的另一端面沿徑向方向設(shè)有多個(gè)階梯狀凸齒并圍成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述階梯狀凸齒之間設(shè)有過水槽，所述凸齒表鑲有螺旋式排列的天然金剛石顆粒，所述鉆頭胎體孕鑲有人造金剛石顆粒和天然金剛石顆粒。本實(shí)用新型提供的鉆頭具有鉆進(jìn)效率高、機(jī)械鉆速快、使用范圍廣及鉆頭使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】金剛石鉆頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于油氣勘探的鉆頭，尤其涉及一種適用于硬巖層和破碎地層的金剛石鉆頭。

【背景技術(shù)】
[0002]在油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域中，目前牙輪鉆頭和聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭因其鉆進(jìn)效率高、使用壽命長(zhǎng)而得到廣泛應(yīng)用。但對(duì)于一些在常壓下的脆性巖石向塑脆性巖石或硬塑性致密巖石轉(zhuǎn)化，且存在泥巖、頁巖和砂礫巖夾層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的深部地層，牙輪鉆頭常常表現(xiàn)為鉆進(jìn)速度慢，純鉆進(jìn)時(shí)間短，而聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭則表現(xiàn)為進(jìn)尺慢甚至不進(jìn)尺的情況，導(dǎo)致在實(shí)際工作中，往往需要數(shù)只甚至十余只牙輪鉆頭或聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭才能鉆達(dá)目的層，有時(shí)還可能造成牙輪的脫落，兩種鉆頭均存在效率低、壽命短、成本高及成功率低的缺點(diǎn)。因此，目前亟待開發(fā)出一種適用于上述深部復(fù)雜地層的鉆頭，能有效地提高在上述深部復(fù)雜地層的鉆進(jìn)效率、提升機(jī)械鉆速，縮短油氣鉆井的周期。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為了解決上述鉆頭鉆進(jìn)效率低、鉆速慢及鉆頭壽命短的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種鉆進(jìn)效率高、鉆速快且鉆頭使用壽命長(zhǎng)的金剛石鉆頭。
[0004]本實(shí)用新型提供的金剛石鉆頭，包括鉆頭鋼體和鉆頭胎體，所述鉆頭鋼體為空心圓柱體，所述鉆頭鋼體的一端面通過燒結(jié)方式連接所述鉆頭胎體的一端面，所述鉆頭胎體的另一端面沿徑向方向設(shè)有多個(gè)階梯狀凸齒并圍成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述階梯狀凸齒之間設(shè)有過水槽，所述凸齒表鑲有螺旋式排列的天然金剛石顆粒，所述鉆頭胎體孕鑲有人造金剛石顆粒和天然金剛石顆粒。
[0005]在本實(shí)用新型提供的鉆頭的一種較佳實(shí)施例中，所述鉆頭胎體孕鑲的人造金剛石顆粒和天然金剛石顆粒均勻混合并陣列式排列。
[0006]在本實(shí)用新型提供的鉆頭的一種較佳實(shí)施例中，所述過水槽連通所述鉆頭鋼體的內(nèi)腔和外側(cè)。
[0007]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提供的金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，所述金剛石鉆頭包括鉆頭鋼體和鉆頭胎體，所述鉆頭鋼體為空心圓柱體，所述鉆頭鋼體的一端面通過燒結(jié)方式連接所述鉆頭胎體的一端面，所述鉆頭胎體的另一端面沿徑向方向設(shè)有多個(gè)階梯狀凸齒并圍成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述階梯狀凸齒之間設(shè)有過水槽，所述凸齒表鑲有螺旋式排列的天然金剛石顆粒，所述鉆頭胎體孕鑲有人造金剛石顆粒和天然金剛石顆粒。因此，所述金剛石鉆頭在以下方面具有優(yōu)點(diǎn):
