[发明专利]孕镶金刚石复合块

说明书

本发明公开了一种孕镶金刚石复合块，由金刚石层和孕镶金刚石层组成，所述金刚石层以金刚石单晶为骨架材料，以碳化钛为填料，以硅、铜、锡、钴为粘接剂均匀混合；所述孕镶金刚石层以碳化钨与碳化硅、氮化硅或碳化钛中的一种或几种组合为骨架，以镍、硅、铬、铜、锡、铁、钴、锌、磷和稀土元素为粘接剂均匀混合；以孕镶金刚石层作为基体与金刚石层叠加后，经热压烧结或冷压烧结而成。孕镶金刚石复合块带有金刚石层，硬度极高，耐磨性极强，对地层有很强的切削能力，使孕镶体的破岩机理转变为以切削为主，犁削、划削和磨削为辅。用于孕镶金刚石钻头将大幅度提高孕镶金刚石钻头的机械钻速和进尺，有利于油气田和矿场勘探开发提速和降本。

技术领域

本发明涉及一种适用于石油、地质钻井配套使用的金刚石钻头切削元件，尤其是一种孕镶金刚石复合块。

背景技术

孕镶金刚石钻头钻进较高硬度和研磨性的地层，与PDC钻头和牙轮钻头相比，取得了好的机械钻速和进尺。但在一些地层硬度相对较低的硬地层，尤其是非均质地层中，牙轮钻头和PDC钻头的使用效果较差，而孕镶金刚石钻头由于其高的耐冲击性能，有取得好的使用效果的潜力，但其犁削、划削和研磨为主的破岩机理影响了其机械钻速，主要原因是其基体材料是硬质合金，硬度与金刚石相比较低，切削能力不够。且耐磨性也显不足。

发明内容

本发明为解决孕镶金刚石钻头孕镶体的切削能力和耐磨性不足的问题，提供一种具有较强切削能力和较高耐磨性的孕镶金刚石复合块，以提高孕镶金刚石钻头机械钻速和进尺，进而达到降低工人劳动强度，降低钻井成本和加快油气田和矿场勘探开发速度。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括：

一种孕镶金刚石复合块，由金刚石层和孕镶金刚石层组成，其中：所述金刚石层以金刚石单晶为骨架材料，以碳化钛为填料，以硅、铜、锡、钴为粘接剂均匀混合；所述孕镶金刚石层以碳化钨与碳化硅、氮化硅或碳化钛中的一种或几种组合为骨架，以镍、硅、铬、铜、锡、铁、钴、锌、磷和稀土元素为粘接剂均匀混合；以孕镶金刚石层作为基体与金刚石层叠加后，经热压烧结或冷压烧结而成。

所述孕镶金刚石层还包括以金刚石单晶。

所述金刚石层中各原料的重量份分别为：金刚石单晶80-90，碳化钛2-5，硅0.1-1，铜5-10，锡1-3，钴1-5；所述孕镶金刚石层中各原料的重量份分别为：碳化钨25-60，碳化硅、氮化硅、碳化钛中的一种或几种组合物5-20，镍5-15，硅0.1-0.5，铬1-5，铜15-25，锡1-5，铁1-5，钴5-15，锌1-2，磷0.1-0.5，稀土元素0.1-0.5，金刚石单晶10-25重量份。

所述热压烧结条件分别为热压烧结20-30MPa、700-1000℃；所述冷压烧结条件为0.2-0.6GPa、700-1000℃。

所述孕镶金刚石复合块包括圆柱形、棱柱形、圆片形、楔形或棱台形。

金刚石层和孕镶金刚石层之间的界面包括波浪形、锯齿形、爪形或环爪形，或者以上形状的组合形状。

所述金刚石层和孕镶金刚石层都带有倒角或倒圆角。

进一步地，金刚石层和孕镶金刚石层都可由多种配方形成分层结构。

本发明的有益效果：本发明的孕镶金刚石复合块带有金刚石层，硬度极高，耐磨性极强，对地层有很强的切削能力，使孕镶体的破岩机理转变为以切削为主，犁削、划削和磨削为辅。孕镶金刚石复合块带有孕镶金刚石层，对金刚石层起到良好的支撑和保护作用，而且有极好的耐磨性，有犁削、划削和磨削破岩能力。将孕镶金刚石复合块用于孕镶金刚石钻头将大幅度提高孕镶金刚石钻头的机械钻速和进尺，有利于油气田和矿场勘探开发提速和降本。

附图说明

图1为本发明的一种孕镶金刚石复合块示意图。

图中：1.金刚石层，2.孕镶金刚石层。