專利名稱：一種新型刮刀鉆頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種能自然形成突出的圓弧狀切削刃，并通過控制刀片本體材料的磨損速度限定切削刃高度的三刮刀鉆頭及其制造方法，用于石油、地質(zhì)鉆探行業(yè)鉆井作業(yè)。
目前的聚晶人造金剛石刮刀鉆頭，其結(jié)構(gòu)設(shè)計是鑲嵌硬質(zhì)材料的型式為槽孔交錯，三層硬質(zhì)材料布置，鉆頭的主要切削元件為φ6×6mm圓柱聚晶人造金剛石，采用二次燒結(jié)，或稱二次焊接制造工藝。這種設(shè)計和制造方法，雖然鉆頭的壽命長，進(jìn)尺高，但存在的主要問題是使用中金剛石的碎、斷、裂、脫嚴(yán)重，金剛石的利用率低，用量大、鉆頭的造價高;刀片表敷硬質(zhì)合金層也經(jīng)常出現(xiàn)大面積的從焊接面處掉落。另外，由于刀片長、噴射距離大、鉆頭的水力破巖作用得不到應(yīng)有的發(fā)揮。這些問題的主要原因是結(jié)構(gòu)設(shè)計、硬質(zhì)材料的布置不合理及焊接強度低、鉆頭質(zhì)量不穩(wěn)定所致。
本發(fā)明的目的是針對上述缺點，提出一種適用于鉆井作業(yè)使用的聚晶人造金剛石刮刀鉆頭及其制造方法，避免或減少目前聚晶人造金剛石刮刀鉆頭，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計，硬質(zhì)材料布置不合理和制造工藝上的不足，鉆頭使用中出現(xiàn)的金剛石的碎、斷、裂、脫現(xiàn)象，提高金剛石的利用率，降低鉆頭的制造成本，確保鉆頭的質(zhì)量，使之適應(yīng)快速低耗鉆井工作的要求。
本發(fā)明采用圓片聚晶人造金剛石[7]擺放在鉆頭刀片階梯槽[8]內(nèi)上部，階梯槽[8]內(nèi)中部、下部及刀片[4]表面擺放硬質(zhì)合金[9];三個刀片[4]階梯槽[8]的布置其中二個刀片[4]相同，另一個刀片[4]的階梯槽[8]位于其它二個刀片[4]的兩槽之間，刀片的階梯槽[8]型式是與水平面夾角為30°～60°，斷面形狀為二階梯;階梯槽[8]內(nèi)圓片聚晶人造金剛石[7]、硬質(zhì)合金[9]擺放后的空隙和它們的相互之間充填W1C、WC、Si、Ni、Mn配制成的粉料[6]，刀片[4]表敷硬質(zhì)合金[9]層的上面撒放0.3～0.5mm厚粒徑0.1～0.3mm的WC粉。
本發(fā)明的另一方面是提供制造新型三刮刀鉆頭的工藝方法。根據(jù)浸焊原理，這種方法是采用Cu、Ni、Mn、Zn合金元素組成的熔點為850℃-950℃和960℃-1100℃的焊料和多錐孔石墨板構(gòu)件，石墨模具保護(hù)，二元斷續(xù)、多點集中浸漬焊接一次燒結(jié)成型工藝方法。該方法燒結(jié)過程中，焊料能夠形成二元斷續(xù)的滲入過程和多點集中的滲入方式，解決了無壓浸漬焊接工藝焊料擴散流失工藝難以實現(xiàn)的問題，克服了目前聚晶人造金剛石刮刀鉆頭焊接強度低，鉆頭質(zhì)量不穩(wěn)定的缺點。


圖一、鉆頭結(jié)構(gòu)示意二、鉆頭右視示意三、鉆頭刀片硬質(zhì)材料布置示意圖1、鉆頭上體;2、下體;3、水眼;4、刀片;5、連接螺紋;6、粉料;7、圓片聚晶人造金剛石;8、階梯槽;9、硬質(zhì)合金;10、圓柱聚晶人造金剛石;11、硬質(zhì)合金;
現(xiàn)結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
