[发明专利]超高工作层渐开式水口孕镶金刚石钻头及其制备方法

权利要求书

1.超高工作层渐开式水口孕镶金刚石钻头，其特征在于：包括钢体（1）及连接在钢体（1）上端的钻头工作部；

钻头工作部的水口内竖直交替分布有多个第一阻泥浆结构（19）和多个第二阻泥浆结构（20）；

第一阻泥浆结构（19）和第二阻泥浆结构（20）为中空立方体，第一阻泥浆结构（19）和第二阻泥浆结构（20）中空内部构成中间流道（18）；

第一阻泥浆结构（19）和第二阻泥浆结构（20）上位于钻头内径侧和钻头外径侧分别设有贯通U型槽（29）和矩形孔（30），U型槽（29）内设有阻水片（31），阻水片（31）中心与内齿间第一层加强（12）中心在一条直线上，U型槽（29）长度与同一水口内两个层加强之间距离相等；

钻头工作部的外水道（2）和内水道（17）与中间流道（18）连通，无论是正循环还是反循环，钻井液均能够顺利通过；

钻头工作部上相邻两个水口内依次交替分布有内齿间第一层加强（12）和内齿间第二层加强（13），第二阻泥浆结构（20）上表面与内齿间第一层加强（12）上表面齐平，第一阻泥浆结构（19）上表面与内齿间第二层加强（13）上表面齐平；

内齿间第一层加强（12）与内齿间第二层加强（13）之间纵向距离不小于3mm，内齿间第一层加强（12）上表面与切削齿上表面不平齐，外齿间第一层加强（25）上表面与切削齿上表面平齐，外齿间第一层加强（25）下表面与内齿间第一层加强（12）下表面平齐，外齿间第二层加强（26）与内齿间第二层加强（13）平齐；

第一层外保径（3）和第一层内保径（21）分别设置在与内齿间第一层加强（12）平齐的切削齿上，第二层外保径（4）和第二层内保径（22）分别设置在与内齿间第二层加强（13）平齐的切削齿上；

在内齿间第一层加强（12）或者内齿间第二层加强（13）刚好完全磨损时，第二阻泥浆结构（20）上的或者第一阻泥浆结构（19）上的贯通U型槽（29）的U型口处仅有的连接点被磨损殆尽，阻水片（31）自动脱落，并在泵压下沿钻头径向向外被推出，生成新水口。

2.根据权利要求1所述的超高工作层渐开式水口孕镶金刚石钻头，其特征在于：所述的切削齿包括设置在内齿单元（7）、中间齿单元（8）和外齿单元（9），内齿单元（7）与中间齿单元（8）和中间齿单元（8）与外齿单元（9）间设有弱化槽（10），内齿单元（7）、中间齿单元（8）和外齿单元（9）上连接有齿单元加强筋（11）。

3.根据权利要求1所述的超高工作层渐开式水口孕镶金刚石钻头，其特征在于：所述的第一阻泥浆结构（19）和第二阻泥浆结构（20）采用的材料硬度小于胎体的硬度。

4.根据权利要求1所述的超高工作层渐开式水口孕镶金刚石钻头，其特征在于：所述的内水道（17）深度为1mm，内水道（17）宽度与水口宽度一致。

5.一种权利要求1～4任一项所述的超高工作层渐开式水口孕镶金刚石钻头的制备方法，其特征在于：

所使用的制备模具包括：钻头底模具（32），钻头底模具（32）与钻头心模（37）同心胶粘固定，水道替块（33）均匀分布在钻头底模具（32）与钻头心模（37）间的环状空间内，内保径聚晶金刚石（34）胶粘于钻头心模（37）外壁，外保径聚晶金刚石（36）胶粘于钻头底模具（32）内壁；弱化槽石墨片（35）通过3D减材加工工艺设置于钻头底模具（32）与钻头心模（37）其间的环状空间的底面位置上；

该制备方法包括如下步骤：

第一步，混料；按照计算称取各胎体粉料和单晶金刚石颗粒放置在准备好的容器中，按照比例倒入乙二醇液体搅拌混合，使金刚石、胎体粉料和乙二醇液体形成一种粘稠的固液两相流态混合物；

第二步，装料；将混合好的流态混合料均匀倒入钻头底模具（32）、钻头心模（37）和弱化槽石墨片（35）间的空隙中，并填满该空隙充实无气泡；在最上层加入3-10mm的无单晶金刚石的过度层，过度层料需要干混；

第三步，放钢体（1）；将钢体（1）对中放到装好过度层料上，在钢体（1）的内、外侧倒入适量过度层料，使钢体（1）进入过度层料内深度3-8mm；

第四步，烘干；在钢体（1）与钻头底模具（32）间放入适量低温浸渍金属，并放在干燥炉中230℃环境中挥发干净；

第五步，采用无压法烧结；烧结温度930℃，以240℃/min的升温速度持续升温，到达930℃后保持30-100min,待低温浸渍金属从心模与钢体间渗出，然后以60℃/min的速度缓慢冷却至550℃，然后自然冷却至室温。