二次成型镶嵌金刚石钻头

根据科钻一井的地层和钻进工艺情况，对金刚石取心钻头的总体要求如下。
 
  (l)才（口过水面积大。底唇面水口占底唇面积的25%～30%，内外水槽较常规水槽深，有利于排除岩粉和冷却金刚石钻头，有利于减少钻头内外径受到大泵量、高压力的钻井液的冲蚀。
 
  (2)金刚石胎块与孔底接触面较小。可相应提高钻压比值，有利于提高钻速，是一种可以采用较低钻压钻进的钻头。
 
  (3)内外保径规较长。外径保径规长40mm，内径保径规长30mm，这不仅能提高保径效果，还有利于钻具的稳定，减少了钻头径向抖动，是一种具有一定防斜效果和抗涡动的钻头。
 
  (4)金刚石工作层的高度较高。在每米消耗金刚石相同的情况下，较常规钻头的使用寿命长，是一种长寿命型钻头。
 
  科钻一井施工中主要采用了3种不同工艺制造的孕镶金刚石取心钻头，3种钻头的具体设计与制造如下。
 
  二次成型镶嵌金刚石钻头是由热压法制造工作层镶嵌块、无压浸渍法制造保径规和中温钎焊法将镶嵌块焊接在钻头体上等工艺组成。同时，为提高焊接牢固度，还采用热压法和无压浸渍法制造焊接层基体。
 
  1．采用钻头专家系统设计钻头胎体性能。
 
  采用钻头专家系统设计金刚石钻头是一种先进的、科学的和可靠的设计方法，它可以及时依据岩石性质和钻进情况调整钻头胎体配方，使胎体性能适应新条件下的钻进需要。
 
  针对较难钻进的长英质片麻岩和富金红石榴辉岩（表9-1～表9-6）采用高耐磨、高抗冲蚀性的胎体，加上高浓度的金刚石。采用钻头专家系统设计后，相应胎体耐磨性(ML)为0.25×10-j，抗冲蚀性为28cm-3，金刚石浓度为85%～90%。
 
  充分利用聚晶耐磨、天然金刚石高强度、卡邦金刚石高硬度的特性，钻头内保径采用聚晶、天然金刚石混镶，钻头外保径采用聚晶、天然金刚石、卡邦金刚石混镶(图9-5b)。
 
  2．金刚石参数。
 
  金刚石的品级对钻头质量的影响十分显著，直接影响到钻进指标。因此，采用高品级的SDAlOO+人造金刚石（英国DE BEERS公司标准）．因为这种金刚石磨损到一定时候会发生微破裂，金刚石可以保持较长时间的、较好的锋利性能，而不会因为磨损而变钝，有利于提高钻进速度和提高钻头使用寿命。
 
  3．超细预合金粉的应用。
 
  采用专门研制的超细预合金粉末，减少了混料时间和混料中粉末的硬化，提高了胎体成分中各组分的均匀分布。超细粉的比表面积大，表面能高，不仅可以降低烧结温度和热压的压力，而且有利于合金化程度的提高，有利于牢固地包镶金刚石和提高钻头质量。
 
  4．钻头制造工艺。
 
  1)镶嵌块制造。
 
  按照专家系统优化设计的配方，进行混料、称量、装模，将组装好的模具送入热压烧结炉中，采用自动热压烧结工艺，温度为820～900℃，压力为10～20kN。镶嵌块的烧结工艺不同于过去常规热压法的工艺与过程，而是降低了烧结温度，升高了烧结压力，整个热压过程中无流失、不收缩、无间隙。保证烧结后胎块尺寸的精确性和成分均匀性以及批量胎块质量的一致性。烧结全过程由电脑控制，升温、升压、保温、保压、降温、降压、关机等都无需人员操作，其中降低烧结温度是至关重要的。金刚石的强度及其结构状态基本上不受破坏，在钻头钻进硬岩过程中，金刚石不易磨平和破裂，既能有力地破碎岩石又提高了钻头寿命。
 
  2)钻头基体的制造。
 
  采取热压法和无压浸渍法，在自动控温箱式炉中烧结，获得的钻头胎体强度高、耐磨性好、抗冲蚀能力强、焊接性能好。钻头基体中焊接胎块的位置，预留要准确，焊缝宽窄有个最佳值，否则易发生焊接不牢固，在钻进中发生掉块。
 
  3)钻头镶嵌块焊接。
 
  采用中温二次钎焊，将预先制备好的胎块，清理干净，放人钻头基体的焊接槽中，装好焊接定位的模具，进行焊接。然后在空气中缓冷至常温。