[发明专利]金刚石钻头材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金刚石钻头材料，特别是一种用于钻进坚硬致密地层的金刚石钻头材料，本发明还涉及一种上述金刚石钻头材料的制备方法。

背景技术

在钻探施工中，金刚石钻头是最重要的直接破碎地层岩石的工具，金刚石钻头的性能极大地影响着钻进速度和经济效益。当钻进未风化致密的石英岩、碧玉岩、隧石等岩石时，金刚石钻头一般钻进零点几米以后，金刚石钻头在孔底不进尺出现打滑现象。造成这种现象是由于岩石坚硬致密，对金刚石颗粒磨损较快，金刚石颗粒的棱角磨钝，就会增大金刚石颗粒与岩石的接触面积，由于金刚石钻机施加给钻头的压力有限，金刚石颗粒施加给岩石的压力达不到岩石的破碎强度，金刚石颗粒就不能切入岩石或切入岩石很少，那么所产生的岩粉也就很少，岩粉少，钻头胎体也就磨损慢，磨钝的金刚石颗粒不能脱落，新的锋利金刚石颗粒不能出露，使得金刚石钻头钻速越来越低，甚至不进尺，严重影响了生产效率。而传统设计钻进这种打滑层的金刚石钻头，基本采用软胎体材料和细颗粒金刚石，但做出的金刚石钻头不是寿命短就是时效低，不能很好地解决问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种金刚石钻头材料，其在钻进坚硬致密地层时，金刚石颗粒在钻进过程中可适时脱落和出露，有效提高钻进速度和钻进效率。

本发明提供了一种金刚石钻头材料，包括胎体和弥散于所述胎体中的金刚石包镶颗粒，金刚石包镶颗粒包括金刚石颗粒、包镶在金刚石颗粒表面的第一包镶层、和包镶在第一包镶层外的第二包镶层，第一包镶层的包镶材料为石墨粉，第二包镶层的包镶材料为石墨粉和碳化钨粉的混合物。

本发明还提供了一种金刚石钻头材料的制备方法，包括如下步骤：使金刚石颗粒在石墨粉中滚动，石墨粉藉由粘结剂粘覆于金刚石颗粒表面，形成包镶有第一包镶层的初次包镶颗粒；将石墨粉和碳化钨粉混合，得到第二包镶材料；使初次包镶颗粒在第二包镶材料中滚动，第二包镶材料藉由粘结剂粘覆于初次包镶颗粒的表面，得到包镶有第二包镶层的最终包镶颗粒；将最终包镶颗粒与形成胎体的材料混合，后经装模、烧结处理，最终包镶颗粒形成金刚石包镶颗粒，胎体和弥散于其中的金刚石包镶颗粒形成金刚石钻头材料。

先将石墨粉包镶至金刚石颗粒表面，再用含有石墨粉和碳化钨粉的混合包镶材料包镶，可以保证磨钝后的金刚石颗粒不断脱落，新的金刚石颗粒不断出露，形成良性循环，保证钻头唇面有足够的金刚石破碎岩石，而且由于金刚石颗粒的不断出露和脱落，可提高在坚硬致密地层的钻进时效。

下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对金刚石钻头及其制作方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

附图说明

以下附图仅对本发明专利做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1用于说明金刚石钻头材料的一种示意性实施方式的局部剖视结构。

图2是用于说明金刚石钻头材料制备方法中最后包镶颗粒的制备设备。

图3用于说明一种金刚石包镶强度的测试设备。

图4用于说明本发明金刚石包镶强度的显微图。

标号说明

10  胎体

12  唇面

20  金刚石颗粒

21  第一包镶层

22  第二包镶层

52  调速电机

54  转筒

56  机架

61  砂筒

62  空气压缩机

63  砂量控制开关

64  安装架

65  喷嘴

70  钻头。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现结合以下实施例说明本发明的具体实施方式。

图1用于说明金刚石钻头材料的一种示意性实施方式的局部剖视结构。如图1所示，金刚石钻头材料包括胎体10和弥散于胎体10中的金刚石包镶颗粒。金刚石包镶颗粒包括金刚石颗粒20，包镶在金刚石颗粒20表面的第一包镶层21，包镶在第一包镶层21外的第二包镶层22。第一包镶层21的包镶材料为石墨粉。第二包镶层22的包镶材料为石墨粉、和碳化钨粉的混合物。在金刚石钻头的钻进过程中，其与岩石层接触的唇面12会不断磨损，由于采用了与与金刚石粘结强度不太高的碳化钨，金刚石包镶颗粒的包镶强度低，钻进过程中，已出露的金刚石包镶颗粒比较容易脱落。