金剛石鉆頭材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金剛石鉆頭材料，特別是一種用于鉆進(jìn)堅(jiān)硬致密地層的金剛石鉆頭材料，本發(fā)明還涉及一種上述金剛石鉆頭材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在鉆探施工中，金剛石鉆頭是最重要的直接破碎地層巖石的工具，金剛石鉆頭的性能極大地影響著鉆進(jìn)速度和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)鉆進(jìn)未風(fēng)化致密的石英巖、碧玉巖、隧石等巖石時，金剛石鉆頭一般鉆進(jìn)零點(diǎn)幾米以后，金剛石鉆頭在孔底不進(jìn)尺出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。造成這種現(xiàn)象是由于巖石堅(jiān)硬致密，對金剛石顆粒磨損較快，金剛石顆粒的棱角磨鈍，就會增大金剛石顆粒與巖石的接觸面積，由于金剛石鉆機(jī)施加給鉆頭的壓力有限，金剛石顆粒施加給巖石的壓力達(dá)不到巖石的破碎強(qiáng)度，金剛石顆粒就不能切入巖石或切入巖石很少，那么所產(chǎn)生的巖粉也就很少，巖粉少，鉆頭胎體也就磨損慢，磨鈍的金剛石顆粒不能脫落，新的鋒利金剛石顆粒不能出露，使得金剛石鉆頭鉆速越來越低，甚至不進(jìn)尺，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)鉆進(jìn)這種打滑層的金剛石鉆頭，基本采用軟胎體材料和細(xì)顆粒金剛石，但做出的金剛石鉆頭不是壽命短就是時效低，不能很好地解決問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種金剛石鉆頭材料，其在鉆進(jìn)堅(jiān)硬致密地層時，金剛石顆粒在鉆進(jìn)過程中可適時脫落和出露，有效提高鉆進(jìn)速度和鉆進(jìn)效率。
[0004]本發(fā)明提供了一種金剛石鉆頭材料，包括胎體和彌散于所述胎體中的金剛石包鑲顆粒，金剛石包鑲顆粒包括金剛石顆粒、包鑲在金剛石顆粒表面的第一包鑲層、和包鑲在第一包鑲層外的第二包鑲層，第一包鑲層的包鑲材料為石墨粉，第二包鑲層的包鑲材料為石墨粉和碳化鎢粉的混合物。
[0005]本發(fā)明還提供了一種金剛石鉆頭材料的制備方法，包括如下步驟:使金剛石顆粒在石墨粉中滾動，石墨粉藉由粘結(jié)劑粘覆于金剛石顆粒表面，形成包鑲有第一包鑲層的初次包鑲顆粒；將石墨粉和碳化鎢粉混合，得到第二包鑲材料；使初次包鑲顆粒在第二包鑲材料中滾動，第二包鑲材料藉由粘結(jié)劑粘覆于初次包鑲顆粒的表面，得到包鑲有第二包鑲層的最終包鑲顆粒；將最終包鑲顆粒與形成胎體的材料混合，后經(jīng)裝模、燒結(jié)處理，最終包鑲顆粒形成金剛石包鑲顆粒，胎體和彌散于其中的金剛石包鑲顆粒形成金剛石鉆頭材料。
[0006]先將石墨粉包鑲至金剛石顆粒表面，再用含有石墨粉和碳化鎢粉的混合包鑲材料包鑲，可以保證磨鈍后的金剛石顆粒不斷脫落，新的金剛石顆粒不斷出露，形成良性循環(huán)，保證鉆頭唇面有足夠的金剛石破碎巖石，而且由于金剛石顆粒的不斷出露和脫落，可提高在堅(jiān)硬致密地層的鉆進(jìn)時效。
[0007]下文將以明確易懂的方式，結(jié)合【附圖說明】優(yōu)選實(shí)施例，對金剛石鉆頭及其制作方法的上述特性、技術(shù)特征、優(yōu)點(diǎn)及其實(shí)現(xiàn)方式予以進(jìn)一步說明。
【附圖說明】
[0008]以下附圖僅對本發(fā)明專利做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。
