[发明专利]一种脱钴PDC复合片钻头及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及地质勘探领域，尤其涉及地质勘探领域的一种钻头，特别涉及适用于钻进坚硬、破碎、复杂难钻地层的一种脱钴PDC复合片钻头及其制备工艺。

背景技术

    地质勘探领域包括石油、页岩气、天然气及煤层气的钻采以及煤田地质、铁路、隧道工程的勘察等。在地质勘探领域中，对钻头的消耗量，每年不低于5000万只，其中属于坚硬、破碎复杂难钻地层的钻头消耗量不低于2000万只，因此市场前景广阔。

目前在地质勘探领域钻探中，普遍采用的是直接压制成型的普通复合片制造的钻头，也就是采用复合片直接生产成PDC复合片钻头，这种普通PDC复合片的耐磨性能、抗高温性能以及抗冲击性能远不如脱钴后的复合片，因此将脱钴复合片应用于高端钻头的生产，能更好地发挥复合片切削岩石的优势，大大降低钻头消耗量；同时，PDC复合片脱钴的工艺还不成熟，还未形成一整套完整的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的普通PDC复合片钻头磨损快、耐高温性能差以及钻头质量不稳定造成的钻头崩齿及提前失效等缺点提供一种通过将PDC复合片切削齿经过脱钴工艺处理来提高钻头使用寿命的脱钴PDC复合片钻头及其制备工艺。

本发明的技术方案是这样实现的：一种脱钴PDC复合片钻头，包括基体，所述基体上端设置胎体，所述基体的端面上设置有径向排列的 PDC复合片切削齿，所述PDC复合片切削齿上设置有金刚石和硬质合金的复合层，所述基体端面的中间位置设置有凹槽，所述凹槽上也设置有PDC复合片切削齿，所述PDC复合片切削齿为脱钴PDC复合片切削齿，所述脱钴PDC复合片切削齿在670-720℃的温度下与所述基体相焊接。

所述基体侧面上设置有硬质合金条和金刚石聚晶保径，所述硬质合金条和金刚石聚晶保径均通过焊接固定在基体上。

所述基体端面上还布设有通水孔，所述通水孔出口端设置有排屑和冷却用的水槽。

所述脱钴PDC复合片切削齿中脱钴深度为0.1-0.3毫米。

所述脱钴PDC复合片切削齿中脱钴深度为0.25-0.3毫米。

所述脱钴PDC复合片切削齿中脱钴深度为0.3毫米。

一种脱钴PDC复合片钻头的制备工艺，该工艺的步骤如下：

S01：制备柱状基体；

S02：将硬质合金钢在温度为975-985℃、压力为16.5-19 MPa条件下与基体粘结在一起形成胎体，在压制胎体时预留基体端面径向排列的PDC复合片切削齿的齿穴、基体端面中心部位PDC复合片切削齿的齿穴和基体外侧硬质合金条和金刚石聚晶保径镶焊槽；

S03：在基体端面开设通水孔，在通水孔出口端开设排屑和冷却用水槽；

S04：将PDC复合片切削齿进行脱钴工艺处理；

S05： 670-720℃的温度下，将脱钴处理后的PDC复合片切削齿焊接固定在齿穴中，在基体外侧的镶焊槽中焊接硬质合金条和金刚石聚晶保径；

S06：脱钴PDC复合片钻头制备完成。

所述步骤S04中脱钴工艺处理的步骤为：在自动控制仪的封闭容器中盛满浓度低于30%的氯气，加入与反应物的质量比为0.22%-0.30%的触媒剂，在温度为250-350℃、压力为1.5MPa~2.0MPa作用下脱去复合片金刚石表层中的钴，脱钴工艺处理后PDC复合片切削齿金刚石表层的脱钴深度为0.1~0.3毫米。

所述步骤S04中脱钴工艺处理的步骤为：在自动控制仪的封闭容器中盛满浓度低于30%的氯气，加入0.22%-0.30%浓度的触媒剂，在温度为300-350℃、压力为1.5MPa~2.0MPa作用下脱去复合片金刚石表层中的钴，脱钴工艺处理后PDC复合片切削齿金刚石表层的脱钴深度为0.25~0.3毫米。

所述步骤S04中脱钴工艺处理的步骤为：在自动控制仪的封闭容器中盛满浓度为25%的氯气，加入0.22%-0.30%浓度的触媒剂，在温度为350℃、压力为1.5MPa~2.0MPa作用下脱去复合片金刚石表层中的钴，脱钴工艺处理后PDC复合片切削齿金刚石表层的脱钴深度为0.3毫米。