一種海底石油麻花鉆頭及其制備工藝的制作方法

一種海底石油麻花鉆頭及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種海底石油麻花鉆頭及其制備工藝。該鉆頭包括合金鉆頭體和骨架鋼管，合金鉆頭體與骨架鋼管是通過(guò)熱壓鑄焊接形成一個(gè)整體，合金鉆頭體包括內(nèi)圓鉆筒和外圓鉆筒，六個(gè)與中心軸線呈一定空間螺旋傾角的雙層復(fù)合的麻花狀排屑板，其中排屑板的迎刃面表層是掛鍍有金剛石的極薄鋼板制成，后面層是用主體合金粉，借助螺旋造型模具經(jīng)熱壓鑄制而成，在鉆頭的頂部設(shè)有錐形的起鉆定位錐；外圓鉆筒與內(nèi)圓鉆筒的上端面均開(kāi)設(shè)有六個(gè)供水和排水的水槽，外圓鉆筒的外側(cè)面上均勻開(kāi)設(shè)6個(gè)排粉漿液的凹槽。鉆頭主體合金中采用人造金剛石和鑄造碳化鎢顆粒為微小刃口的“自刃口”合金成分，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性很好，生產(chǎn)工序短，成本較低，且鉆頭的應(yīng)用范圍廣。
【專利說(shuō)明】一種海底石油麻花鉆頭及其制備工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料中的粉末冶金產(chǎn)品的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是提供了一種海底石油麻花鉆頭的結(jié)構(gòu)和制備工藝。
技術(shù)背景
[0002]隨著汽油機(jī)的飛速發(fā)展，在各種汽車、飛機(jī)、輪船等一切動(dòng)力機(jī)械中，對(duì)石油的需求量和依賴程度已達(dá)到驚人的地步。近150年來(lái)世界各國(guó)在陸基上的開(kāi)探已近枯竭，逐漸轉(zhuǎn)向海底。特別是近60年來(lái)的文獻(xiàn)檢索可知，西歐、東歐的很多石油公司進(jìn)行了大規(guī)模的海底石油開(kāi)采，在技術(shù)上取得了較大的進(jìn)步。
[0003]眾所周知，海底石油勘探比陸基勘探在技術(shù)上更加艱難。首先，“鉆臺(tái)”建設(shè)在深海的情況下十分困難，當(dāng)水深超過(guò)500米時(shí)，往往采用“錨泊”船塢式的半活動(dòng)鉆臺(tái)，鉆臺(tái)的固定很困難。另外，無(wú)形中增加了在水中無(wú)用段的鉆桿長(zhǎng)度?？梢韵胂蟮氖情L(zhǎng)度100米以上的、中間又有多節(jié)螺紋連接的鉆桿，即使在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其鉆桿的海底端頭擺動(dòng)也非常大，鉆頭離心沖擊力很難控制住，必然給鉆頭帶來(lái)致命的破壞作用。這種現(xiàn)象嚴(yán)重的影響了鉆頭的起始鉆孔(定位孔)工作。同時(shí)，在海底石油勘探中，如果鉆頭壽命短勢(shì)必要經(jīng)常換新鉆頭，這時(shí)，80、0%的工作時(shí)間是用來(lái)“提放”鉆桿，而且鉆臺(tái)上要有很大空間存放鉆桿，這是海底石油勘探最忌諱的事。從上述情況可知，用于海底石油勘探的鉆頭，不但要求鉆進(jìn)速度快、壽命長(zhǎng)，而且要求能在低速起鉆時(shí)能自行打出定位孔。因此，海底石油鉆頭的技術(shù)要求遠(yuǎn)比陸基鉆頭更聞。
[0004]我國(guó)的石油工業(yè)起步很晚，在海底石油普查和開(kāi)采技術(shù)上遠(yuǎn)落后于美、英和東歐、西歐國(guó)家。特別是在海底石油普查鉆頭和油井開(kāi)采鉆頭方面，既無(wú)專門的研究機(jī)構(gòu)，也無(wú)相應(yīng)的研制經(jīng)費(fèi)，致使我國(guó)的海洋石油鉆探工作舉步維艱。我國(guó)在1958年以后，隨著新疆油田、大慶油田和河北油田等的開(kāi)發(fā)，在石油鉆頭的研制工作上有了可喜的進(jìn)步。先后研制了以硬質(zhì)合金柱體、聚晶金剛石、立方氮化硼(BN)等為主要硬質(zhì)材料，用表鑲或孕鑲工藝制成了焊接式的實(shí)體螺旋鉆頭、刮刀式鉆頭和借鑒歐美各國(guó)的牙輪鉆頭等。這些鉆頭在不同的地質(zhì)條件下呈現(xiàn)了不同的鉆探速度和使用壽命，它為我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展做出了巨大的、不可磨滅的貢獻(xiàn)。
