[发明专利]一种保持持续破碎能力的自锐孕镶人造金刚石钻头

说明书

技术领域

本发明涉及地质勘探取芯用工具，具体涉及一种保持持续破碎能力的自锐孕镶人造金刚石钻头。

背景技术

孕镶金刚石地质钻头依靠自磨出刃破碎岩石，孕镶钻头胎体用于包镶金刚石并连接钢体，它的任务在于使孕镶的金刚石微露使之磨削岩石，而又能保护金刚石不致脱落。在正常钻进过程中胎体磨损应适当超前于金刚石，如果胎体不磨损或磨损极慢，则金刚石出刃甚微，发挥不了它的磨削能力，钻进效率低。如果胎体磨损太快，则造成金刚石过早脱粒和崩刃，迅速失去钻进能力。

在岩芯钻探中，经常会遇到坚硬致密弱研磨性的打滑地层，在这种地层钻进，金刚石钻头在岩石上打滑不进尺或进尺极慢。一旦发生打滑现象，即使这种岩层只有几米或十几米也要耗费大量时间，导致整个钻孔施工周期延长，勘探成本增高。目前人们解决钻进时钻头打滑问题的方法主要有如下四种：①软胎体钻头法：即用不耐磨的软胎体作为孕镶孕镶钻头的胎体，但软胎体容易磨损，寿命低。甚至变形而导致钻头无法使用。②人工孔底投砂研磨法：但由于人工孔底投砂随意性大，如果投砂量过多，或投砂研磨的时间掌握不好，会导致钻头的磨损加快，降低钻头寿命。③异形唇面钻头法。即制造异形唇面胎体的钻头。但该类钻头在异形唇面磨平后钻速迅速下降，其优势不复存在，与普通钻头没有两样。④弱包镶金刚石钻头法。该法对金刚石采用弱包镶工艺。钻头在钻进中金刚石从胎体中容易脱落，磨损胎体，能提高钻头的时效，但钻头的寿命降低。

广泛发育的坚硬致密弱研磨性的打滑地层钻进一直是一个难题。

发明内容

为了钻进坚硬致密弱研磨性的打滑地层，提高钻头的持续破碎岩石的能力，提高钻进效率，本发明提出一种保持持续破碎能力的自锐孕镶人造金刚石钻头。

钻头在钻进硬地层时出现钻头打滑现象，是由于出露的金刚石的磨损后，钻头胎体未及时磨损使孕镶的金刚石出露，当金刚石施加于岩石表面上的压力小于岩层的抗压强度时，金刚石就不能有效地破碎岩石，表现为不进尺、打滑。

一种保持持续破碎能力的自锐孕镶人造金刚石钻头，所述钻头包括基体、胎体工作层和胎体非工作层；所述的胎体非工作层用于连接胎体工作层和基体；所述胎体工作层的胎体内具有主、辅磨料；所述的主磨料为人造金刚石；所述辅磨料为胎体中包镶的脆性自锐材料；所述的脆性自锐材料为碳化硅、碳化钨、氮化硅、刚玉、碳化硼中的一种或两种易破碎且具有一定研磨能力的磨料的混合物；所述脆性自锐材料为具有棱角的任意形状，所述的脆性自锐材料贯穿整个胎体工作层；钻头工作层的胎体内主、辅磨料二者有机结合，使钻头性能得以改善，并提高钻头寿命和钻进时效，解决坚硬致密弱研磨性岩层钻进时存在的“打滑”问题。

胎体工作层内的主磨料为人造金刚石，牢牢地包裹在胎体材料中，不容易脱落，作为钻头工作层的主要碎岩材料，用以切削岩石。金刚石工作时间延长，能大大提高钻头寿命。胎体工作层内的辅磨料采用碳化硅、碳化钨、氮化硅、刚玉、碳化硼中的一种或两种的混合物，为次要碎岩材料，主要用以实现胎体自锐。在钻头胎体中有序包镶具有棱角的脆性自锐材料，脆性自锐材料有序的配合金刚石共同工作，辅磨料脆性高，强度低，与胎体结合力差；钻进过程中辅磨料易从胎体材料中脱落而进入孔底磨损胎体，破碎-脱离-研磨，持续交替作用于胎体唇面，使主磨料适时出露而切削岩石，提高钻头工作时新陈代谢能力，保持唇面金刚石合理的出刃，提供持续破碎岩石的能力。

附图说明

图1是本发明实施例1钻头工作层的示意图。

图2为图1的横剖面图。

图3是本发明实施例2钻头工作层的示意图。

图4为图3的横剖面图。

图5是本发明实施例3钻头工作层的示意图。

图6为图5的横剖面图。

图中，1、胎体，2、脆性自锐材料，3、人造金刚石。

具体实施方式

结合实施例对本发明加以说明：

如图1、图2所示，一种保持持续破碎能力的自锐孕镶人造金刚石钻头，所述钻头的主体结构与现有的人造金刚石钻头相同，包括有基体、胎体工作层和胎体非工作层；所述的胎体非工作层用于连接胎体工作层和基体；所述胎体材料与现有人造金刚石钻头的胎体材料相同，包括铜、铁、钴、锰、锌等元素；图1、图2仅给出钻头的胎体工作层的示意；所述胎体工作层的胎体内具有主、辅磨料；所述的主磨料为胎体中包镶的人造金刚石3；所述辅磨料为胎体中包镶的脆性自锐材料2；所述的脆性自锐材料为碳化硅、碳化钨、氮化硅、刚玉、碳化硼中的一种或两种易破碎且具有一定研磨能力的磨料的混合物；所述脆性自锐材料为具有棱角的任意形状，所述的脆性自锐材料贯穿整个胎体工作层。

图3、图4和图5、图6给出钻头胎体工作层内主、辅磨料的分布的示意；所述的脆性自锐材料2贯穿胎体的整个工作层，脆性自锐材料2在胎体1内有序排列分布：脆性自锐材料2在胎体1内为上下多层排列且沿胎体圆周多层排列。