[0009]圖1用于說明金剛石鉆頭材料的一種示意性實(shí)施方式的局部剖視結(jié)構(gòu)。
[0010]圖2是用于說明金剛石鉆頭材料制備方法中最后包鑲顆粒的制備設(shè)備。
[0011]圖3用于說明一種金剛石包鑲強(qiáng)度的測試設(shè)備。
[0012]圖4用于說明本發(fā)明金剛石包鑲強(qiáng)度的顯微圖。
[0013]標(biāo)號說明 10胎體
12唇面 20金剛石顆粒 21第一包鑲層 22第二包鑲層 52調(diào)速電機(jī) 54轉(zhuǎn)筒 56機(jī)架 61砂筒 62空氣壓縮機(jī) 63砂量控制開關(guān) 64安裝架
65噴嘴 70鉆頭。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了對發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)結(jié)合以下實(shí)施例說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0015]圖1用于說明金剛石鉆頭材料的一種示意性實(shí)施方式的局部剖視結(jié)構(gòu)。如圖1所示，金剛石鉆頭材料包括胎體10和彌散于胎體10中的金剛石包鑲顆粒。金剛石包鑲顆粒包括金剛石顆粒20，包鑲在金剛石顆粒20表面的第一包鑲層21，包鑲在第一包鑲層21外的第二包鑲層22。第一包鑲層21的包鑲材料為石墨粉。第二包鑲層22的包鑲材料為石墨粉、和碳化鎢粉的混合物。在金剛石鉆頭的鉆進(jìn)過程中，其與巖石層接觸的唇面12會不斷磨損，由于采用了與與金剛石粘結(jié)強(qiáng)度不太高的碳化鎢，金剛石包鑲顆粒的包鑲強(qiáng)度低，鉆進(jìn)過程中，已出露的金剛石包鑲顆粒比較容易脫落。
[0016]本發(fā)明還包括上述金剛石鉆頭材料的制備方法。圖2是最終包鑲顆粒的制造設(shè)備，其包括調(diào)速電機(jī)52、轉(zhuǎn)筒54和機(jī)架56。參見圖1和圖2，該設(shè)備按如下步驟制造上述金剛石的最終包鑲顆粒:金剛石顆粒20放置在轉(zhuǎn)筒54中，調(diào)整電機(jī)52帶動其中轉(zhuǎn)筒中滾動，并逐漸向轉(zhuǎn)筒54中加入石墨粉和粘結(jié)劑(如乙二醇)，隨著轉(zhuǎn)筒54的轉(zhuǎn)動和粘結(jié)劑的作用，金剛石顆粒20的表面逐漸包裹上石墨粉，形成包鑲有第一包鑲層21的初次包鑲顆粒；然后再在轉(zhuǎn)筒54中逐漸加入石墨粉和碳化鎢粉的混合物，并加入粘結(jié)劑，隨著轉(zhuǎn)筒54的轉(zhuǎn)動和粘結(jié)劑的作用，初次包鑲顆粒的表面上粘覆石墨粉和碳化鎢粉的混合物，得到包鑲有第二包鑲層22的最終包鑲顆粒。然后將最終包鑲顆粒與形成胎體10的材料(如合金材料)混合，再經(jīng)裝模、燒結(jié)處理等，最終包鑲顆粒形成金剛石包鑲顆粒，胎體10和彌散于其中的金剛石包鑲顆粒形成可用于制作金剛石鉆頭的金剛石鉆頭材料。
[0017]圖3提供了一種可檢驗(yàn)金剛石包鑲強(qiáng)度的測試設(shè)備，其包括砂筒61、空氣壓縮機(jī)62、砂量控制開關(guān)63、噴嘴65、安裝架64等組成，用于檢測鉆頭70上的金剛石包鑲顆粒的強(qiáng)度。具體來說，空氣壓縮機(jī)62產(chǎn)生的高壓空氣，通過高壓管輸送到砂筒61，砂筒61下端的砂量控制開關(guān)63控制出砂量，噴砂經(jīng)噴嘴65噴出。金剛石鉆頭70安裝在安裝架64上，安裝架可沿一個導(dǎo)軌移動，從而調(diào)節(jié)噴砂距離。通過調(diào)節(jié)氣體壓力、氣體流量、砂量、噴砂距離，可以準(zhǔn)確檢測金剛石包鑲強(qiáng)度。