[0005]多少年來(lái)，對(duì)于石油工作者來(lái)說(shuō)，都希望有一種能“一鉆到底”的性能極佳的“寶刀鉆頭”。但長(zhǎng)期的研究表明，鉆頭的鉆進(jìn)速度不僅與鉆頭的刃口材質(zhì)性能有關(guān)，還與鉆頭的切削角度、幾何形狀有很大的關(guān)系。以往的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，采用硬度和抗壓強(qiáng)度極高的硬質(zhì)合金和人造金剛石聚晶材料作為刃口材料是最優(yōu)的選擇方案。但是實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由上述材料制成的鉆頭的整體刃口，當(dāng)遇到硬巖層時(shí)，刃口很容易磨鈍，而新的刃口又不能自動(dòng)暴露，從而使整個(gè)鉆頭很快喪失鉆進(jìn)性能。近30年的文獻(xiàn)檢索可知，在玉石切割圓片，巖石取芯鉆頭和土建施工上用的穿孔鉆、大理石切割鋸等上采用人造金剛石顆粒與銅粉用粉末冶金熱壓工藝制成的“自刃口型合金”鉆頭(或鋸片，也稱為無(wú)齒鋸)，在實(shí)際使用過(guò)程中，表現(xiàn)出比硬質(zhì)合金柱體和金剛石聚晶體形成的整個(gè)刃口有更良好的切削鉆進(jìn)速度和使用壽命。上述事實(shí)，從材料學(xué)理論分析可知，上述自刃口合金中的金剛石顆粒主要起到提供微小刃口的作用。金屬銅的作用，一是將金剛石顆粒粘結(jié)在一起，而且保證在低于900°C (金剛石破損溫度)時(shí)能完成粘結(jié)任務(wù)；二是利用銅的性能較軟，在切削過(guò)程中很容易被巖石磨損，從而將金剛石顆粒的(刃口)暴露出來(lái)，即“自刃口合金”特性。當(dāng)這些金剛石顆粒的刃口被磨鈍后，這些顆粒就會(huì)被拋棄(甩掉)隨后下層金剛石顆粒的刃口又會(huì)暴露出來(lái)。顯然，這種“自刃口合金”的鉆頭在遇到硬巖層時(shí)，能顯現(xiàn)出優(yōu)異的鉆進(jìn)速度和使用壽命。但是在遇到中軟巖層或碎石巖層時(shí)，由于它沒(méi)有明顯的整體切削角(前角、后角)，也沒(méi)有整體明顯的排屑面，而這些基本要求在金屬切削加工中(如車床刀具、麻花鉆)是十分嚴(yán)格的而且是必不可少的。遺憾的是，在近百年的石油鉆頭的研制過(guò)程中，人們并未從理論和觀念上明確的認(rèn)識(shí)到，在保持刃口有規(guī)定的幾何形狀(具有各種幾何角度)與保持刃口的尖銳鋒利性，兩者是一對(duì)極難解決的矛盾。人們往往期望的是，鉆頭在使用過(guò)程中，在任何時(shí)刻內(nèi)，既能保持鋒利的刃口，又能始終保持刃口的幾何形狀(切削前角)，這種鉆頭才能同時(shí)具有最優(yōu)異的切削速度和最長(zhǎng)的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好及鉆進(jìn)速度快的海底石油麻花鉆頭的新型結(jié)構(gòu)及制備工藝。