[0008]一、鉆頭胎體配方:所述鉆頭胎體配方是由不同比例的碳化鎢硬質(zhì)合金粉，另添加入適量鈷、鎳、銅、硅等組成。通過對(duì)常規(guī)的胎體粉末添加一定量的稀土來改善胎體的力學(xué)性能和均勻度，同時(shí)提高金屬胎體對(duì)金剛石的包鑲能力。
[0009]二、凸齒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):選擇階梯狀凸齒的環(huán)形結(jié)構(gòu)，使得不同環(huán)形平面上階梯凸齒的曲線過渡平穩(wěn)，可以防止部分切削齒受力不均導(dǎo)致鉆頭先期損壞，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命；通過加長(zhǎng)了外側(cè)凸齒的外曲線的長(zhǎng)度，增大了布齒的空間；此外，通過過水槽的設(shè)計(jì)，增加了凸齒與待鉆面的接觸點(diǎn)，保證了鉆頭的機(jī)械鉆速及鉆進(jìn)效率。
[0010]三、表鑲孕鑲相結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):采用表鑲天然金剛石加人造孕鑲金剛石相結(jié)合在鉆頭工作時(shí)產(chǎn)生的切削齒，在表層天然金剛石消耗完后鉆頭仍可利用孕鑲層鉆頭胎體繼續(xù)工作，從而使鉆頭壽命和進(jìn)尺速度大幅度提高；此外，配合利用階梯狀鉆頭凸齒及鉆頭胎體上呈螺旋式陣列的金剛石，在鉆進(jìn)過程中有效提高增加了螺旋式切削齒的切削效率，同時(shí)也更加提聞了鉆進(jìn)的速率。
[0011]四、鉆頭水力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):優(yōu)化鉆頭胎體的水力結(jié)構(gòu)，采用大直徑底噴式、深流道輻射狀水路，充分滿足鉆頭冷卻和井底排屑要求，同時(shí)保徑部位將水路流道槽合并加寬,保證鉆頭胎體的清潔，以及鉆頭胎體的及時(shí)有效降溫；同時(shí)保證工作過程中產(chǎn)生的每一個(gè)切削齒都能得到有效的冷卻，延長(zhǎng)切削齒的壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
[0013]圖1是本實(shí)用新型提供的金剛石鉆頭的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是圖1提供的金剛石鉆頭的部分剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0016]請(qǐng)一并參閱圖1和圖2，其中圖1為本實(shí)用新型提供的金剛石鉆頭的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1提供的金剛石鉆頭的部分剖視圖。所述金剛石鉆頭I包括鉆頭鋼體11和鉆頭胎體13，所述鉆頭鋼體11通過燒結(jié)方式與所述鉆頭胎體13實(shí)現(xiàn)連接。
[0017]所述鉆頭鋼體11為空心圓柱體，所述鉆頭鋼體11的一端環(huán)形面通過燒結(jié)方式連接所述鉆頭胎體13的一端面。
[0018]所述鉆頭胎體13的另一端面沿徑向方向設(shè)有多個(gè)階梯狀凸齒131，多個(gè)所述階梯狀凸齒131圍成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。所述相鄰階梯狀凸齒之間設(shè)有過水槽133 ;所述階梯狀凸齒131表鑲有螺旋式排列的天然金剛石顆粒135。
[0019]所述過水槽133的深度大于所述凸齒131的高度，所述過水槽133連通所述鉆頭鋼體11的內(nèi)腔和外側(cè)。
[0020]所述鉆頭胎體13的配方是由不同比例的碳化鎢硬質(zhì)合金粉，另添加入適量鈷、鎳、銅、硅等組成，此外，還在常規(guī)的胎體粉末中添加了一定量的稀土。所述鉆頭胎體13孕鑲有陣列式排列并均勻混合的人造金剛石顆粒136和天然金剛石顆粒135。
