[发明专利]一种聚晶金刚石复合材料、节块及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚晶金刚石复合材料、节块及其制备方法，所述的聚晶金刚石复合材料由金属粉末和聚晶金刚石组成，所述的金属粉末制成蜂窝状结构，所述的蜂窝状结构的中空部分填充聚晶金刚石。所述的节块由工作部分和支撑部分组成，所述的支撑部分用于支撑工作部分；所述的工作部分为聚晶金刚石复合材料，所述的支撑部分为硬质合金基体。本发明的节块具有优越的抗冲击韧性和耐磨性，抗冲击韧性5‑6J/cm²，磨耗比30‑40万，且节块中金刚石均匀分布均匀，能够在复杂地层中钻进，且钻头的寿命长，满足一个钻孔换一次钻头的要求。本发明的节块可以用于深海、深井勘探及长水平页岩气开采用钻头的切削齿。

技术领域

本发明属于油气钻井深海、深井及长水平井页岩气开采钻头用的节块，具体涉及一种聚晶金刚石复合材料、节块及其制备方法。

背景技术

我国深部油气资源、深海油气资源和非常规天然气资源储量相当可观，但面临着勘探开发难度大、成本高等问题。深井、超深井地层研磨性强、可钻性差、温度高，导致钻井机械钻速极低，有的地层机械钻速不到0.5m/h。如果遇到大段不均质的砾石层，钻头磨损加剧，钻井机械钻速降低，钻井周期加长，钻井成本也增加。长水平段水平井分段压裂是目前页岩气、致密气等非常规天然气高效、低成本开发的主要技术手段。目前我国这类油气钻井的成本和周期是国外发达国家的2-3倍，复杂的地质条件是客观原因，但是钻井技术的落后也是重要的因素。“一趟钻”技术是有效降低页岩气开发成本的关键钻井技术之一，同时也对钻具的性能提出了新的挑战。深海钻井成本是陆地钻井成本的1.5～2倍，甚至更高。因此，提高钻井效率是降低深水油气勘探开发成本的重要途径。大位移井是海洋油气资源开发的有效手段，大位移井因其水平位移大、钻井周期长，要求钻头抗磨损能力强、破岩效率高、故障率低、使用寿命长。

旋转冲击钻井方式是提高深井、超深井复杂地层钻井效率的关键技术，此处常用钻头有牙轮钻头、PDC钻头、孕镶金刚石钻头。但目前牙轮钻头的硬质合金齿耐磨性不够，钻头寿命短；PDC钻头的磨耗比超过50万，但抗冲击韧性只有3-4J/cm²，用于卵砾石等复杂地层容易崩齿，极大的缩短了钻头寿命；孕镶钻头的钻进效率不高，只能用于极硬岩层的钻进。因此，急需开发一种兼具耐磨性、抗冲击韧性的材料(或节块)，用来制备钻头及切削齿，解决深海、深井勘探及长水平页岩气开采存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的之一在于：提供一种聚晶金刚石复合材料。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种聚晶金刚石复合材料，由金属粉末和聚晶金刚石组成，所述的金属粉末制成蜂窝状结构，所述的蜂窝状结构的中空部分填充聚晶金刚石。

优选地，所述的金属粉末与聚晶金刚石的体积比为(1-3)：(7-9)。

优选地，所述的金属粉末由W粉末、Co粉末、Cu粉末、Zn粉末、Ni粉末组成。

优选地，所述的金属粉末中W粉末、Co粉末、Cu粉末、Zn粉末、Ni粉末的质量比为(60-80):(5-15):(5-10):(2-5):(5-10)。

优选地，所述的聚晶金刚石的粒度为1-3mm。

本发明的目的之二在于：提供一种节块。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种采用聚晶金刚石复合材料制成的节块，所述的节块由工作部分和支撑部分组成，所述的支撑部分用于支撑工作部分；所述的工作部分为聚晶金刚石复合材料，所述的支撑部分为硬质合金基体。

优选地，所述的硬质合金基体为YG15。

优选地，所述的支撑部分为柱状体，所述的柱状体内设置填充孔，所述的填充孔沿着柱状体的轴线方向设置。

优选地，所述的柱状体的顶面为平顶或圆顶。