[发明专利]多级组合式不取芯孕镶金刚石钻头

说明书

本发明提供了一种多级组合式不取芯孕镶金刚石钻头，它包括位于外层的外环形孕镶金刚石钻头和位于钻头中心位置的中心孕镶金刚石钻头，所述外环形孕镶金刚石钻头和中心孕镶金刚石钻头之间固定连接。该钻头整体磨损趋于均匀，金刚石出刃良好，钻进效率高，钻头使用寿命长，能够满足钻探工程领域大口径不取芯钻进的需求。

技术领域

本发明属于地质勘探与钻探工程领域，具体是指一种多级组合式不取芯孕镶金刚石钻头。

背景技术

进入21世纪以来，我国的地质勘探、地热勘探和页岩气新能源勘探的工作迅速发展，除了取芯钻探工程外，还有相当多的不需要取芯的钻探工程。不取芯钻探可以大大减少提钻取芯所花去的大量提下钻时间和工作量，既可以增加纯钻时间和提高钻探效率，还可以明显降低钻探成本和钻探事故发生。因此，对优质不取芯钻头的需求量在与日俱增。不取芯钻头的口径规格一般都比较大，以往都采用热压烧结一次性成形方法制造金刚石钻头；普通热压孕镶金刚石不取芯钻头结构示意图见附图5，附图6为附图5的C向钻头底唇面结构示意图。而且，传统的热压方法制造不取芯金刚石钻头所需的压力比较大，所需的热压功率高，目前的中频烧结机难以实现；以至造成钻头胎体的密实度、胎体“合金”化程度和钻头质量均难以得到保障。同时，一次性成形的整体式不取芯金刚石钻头不能实现钻头的不同环形部位的不同力学性能，它受到了胎体配方及其热压工艺参数的制约。更重要的是，大直径金刚石钻头的转速，从钻头的外缘至中心部位，其转动的线速度逐步降低，其中心部位速度为零；因此钻头破碎岩石的效果(即钻进速度)从钻头的外缘往中心部位逐步降低，中心部位接近为零；钻头环形工作层部位的转动线速度越小，钻进效率越低；如附图6所示，可以把钻头底唇面按钻头转动线速度简化分为D、E、F等几个圆环层区，D层区的线速度高于E层区的线速度，E层区的线速度高于F层区的线速度，造成破碎岩石的效果为D层区高于E层区，E层区高于F层区，造成钻头的不同环形部位破碎岩石的效果不同程度地逐步下降，这种不同部位的钻进速度的不同和变化，严重地制约了不取芯钻头的钻进效果；整体结构型不取芯钻头造成的这一特征是不取芯钻头的一大弱点，成为制约不取芯金刚石钻头高效钻进的瓶颈。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种多级组合式不取芯孕镶金刚石钻头，该钻头整体磨损趋于均匀，金刚石出刃良好，钻进效率高，钻头使用寿命长，能够满足钻探工程领域大口径不取芯钻进的需求。

为实现上述目的，本发明一种多级组合式不取芯金刚石钻头，它包括位于外层的外环形孕镶金刚石钻头和位于钻头中心位置的中心孕镶金刚石钻头，所述外环形孕镶金刚石钻头和中心孕镶金刚石钻头之间固定连接。

以下任一种方案均可作为本发明所述多级组合式不取芯孕镶金刚石钻头的优选方案之一：

所述外环形孕镶金刚石钻头和中心孕镶金刚石钻头之间设置有1～5级内环形孕镶金刚石钻头，相邻两层孕镶金刚石钻头之间固定连接。

由所述外环形孕镶金刚石钻头逐级向所述中心孕镶金刚石钻头的硬度与耐磨性性能逐次降低，每级钻头相对位于其外侧一级的钻头硬度降低HRC3～HRC5，耐磨性降低15～24mg；可进一步优选的，由所述外环形孕镶金刚石钻头逐级向所述中心孕镶金刚石钻头上，每级钻头相对位于其外侧一级的钻头金刚石体积浓度依次降低3～5％。如此设计以适应钻头不同环形部位对其线速度有不同的要求，达到钻进效果均衡的目的。

所述中心孕镶金刚石钻头与外环形孕镶金刚石钻头以及各层内环形孕镶金刚石钻头底唇面齐平。另可优选的，所述中心孕镶金刚石钻头的底唇面高出其相邻内环形孕镶金刚石钻头的底唇面，高度差为15～40mm，这样可成为导向式不取芯孕镶金刚石钻头。

所述中心孕镶金刚石钻头为内锥形结构，还可优选的：所述中心孕镶金刚石钻头内锥形的内锥度为110°～150°。可进一步优选的：所述中心孕镶金刚石钻头设置有中心孔，中心孔直径为10～22mm，中心孔与钻头中心偏心6mm～16mm。

各级相邻孕镶金刚石钻头之间螺纹连接或者卡接。