[0018]圖4提供了采用上述測試設(shè)備檢測的金石鉆頭表面的顯微照片。圖中可見有五處金剛石包鑲顆粒脫落之處(見圖中圓圈所示的部分)。由此可見，先將石墨粉包鑲至金剛石顆粒表面，再用石墨粉和碳化鎢粉的混合物包鑲，可以保證磨鈍后的金剛石包鑲顆粒不斷脫落，新的金剛石包鑲顆粒不斷出露，形成良性循環(huán)，保證有足夠的金剛石破碎巖石，提高金剛石鉆頭在堅(jiān)硬致密地層的鉆進(jìn)效率。
[0019]在本文中，“示意性”表示“充當(dāng)實(shí)例、例子或說明”，不應(yīng)將在本文中被描述為“示意性”的任何實(shí)施方式解釋為一種更優(yōu)選的或更具優(yōu)點(diǎn)的技術(shù)方案。
[0020]應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書是按照各個實(shí)施例描述的，但并非每個實(shí)施例僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
[0021 ] 上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實(shí)施例的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方案或變更，如特征的組合、分割或重復(fù)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.金剛石鉆頭材料，包括胎體(10)，和彌散于所述胎體(10)中的金剛石包鑲顆粒，其特征在于，所述金剛石包鑲顆粒包括: 金剛石顆粒(20)； 包鑲在所述金剛石顆粒(20)表面的第一包鑲層(21)，所述第一包鑲層(21)的包鑲材料為石墨粉；和 包鑲在所述第一包鑲層(21)外的第二包鑲層(22)，所述第二包鑲層(22)的包鑲材料為石墨粉和碳化鎢粉的混合物。2.如權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭材料的制備方法，其特征在于包括: 使所述金剛石顆粒(20)在石墨粉中滾動，石墨粉藉由粘結(jié)劑粘覆于所述金剛石顆粒表面，形成包鑲有所述第一包鑲層(21)的初次包鑲顆粒； 將石墨粉和碳化鎢粉混合，得到第二包鑲材料； 使所述初次包鑲顆粒在所述第二包鑲材料中滾動，第二包鑲材料藉由粘結(jié)劑粘覆于所述初次包鑲顆粒的表面，得到包鑲有所述第二包鑲層(22)的最終包鑲顆粒； 將所述最終包鑲顆粒與形成所述胎體(10)的材料混合，后經(jīng)裝模、燒結(jié)處理，所述最終包鑲顆粒形成所述金剛石包鑲顆粒，所述胎體(10)和彌散于其中的所述金剛石包鑲顆粒形成所述的金剛石鉆頭材料。
【專利摘要】金剛石鉆頭材料，包括胎體（10）和彌散于其中的金剛石包鑲顆粒，金剛石包鑲顆粒包括金剛石顆粒（20）、包鑲在金剛石顆粒表面的第一包鑲層（21）、包鑲在第一包鑲層外的第二包鑲層（22），第一包鑲層的包鑲材料為石墨粉，第二包鑲層的包鑲材料為石墨粉和碳化鎢粉的混合物。這種金剛石鉆頭材料可以有效降低胎體對金剛石顆粒的包鑲強(qiáng)度，使金剛石顆粒在工作過程中容易脫落和出露，有效提高鉆進(jìn)速度和鉆進(jìn)效率。本發(fā)明還提供了這種金剛石鉆頭材料的制備方法。
【IPC分類】B22F7/06, E21B10/46
【公開號】CN104929525
【申請?zhí)枴緾N201410097012
【發(fā)明人】張津偉, 楊俊德, 楊春, 宋玉印, 許華松, 熊海書, 吳水林, 陽響平, 白玨
【申請人】中礦資源勘探股份有限公司, 長沙中大冶金設(shè)備有限公司, 武漢金地探礦機(jī)械有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2014年3月17日