[发明专利]PDC钻头

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种PDC钻头，尤其涉及一种表面涂覆有高浓度金刚石涂层的石油开采用钻头。

【背景技术】

PDC钻头是当今油气田专用替代老式牙轮钻的钻井钻头，其具有高耐磨性、高冲击性、防斜、防泥包、高转速等特点，并被誉为高技术、高投入、高产出的“三高”产品。在钻井过程中，PDC钻头具有高钻速、低钻压、高进尺等高性能优势，其在钻井过程的应用，可大大降低油田的开采成本，加快开采速度，提高油田的经济效益。PDC钻头质量是保证PDC钻头使用的根本，而PDC钻头质量与钻头自身的结构、材质和制作工艺有非常重要的关系，现有的很多PDC钻头因其自身的材质和结构等因素，大多只能用于软页岩地层中，原因是硬的夹层会损坏钻头，使得PDC钻头的应用受到了阻碍。

鉴于上述问题，有必要提供一种新型的PDC钻头来解决上述不足。

【发明内容】

本发明所解决的技术问题在于提供一种PDC钻头，其可有效提高钻头的强度和耐磨性能，延长使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种PDC钻头，包括钻头基体、耐磨涂层及金刚石复合片，所述钻头基体设有一安装端及一钻入端，所述耐磨涂层设于所述钻入端的表面并设有凸伸出钻头基体的若干片状旋转翼，该耐磨涂层的厚度为0.2mm至5mm并由金刚石和耐磨合金组成，所述金刚石复合片固定所述片状旋转翼上。

进一步地，所述钻入端尺寸大于所述安装端，所述耐磨合金包含钴基、镍基、铬基、铁基以及由它们组成的高温合金。

进一步地，所述旋转翼设有顶表面，所述金刚石复合片排列于所述顶表面上。

进一步地，所述金刚石的体积浓度10-90％，金刚石的粒度为1微米至2000微米。

相较于现有技术，本发明所述的PDC钻头的有益效果是：提高了钻头的强度和耐磨性能，延长了钻头的使用寿命，也降低了钻头的整体生产成本。

【附图说明】

图1为本发明所述PDC钻头的立体图。

【具体实施方式】

如图1所示，本发明提供一种PDC钻头100，其包括钻头基体10、耐磨涂层20及金刚石复合片30。

所述钻头基体10大体呈圆柱形，并设有一安装端11及一钻入端12，所述安装端11与一旋转电机(未图示)连接，使得钻头100可随电机带动而旋转起来，所述钻入端12尺寸略大于所述安装端11。

所述耐磨涂层20涂覆于所述钻入端12表面，并由金刚石和耐磨合金组成，该耐磨涂层20的厚度为0.2-5mm，硬度为HRC40-85，所述金刚石的体积浓度10-90％，金刚石的粒度1-2000微米之间，且耐磨涂层20可以是单层，也可以是多层，还可根据金刚石浓度的变化，设计成梯度的涂层。所述耐磨合金包含钴基、镍基、铬基、铁基以及由它们组成的高温合金。所述耐磨涂层20还设有若干凸伸出钻头基体10表面的片状旋转翼21。

所述金刚石复合片30设于所述片状旋转翼21上，并沿着旋转翼21的顶表面排列设置，用于在旋转时直接作用于地质层上，金刚石复合片30的设置增加了PDC钻头100的强度和硬度。

所述PDC钻头100上的耐磨涂层20是利用金刚石涂覆设备涂覆于钻头基体10上，所述金刚石涂覆设备包括真空加热炉、保护气氛加热炉及连续式履带传动加热炉。

以下主要介绍本发明所述的PDC钻头100的耐磨涂层20涂覆工艺：

首先，把金刚石、活性合金及有机结合剂做成膏状直接涂覆在钻头基体10的表面，然后进行活化烧结。

接着，再用冷喷涂的方法将金刚石、活性合金喷涂在钻头基体10表面，然后进行活化烧结。

然后，用金刚石焊条直接在旋转翼21的顶表面进行施焊，然后进行活化烧结。

耐磨涂层20与钻头基体10之间形成金属键和，确保耐磨涂层20在恶劣的工况下，与钻头基体10不脱层；在本发明所述的工艺条件下的金刚石自身不碳化，也不降低强度，确保了耐磨涂层20的超高耐磨性能，提高了PDC钻头的使用寿命，而本发明的钢体PDC钻头100比较传统的胎体PDC钻头还可节省20-30％的生产成本，也大大缩短了PDC钻头的生产周期。

以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。