[其他]坚硬致密“打滑”地层低温电镀金刚石异形钻头以及低温电镀复合片石油钻头

说明书

本发明与地质勘探领域内寿命长、时效高的人造金钢石钻头有关，尤其适用于典型的坚硬致密“打滑”地层。

常规钻头在“打滑地层”使用，很难钻进，时效极低而且寿命短。不同性能的钻头在同样地层钻进其打滑程度並不一样，说明打滑与钻头性能有关，常规钻头在坚硬、致密、研磨性弱的地层钻进之所以打滑，主要原因是金钢石与胎体消耗不匹配。突出表现是钻头底唇金钢石不能自动出刃或出刃高度不够。因此，要克服钻头打滑。一方面必须改变钻头性能，使胎体易于消耗而促使金钢石出刃;既降低钻头胎体耐磨性同时，环状孔底的岩石性能也是可以改变的。因为岩石的基本性质是单向应力最小，二向应力次之，三向应力最大。而且岩石的抗拉强度大大地小于岩石的抗压强度。利用这些性质改变钻头结构。能够达到改变破碎岩石的性质，即部分转化或降低岩石的力学性能。使之易于破碎岩石。改进就从这二方面着手。在“打滑”地层钻进，主要矛盾首先是时效，因此新型、改进的钻头要具有较高的时效，同时也应当指出在这种“打滑”地层中不可望有较高的机械钻速，而且时效与寿命或其乘积在一定条件下是一个常数。这就决定了钻头性能的各参数间须有一个合理的搭配。达到即能有效地克服钻头打滑又能使钻头具有一定的寿命，获得较好的经济效益。

综上所述，首先是降低钻头胎体耐磨性，亦即提高其磨损率或磨料的磨损率。因此在相同条件下要促使钻头底唇金钢石出露。就得没法降低包镶金钢石的胎体硬度，也就是提高其磨损速率。

在镍钴溶液配方中，通过控制钴离子和镍离子的浓度比值，可以控制电镀层或胎体合金的成分比值。试验表明合金成分比值改变，其胎体硬度性能也相应改变。这样，根据电镀工艺的不同，便可获得坚硬致密“打滑”地层中所需的钻头胎体性能。

电镀过程中，若不随时添加钴盐，补充钴离子，硫酸钴将随电镀时间的增长而降低其浓度，因为钴离子在阴极还原沉积后，得不到补充。而硫酸镍的含量基本上不受电镀时间的影响。

根据上述的规律所研制的钻头胎体通过化学分析得出下图的规律。

Ⅰ为硫酸镍浓度变化曲线

Ⅱ为硫酸钴浓度变化曲线

从上图测知硫酸钴的含量基本上匀速递减，递减速率均为1.5克/72小时，硫酸镍的含量基本不变。

若改变溶液成分比，如降低硫酸钴浓度，所测定的硫酸镍或硫酸钴的变化曲线。其变化趋势与上图相仿所不同的只是硫酸钴的递减速率降低约0.4克/72小时下图为硫酸钴、硫酸镍溶液所沉积胎体金属成分连续变化时的硬度变化曲线。

Ⅰ为钴含量较高时的硬度变化曲线

Ⅱ为钴含量较低时的硬度变化曲线

从上述图表说明改变溶液成分可以获得性能不同的胎体金属，胎体硬度H_RC45和H_RC35两种电镀钻头分别适用于坚硬、研磨性强和研磨性中等的岩石而H_RC25的电镀人造金钢石孕镶钻头适用于坚硬、致密、研磨性弱的“打滑”地层。

根据所需的胎体性能要求及上述试验测定的变化规律便可确定溶液配方、电镀规范及工艺规程如下：

对用于研磨性弱的岩石胎体的电镀溶液成分及配比，

硫酸镍（NiSO₄·7H₂O） 100～200克/升

硫酸钴（CoSO₄·7H₂O） 10～20克/升

硼酸（H₃BO₃） 10～30克/升

氯化钠（NaCl）    15～25克/升

其余为水

对用于研磨中等的岩石，胎体的电镀溶液成分及配比

硫酸镍（NiSO₄·7H₂O） 150～300克/升

硫酸钴（CoSO₄·H₂O） 20～40克/升

硼酸（H₃BO₃） 10～30克/升

氯化钠（NaCl）    15～25克/升

其余为水

对用于研磨性强的岩石胎体的电镀溶液成分及配比

硫酸镍（NiSO₄·7H₂O） 150～300克/升

酸硫锰（MnSO₄·7H₂O） 10～20克/升

硼酸（H₃BO₃） 10～30克/升