按圖三所示，先將保徑的圓柱聚晶人造金剛石[10]和硬質(zhì)合金[11]裝入刀片[4]的側(cè)部孔內(nèi)，再把刀片[4]裝入石墨模具內(nèi)，刀片[4]周圍和模具間的縫隙用石墨紙?zhí)畛浜?，依次擺放階梯槽[8]內(nèi)硬質(zhì)合金[9]、圓片聚晶人造金剛石[7]和刀片[4]表面硬質(zhì)合金[9]。在擺放各種硬質(zhì)材料的同時，將槽內(nèi)的空隙和它們的相互之間充填W1C、WC、Si、Ni、Mn配制成的粉料[6]，然后在刀片[4]表敷硬質(zhì)合金[9]的上面撒放0.3～0.5mm厚粒徑0.1～0.3mm的WC粉。加以輕微振動后，將多錐孔石墨板放置在刀片[4]上面，合金焊料放在石墨板上面，焊料的上面放硼砂焊劑，進(jìn)爐預(yù)熱、燒結(jié)。最后按圖一所示，將水眼[3]銅焊在下體[2]的錐孔內(nèi)，再與上體[1]組焊為一體銑出組裝刀片[4]的側(cè)部槽與刀片[4]組焊。
按本發(fā)明制造的圓片聚晶人造金剛石刮刀鉆頭，焊接強度高，制造成本低，鉆速快，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
權(quán)利要求
1.一種由鉆頭上體[1]、下體[2]、水眼[3]和刀片[4]四部分焊接組成的三刮刀鉆頭及其制造方法，其特征在于圓片聚晶人造金剛石[7]擺放在鉆頭刀片[4]階梯槽[8]內(nèi)上部，階梯槽[8]內(nèi)中部、下部及刀片[4]表面擺放硬質(zhì)合金[9]，三個刀片[4]階梯槽[8]的布置其中二個刀片[4]相同，另一個刀片[4]的階梯槽[8]位于其它二個刀片[4]的兩槽之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮刀鉆頭及其制造方法，其特征在于刀片[4]的階梯槽[8]型式是與水平面夾角為30°～60°，斷面形狀為二階梯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的刮刀鉆頭及其制造方法，其特征在于階梯槽[8]內(nèi)圓片聚晶人造金剛石[7]、硬質(zhì)合金[9]擺放后的空隙和它們的相互之間充填W1C、WC、Si、Ni、Mn配制成的粉料[6]，刀片[4]表敷硬質(zhì)合金[9]層的上面撒放0.3～0.5mm厚粒徑0.1～0.3mm的WC粉。
4.根據(jù)權(quán)力要求1所述的三刮刀鉆頭的制造方法是石墨模具保護(hù)，二元斷續(xù)、多點集中浸漬焊接一次燒結(jié)成型。
5.根據(jù)權(quán)力要求4所述三刮刀鉆頭的制造方法，其特征在于采用Cu、Ni、Mn、Zn合金元素組成的熔點為850℃-950℃和960℃-1100℃的焊料和多錐孔石墨板構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明是用于石油、地質(zhì)鉆探行業(yè)的一種新型三刮刀鉆頭及其制造方法，其特點是圓片聚晶人造金剛石擺放在刀片的階梯槽內(nèi)；三個刀片階梯槽的布置其中二個刀片相同，另一刀片的階梯槽位于其它二個刀片的兩槽之間；采用多種合金元素組成的兩種熔點的焊料和多錐孔石墨板構(gòu)件，石墨模具保護(hù)，二元斷續(xù)，多點集中浸漬焊接一次燒結(jié)成型。這種鉆頭焊接強度高，制造成本低，鉆速快，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
文檔編號E21B10/26GK1065316SQ9110636
公開日1992年10月14日 申請日期1991年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月28日
發(fā)明者張新岳, 賈久來, 陳書德 申請人:勝利石油管理局鉆井工藝研究院