一種自銳式環(huán)齒孕鑲金剛石鉆頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具有較高機械鉆速、鉆頭壽命高的自銳式環(huán)齒孕鑲金剛石鉆頭，解決了現(xiàn)有的硬巖鉆進中金剛石鉆頭機械鉆速不高和壽命偏低的缺陷。該鉆頭至少包括呈圓筒狀的鉆頭體，鉆頭體的頂部沿圓周方向上鑲嵌有2-16塊弧形的切削塊，所述的切削塊的高度均相同，切削塊的橫截面為扇形，切削塊的頂面為工作唇面，所述的工作唇面上均設(shè)有呈弧形的3-10條切削齒，設(shè)有切削齒的切削塊的縱截面呈梳狀，縱截面上的頂部尖銳處為切削齒的頂邊，切削塊上任一切削齒的頂邊所在的圓周均與切削塊所在的圓周同心，切削齒的頂角為50-120°，且位于同一圓周上的不同的切削塊上的切削齒的頂角均不相同。
【專利說明】一種自銳式環(huán)齒孕鑲金剛石鉆頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種在中等硬度巖石至非常堅硬巖石中鉆進使用的金剛石鉆頭，尤其涉及一種自銳式環(huán)齒孕鑲金剛石鉆頭，屬于地質(zhì)勘探鉆孔領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在地質(zhì)勘探中等硬度和硬巖鉆進中，鉆頭選型一般都采用孕鑲金剛石鉆頭。由于巖層屬于中等硬度和堅硬巖石，可鉆性等級較高，金剛石鉆頭在孔底工作過程中表現(xiàn)出金剛石不易出刃、機械鉆速低和鉆頭壽命低的特征。因此為了提高機械鉆速和鉆頭壽命，可以改變常規(guī)鉆頭的唇面結(jié)構(gòu)，提出一種新的唇面結(jié)構(gòu)，以提高鉆頭在孔底破碎巖石的效果O
[0003]目前已有多種帶有梳狀切削齒工作唇面結(jié)構(gòu)的金剛石鉆頭，但是其缺點是這種梳狀切削齒齒頂迅速磨損，工作唇面發(fā)生變化，形成平面。因為增加了金剛石與孔底的接觸面積，要求使用大的軸載來破碎巖石。軸載的增加會引起鉆頭和鉆具動載的增大，導致產(chǎn)生非正常磨損。因此，這種金剛石鉆頭的壽命不高，機械鉆速低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種具有較高機械鉆速、鉆頭壽命高的自銳式環(huán)齒孕鑲金剛石鉆頭，解決了現(xiàn)有的硬巖鉆進中金剛石鉆頭機械鉆速不高和壽命偏低的缺陷。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種自銳式環(huán)齒孕鑲金剛石鉆頭，至少包括呈圓筒狀的鉆頭體，鉆頭體的頂部沿圓周方向上鑲嵌有2-16塊弧形的切削塊，所述的切削塊的高度均相同，切削塊的橫截面為扇形，切削塊的頂面為工作唇面，所述的工作唇面上均設(shè)有呈弧形的3-10條切削齒，設(shè)有切削齒的切削塊的縱截面呈梳狀，縱截面上的頂部尖銳處為切削齒的頂邊，切削塊上任一切削齒的頂邊所在的圓周均與切削塊所在的圓周同心，切削齒的頂角為50-120°，且位于同一圓周上的不同的切削塊上的切削齒的頂角均不相同。
[0007]所述的切削塊設(shè)有八個，且八個切削塊的弧長均相同。
[0008]所述的切削塊上均設(shè)有3條切削齒，分別為內(nèi)切削齒、中切削齒和外切削齒，其中八條內(nèi)切削齒的頂邊均位于同一圓周上，八條中切削齒的頂邊均位于同一圓周上，八條外切削齒的頂邊均位于同一圓周上。
[0009]上述鉆頭的胎體結(jié)構(gòu)目前是通過石墨模具采用熱壓方法燒結(jié)而成的。用這種石墨模具燒結(jié)的壓力不夠，不能使胎體中的金剛石得到有效包鑲，產(chǎn)生的縫隙使鉆頭的耐磨性和強度降低，影響了其使用范圍、鉆進效率和鉆頭壽命指標的提高。
[0010]因此本發(fā)明中還提供了一種制備上述鉆頭胎體的方法，具體如下:把碳化鎢鈷和金剛石粉料一起在金屬壓模中冷壓成型，壓力為700kg/cm2以上，這樣加強了金剛石的包鑲。冷壓完成后，鉆頭在保護氣氛(如真空或惰性氣體)中用粘結(jié)金屬(例如銅粉)進行浸潰燒結(jié)，即可完成鉆頭胎體的制備。采用該方法能夠排除鉆頭中有孔隙存在的情況，從而增加了所制造的金剛石鉆頭的使用范圍，也提高了鉆頭的耐磨強度。