[0021]本實(shí)用新型提供的金剛石鉆頭I的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，所述金剛石鉆頭I包括空心圓柱體的鉆頭鋼體11和鉆頭胎體13，所述鉆頭鋼體11的一端面通過燒結(jié)方式連接所述鉆頭胎體13的一端面，所述鉆頭胎體13的另一端面沿徑向方向設(shè)有多個(gè)階梯狀凸齒131并圍成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述階梯狀凸齒131之間設(shè)有過水槽133，所述凸齒131表鑲有螺旋式排列的天然金剛石顆粒135，所述鉆頭胎體13孕鑲有人造金剛石顆粒136和天然金剛石顆粒135。因此，所述金剛石鉆頭在以下方面具有優(yōu)點(diǎn):
[0022]一、鉆頭胎體配方:所述鉆頭胎體13配方是由不同比例的碳化鎢硬質(zhì)合金粉，另添加入適量鈷、鎳、銅、硅等組成。通過對(duì)常規(guī)的胎體粉末添加一定量的稀土來改善胎體的力學(xué)性能和均勻度，同時(shí)提高所述鉆頭胎體13對(duì)人造金剛石顆粒136和天然金剛石顆粒135的包鑲能力。
[0023]二、凸齒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):選擇階梯狀凸齒131的環(huán)形結(jié)構(gòu)，使得不同環(huán)形平面上階梯狀凸齒131的曲線過渡平穩(wěn)，可以防止部分切削齒受力不均導(dǎo)致鉆頭先期損壞，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命；通過加長(zhǎng)了外側(cè)凸齒131的外曲線的長(zhǎng)度，增大了布齒的空間；此外，通過過水槽133的設(shè)計(jì)，增加了凸齒131與待鉆面的接觸點(diǎn)，保證了所述金剛石鉆頭I的機(jī)械鉆速及鉆進(jìn)效率。
[0024]三、表鑲孕鑲相結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):采用表鑲天然金剛石加人造孕鑲金剛石相結(jié)合在鉆進(jìn)工作時(shí)產(chǎn)生的切削齒，在表層天然金剛石消耗完后鉆頭仍可利用孕鑲層鉆頭胎體13繼續(xù)工作，從而使所述金剛石鉆頭I壽命和進(jìn)尺速度大幅度提高；此外，配合利用階梯狀鉆頭凸齒131及鉆頭胎體13上呈螺旋式陣列的金剛石，在鉆進(jìn)過程中有效提高增加了螺旋式切削齒的切削效率，同時(shí)也更加提高了鉆進(jìn)的速率。
[0025]四、鉆頭水力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):優(yōu)化鉆頭胎體13的水力結(jié)構(gòu)，采用大直徑底噴式、深流道輻射狀水路，充分滿足所述金剛石鉆頭I冷卻和井底排屑要求，同時(shí)保徑部位將水路流道槽合并加寬，保證鉆頭胎體13的清潔和及時(shí)有效的降溫；同時(shí)保證工作過程中產(chǎn)生的每一個(gè)切削齒都能得到有效的冷卻，延長(zhǎng)切削齒的壽命。
[0026]以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種金剛石鉆頭，包括鉆頭鋼體和鉆頭胎體，所述鉆頭鋼體為空心圓柱體，所述鉆頭鋼體的一端面通過燒結(jié)方式連接所述鉆頭胎體的一端面，其特征在于:所述鉆頭胎體的另一端面沿徑向方向設(shè)有多個(gè)階梯狀凸齒并圍成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述階梯狀凸齒之間設(shè)有過水槽，所述凸齒表鑲有螺旋式排列設(shè)置的天然金剛石顆粒，所述鉆頭胎體孕鑲設(shè)置有人造金剛石顆粒和天然金剛石顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭，其特征在于:所述鉆頭胎體孕鑲設(shè)置的人造金剛石顆粒和天然金剛石顆粒均勻混合并陣列式排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭，其特征在于:所述過水槽連通所述鉆頭鋼體的內(nèi)腔和外側(cè)。
【文檔編號(hào)】E21B10/46GK204024487SQ201420447661
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】蔣文峰, 鎖銀飛, 鄒鋒, 胡朝輝, 劉若飛, 于錦 申請(qǐng)人:湖南飛碟新材料有限責(zé)任公司