[发明专利]一种坚硬打滑地层金刚石复合钻头及其制备方法

说明书

一种坚硬打滑地层金刚石复合钻头及其制备方法，属于钻井技术领域，本发明提出的钻头是由刚体和孕镶块切削刀翼组成，孕镶块切削刀翼固定设置在刚体的端面上，数量为复数个，在任意相邻两个孕镶块切削刀翼之间设置有扇形水口，孕镶块切削刀翼的唇面具有坡度，且唇面上设有波纹形沟槽；在孕镶块切削刀翼切削端镶嵌一层金刚石切削条，金刚石切削条呈负切削角布置在孕镶块切削刀翼上，孕镶块切削刀翼的胎体和金刚石切削条硬度不同，本发明还提出了制备所述的钻头的方法，本发明波纹形沟槽提高切削岩石效率和排屑效果，金刚石切削条和孕镶金刚石合理的排布，加以运用孕镶块切削刀翼的胎体和金刚石切削条硬度不同，有效提高钻头寿命和钻进效率。

技术领域

本发明属于钻井技术领域，涉及一种钻头，特别涉及一种保持持续破碎能力的用于钻进坚硬打滑地层的孕镶金刚石钻头及其制备方法。

背景技术

坚硬、弱研磨性岩层,又称“打滑”地层,坚硬“打滑”地层钻进一直以来是钻进工作的一项难题。它的特点是岩石致密完整，抗压入硬度高，一般钻头钻进时效极低，极易被抛光，出现钻头不进尺的打滑现象。随着深部找矿工作的开展，这种极难钻进的地层出现的深度、频率及厚度都在增加，如何有效地解决这一难题显得日益突出和重要。孕镶金刚石钻头的碎岩过程是多种碎岩方式有机组合的反映，并随着岩石性质、工作状态等因素的改变而变化。在现有技术中，多数学者的研究表明，在坚硬“打滑”地层钻进，孕镶金刚石钻头的碎岩过程是以微切削刻划破碎和磨粒磨损研磨性破碎为主的组合。

目前，针对“打滑”地层金刚石钻头钻进打滑问题，常规处理方法包括:

1、金刚石钻头人工出刃采取打磨法、喷砂法、唇面酸蚀法、孔底投砂研磨和冲洗液中加砂等都辅助手段磨损钻头胎体来实现金刚石钻头出刃。

2、软胎体钻头钻进打滑地层时,人们往往为了加快胎体磨耗,加速金刚石出刃,采取降低胎体硬度的办法。

3、异型唇面钻头主要指高低刃金刚石钻头和同心圆尖齿钻头,其设计指导思想是要减少钻头唇面与孔底岩石面之间的接触面积,提高金刚石钻头唇面对岩石的单位面积压力。

但上述几种常规的处理方法存在以下问题：金刚石钻头人工出刃方法只是解决打滑问题的一种应急辅助手段,不是根本的解决方法。实践证明,用软胎体克服钻头打滑现象效果并不好。异型唇面钻头唇面齿磨损后,钻头唇面与岩石接触面积逐渐增大,钻头的比压下降,整个钻头的大部分钻进时间同普通钻头没有太大的区别。

普通孕镶金刚石钻头由于采用微切削和磨削碎岩，需要较大钻压及较高转速，金刚石切刃升温快，尖齿容易被磨平、抛光，钻速下降快，失去钻进能力。

发明内容

为了钻进坚硬的打滑地层，提高钻头的持续破碎岩石的能力,提高钻进效率，本发明提出了一种坚硬打滑地层金刚石复合钻头及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提出了一种坚硬打滑地层金刚石复合钻头，是由刚体和孕镶块切削刀翼组成，其特征是：所述孕镶块切削刀翼固定设置在刚体的端面上，数量为复数个，在任意相邻两个孕镶块切削刀翼之间设置有扇形水口，孕镶块切削刀翼由胎体和孕镶在胎体上的金刚石颗粒构成，其中金刚石颗粒含量的体积百分比为20％，粒度为35目～40目，所述孕镶块切削刀翼的唇面具有坡度，且唇面上设有波纹形沟槽；在所述孕镶块切削刀翼切削端镶嵌一层金刚石切削条，金刚石切削条呈负切削角布置在孕镶块切削刀翼上，金刚石切削条的切削方向与钻头轴线成5°～30°夹角，金刚石切削条为PCD金刚石切削条或CVD金刚石切削条。

优选的，所述孕镶块切削刀翼的唇面形状为直线段与圆弧线段结合组成的形状，其中直线段与圆弧线段相切，直线段与钻头轴线成60°～85°夹角，圆弧线段的半径大于孕镶块切削刀翼沿钻头径向的厚度。

优选的，所述孕镶块切削刀翼的唇面形状呈弧形，且弧形的曲率半径大于孕镶块切削刀翼沿钻头径向的厚度。

所述金刚石切削条为金刚石切削锯片，且金刚石切削锯片呈前后依序错位排列布置。