[0011]本發(fā)明所提供的自銳式環(huán)齒孕鑲金剛石鉆頭，由于位于同一圓周上的不同的切削塊上的切削齒的頂角均不相同，這樣切削塊的切削齒在鉆進過程中，按照切削回轉(zhuǎn)的次序，利用每切削塊上的齒頂角的角度差來破碎孔底巖石，切削齒的兩個側(cè)面與巖石接觸，破碎巖石，破碎孔底，使位于一個同心圓上的切削齒的角度產(chǎn)生自銳。同時，不同切削塊上的切削齒的頂部都位于相應的同心圓周上，因此提高了在同一個圓周切削線上的耐磨性，從而保持了鉆頭工作唇面的給定形狀，直到胎體磨光為止。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明提供的自銳式環(huán)齒孕鑲金剛石鉆頭的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為各個切削塊的縱截面剖視圖。
[0014]圖中:1_鉆頭體,2-切削塊,3-切削齒。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細具體的說明，但是本發(fā)明的保護范圍并不局限于以下實施例。
[0016]本發(fā)明所提供的自銳式環(huán)齒孕鑲金剛石鉆頭的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，至少包括呈圓筒狀的鉆頭體1，鉆頭體I的頂部沿圓周方向上鑲嵌有2-16塊弧形的切削塊2，根據(jù)鉆頭體I的直徑不同，所設(shè)有的切削塊2的數(shù)量也不同，在本實施例中設(shè)有八塊切削塊2。所述的切削塊2的高度和弧長均相同，切削塊2的橫截面為扇形，切削塊2的頂面為工作唇面。
[0017]工作唇面上均設(shè)有呈弧形的3-10條切削齒3，在本實施例中，切削塊2上均設(shè)有3條切削齒3，分別為內(nèi)切削齒、中切削齒和外切削齒，設(shè)有切削齒3的切削塊2的縱截面呈梳狀，如圖2所示，由圖2中可以得知，縱截面上的頂部尖銳處為切削齒的頂邊，所述的切削塊上任一切削齒的頂邊所在的圓周均與切削塊所在的圓周同心，并且，其中八條內(nèi)切削齒的頂邊均位于同一圓周上，八條中切削齒的頂邊均位于同一圓周上，八條外切削齒的頂邊均位于同一圓周上。
[0018]由圖2可知，切削齒的頂角為50-120°，且位于同一圓周上的不同的切削塊上的切削齒的頂角均不相同，如在本實施例中八塊切削塊上的內(nèi)切削齒的頂角分別為:30° +25°、40° +15°、30° +30°、40° +25°、30° +35°、40 ° +25°、30° +40°、40° +30°。這樣一來，在鉆頭工作時，切削齒的頂部吃入巖石，破碎孔底。切削齒的頂部以其兩側(cè)破碎巖石，在其兩側(cè)被磨損后形成新的齒頂。新的齒頂再以其兩個側(cè)面破碎巖石，形成新的齒頂，依此循環(huán)齒頂角自銳，而唇面的形狀始終不變，使鉆頭始終保持鋒利狀態(tài)，直到胎體磨光為止。
[0019]因此，本發(fā)明所提供的鉆頭機械鉆速穩(wěn)定，鉆頭壽命提高，鉆探工程可以取得很高的技術(shù)經(jīng)濟指標。
[0020]同時，使用這種鉆頭，在復雜的巖層地質(zhì)條件下，在中等硬度到非常堅硬巖石互層的地層中進行鉆進，可以得到高而穩(wěn)定的機械鉆速，較長的鉆頭壽命，并大大提高鉆探工程的技術(shù)經(jīng)濟指標。
【權(quán)利要求】
1.一種自銳式環(huán)齒孕鑲金剛石鉆頭，其特征在于:至少包括呈圓筒狀的鉆頭體，鉆頭體的頂部沿圓周方向上鑲嵌有2-16塊弧形的切削塊，所述的切削塊的高度均相同，切削塊的橫截面為扇形，切削塊的頂面為工作唇面，所述的工作唇面上均設(shè)有呈弧形的3-10條切削齒，設(shè)有切削齒的切削塊的縱截面呈梳狀，縱截面上的頂部尖銳處為切削齒的頂邊，切削塊上任一切削齒的頂邊所在的圓周均與切削塊所在的圓周同心，切削齒的頂角為50-120°，且位于同一圓周上的不同的切削塊上的切削齒的頂角均不相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自銳式環(huán)齒孕鑲金剛石鉆頭，其特征在于:所述的切削塊設(shè)有八個，且八個切削塊的弧長均相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自銳式環(huán)齒孕鑲金剛石鉆頭，其特征在于:所述的切削塊上均設(shè)有3條切削齒，分別為內(nèi)切削齒、中切削齒和外切削齒，其中八條內(nèi)切削齒的頂邊均位于同一圓周上，八條中切削齒的頂邊均位于同一圓周上，八條外切削齒的頂邊均位于同一圓周上。
【文檔編號】E21B10/56GK103437713SQ201310343287
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】段隆臣, 契霍特金V.F, 湯鳳林, 李大昌, 龐豐 申請人:中國地質(zhì)大學（武漢）