[0007]1.本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明是一種海底石油麻花鉆頭的結(jié)構(gòu)和制備技術(shù)。該鉆頭包括合金鉆頭體和骨架鋼管，所述合金鉆頭體與骨架鋼管之間采用粉末冶金熱壓焊接而固接。所述骨架鋼管是通過(guò)內(nèi)“T”型管狀螺紋與外部空心釬管固接，以提供外動(dòng)力和供水，排屑任務(wù):其中所述合金鉆頭體上，包括有兩個(gè)用鉆頭主體合金制成的(內(nèi)、外)圓鉆筒，以及在(內(nèi)、外)圓鉆筒內(nèi)側(cè)均勻的熱壓焊接有六個(gè)與中心軸線呈一定空間螺旋傾角的并有一定厚度的雙層復(fù)合的麻花狀排屑板，所述的雙層麻花狀排屑板的迎刃面表層，是用掛鍍有金剛石的極薄鋼板制成，另一層是用鉆頭主體合金粉，借助“內(nèi)、外”圓前傾造型模具經(jīng)壓鑄、焊接而成；在內(nèi)筒麻花狀排屑板中心柱的頂端設(shè)有一個(gè)錐形的初始鉆定位錐。在所述的內(nèi)、外圓鉆筒上端，均勻的開(kāi)設(shè)有六個(gè)一定寬度、高度的供，排水槽，在所述外圓鉆筒的外側(cè)面上均勻的開(kāi)設(shè)有一定寬度、深度的排粉漿液槽。
[0008]麻花狀排屑板的迎刃面(層)即“刃口薄鋼板”是本發(fā)明提供的一種用“掛鍍”的方法將人造金剛石顆粒牢固的粘結(jié)在螺旋形薄鋼板上制成。這種粘滿金剛石顆粒的螺旋形薄鋼板，厚度只有0.5?1_，它只能短時(shí)間承擔(dān)麻花排屑板的整體鋒利刃口(切削)作用。而且因厚度太薄，剛度和強(qiáng)度均不夠，故在其后面用(WC+Cu+金剛石)“自刃口型合金”按照規(guī)定的空間螺旋形狀加固、加厚，這樣就制成了具有一定空間螺旋形的麻花狀切削(微切削)和大量排屑(碎石排屑)的麻花狀排屑板。從而可以保證在鉆探過(guò)程中刃口薄鋼板始終能起到提供固定切削前角和鋒利刃口的雙重作用。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種海底石油麻花鉆頭，該鉆頭包括鉆頭體和骨架鋼管，該鉆頭包括鉆頭體和骨架鋼管，所述的合金鉆頭體與骨架鋼管是通過(guò)熱壓鑄焊接形成一個(gè)整體，其中，所述合金鉆頭體包括內(nèi)圓鉆筒、外圓鉆筒、外圓麻花狀排屑板、內(nèi)圓麻花狀排屑板和定位錐，所述外圓鉆筒與內(nèi)圓鉆筒之間通過(guò)均勻設(shè)置六個(gè)與中心軸線呈一定空間螺旋傾角的所述外圓麻花狀排屑板固結(jié)，所述內(nèi)圓鉆筒內(nèi)設(shè)置6個(gè)與中心軸線呈一定空間螺旋傾角的所述內(nèi)圓麻花狀排屑板，所述定位錐設(shè)置在六個(gè)所述內(nèi)圓麻花狀內(nèi)排屑板的中心結(jié)合部的頂端，所述外圓鉆筒與內(nèi)圓鉆筒的上端面上分別均勻的開(kāi)設(shè)有六個(gè)用于供水和排水的水槽，所述外圓鉆筒的外側(cè)面上均勻的開(kāi)設(shè)6個(gè)用于排粉漿液的凹槽，所述凹槽與所述水槽聯(lián)通。
[0010]進(jìn)一步，所述外圓麻花狀排屑板和內(nèi)圓麻花狀排屑板為雙層復(fù)合板，所述的雙層復(fù)合板的迎刃面表層為掛鍍金剛石的極薄鋼板，另一層為自刃口型合金板；所述自刃口型合金板的各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:粒度為-200目的銅粉:10-53% ；
粒度為-200目的663黃銅粉:10~40% ；
粒度為-200目的，Ti含量3%的鈦鐵合金粉2.5%~3% ；
粒度為20-50目的鑄造WC顆粒10~15% ；
粒度為30-50目的人造金剛石顆粒10~15%。
[0011]進(jìn)一步，所述外圓麻花狀排屑板和內(nèi)圓麻花狀排屑板的螺旋傾角的度數(shù)為45。~70。。
[0012]進(jìn)一步，所述外圓鉆筒、內(nèi)圓鉆筒和定位錐的各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:
粒度為-200目的銅粉:10~53% ；
粒度為-200目的663黃銅粉:10~40% ；
粒度為-200目的，Ti含量3%的鈦鐵合金粉2.5%~3% ；` 粒度為20-50目的鑄造WC顆粒10~15% ；
粒度為30-50目的人造金剛石顆粒10~15%。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述海底石油麻花鉆頭的制備工藝，具體包括以下步驟:
步驟(1):設(shè)計(jì)和確定合金鉆頭體的內(nèi)、外圓鉆筒中心圓直徑Φ1，Φ2及內(nèi)、外圓鉆筒壁厚a，自刃口合金高度H ;內(nèi)、外圓鉆筒上部排水槽寬度，高度，外圓鉆筒外側(cè)排粉漿液槽寬度，深度和相應(yīng)的骨架鋼管尺寸(見(jiàn)附圖2，附圖3)；
步驟(2):按照上述設(shè)計(jì)的合金鉆頭體和骨架鋼管尺寸設(shè)計(jì)和加工好熱壓鑄石墨模具備用(見(jiàn)附圖3)其中所述石墨模具由上壓頭，石墨外套，內(nèi)、外圓前傾造型環(huán)，下墊板，中心支柱，下支撐外套，組成；
步驟(3):混合粉制備:
3-1.混合粉成分配制:
粒度為-200目的銅粉:10~53% ；
粒度為-200目的663黃銅粉:10~40% ；
粒度為-200目的，Ti含量3%的鈦鐵合金粉2.5%~3% ；
粒度為20-50目的鑄造WC顆粒10~15% ；
粒度為30-50目的人造金剛石顆粒10~15%。
[0014]3-2.混粉:
按步驟3-1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取各粉體，在“V”型混料器中先加入濃度為0.5%的聚乙烯醇水溶液，再加入三氯甲烷溶液，依次加入稱取好的占663黃銅粉總量的90%的663黃銅粉總量和銅粉、鈦鐵合金粉、鑄造WC顆粒、人造金剛石顆粒混合45分鐘后出料，裝入密封容器內(nèi)，備用；其中，所述粉體與聚乙烯醇水溶液質(zhì)量比為1:0.004，所述粉體與三氯甲烷溶液質(zhì)量比為1:0.0024 ；
3-3.裝模:
a.裝石墨模:在內(nèi)、外圓前傾造型石墨環(huán)的迎刃面上事先用石蠟液將大小傾斜刃口薄鋼板粘好，然后再將骨架鋼管下方先裝入中心支柱和下墊板(3-6)，下支撐套，然后再骨架鋼管內(nèi)圓中裝入內(nèi)圓前傾造型環(huán)隨即在骨架鋼管的外圓內(nèi)壁，再裝上外圓前傾造型環(huán)，最后裝石墨外套，即可進(jìn)行裝粉工作；
b.裝粉:
將混合粉分3?4次慢慢裝入石墨模內(nèi)，每裝一次粉時(shí)均用木棒將粉搗實(shí)。在規(guī)定的高度上，分別加入內(nèi)、外排液槽隔板。待混合粉加滿后，再將剩余663黃銅粉蓋在混合粉上部，最后裝上上壓頭，然后將全套模具放入壓鑄爐內(nèi)進(jìn)行壓鑄；
c.裝爐:
將裝滿粉的模具按附圖3檢查所有磨具附件，如上沖頭；墊板；支撐板等是否裝配位置及尺寸全部合格，然后將全套模具放入壓鑄爐內(nèi)進(jìn)行壓鑄。
[0015]步驟(4):熱壓鑄工藝
4-1工藝參數(shù):
a.熔化帶溫度:96(T980°C
b.熔浸帶溫度85(T890°C
c.壓鑄壓力Ρ=0.02?0.03 MPa (產(chǎn)品正壓面力)
d.壓鑄時(shí)間10?15分
e.氣氛預(yù)真空度f(wàn)0.1Pa ;流通氮?dú)獗Ｗo(hù):Q=f 1.5L/分
4-2出爐脫模:爐溫降至50°C即可出爐脫模；
以上即完成制備工藝。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
1.本發(fā)明的海底石油麻花鉆頭從結(jié)構(gòu)上采用了將兩個(gè)圓筒形的取芯鉆(內(nèi)、外圓鉆筒)與兩個(gè)螺旋麻花鉆(內(nèi)、外圓麻花狀排屑板)有機(jī)的組合在一起從而克服了兩者的缺點(diǎn)，使本發(fā)明的鉆頭綜合性能明顯提聞。
[0017]2.本發(fā)明的海底石油麻花鉆頭從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證了麻花鉆頭的兩個(gè)基本要素，即同時(shí)具有鋒利的刃口和必要的切削前角，鉆頭的綜合壽命長(zhǎng)、效率高。
[0018]3.從材料的成分和復(fù)相結(jié)構(gòu)的空間配置上充分利用和發(fā)揮了各種材料的“自刃”和耐磨性差異，保證了鉆頭在工作時(shí)可連續(xù)不斷地造就出鉆頭刃口的切削后角，大大提高了鉆頭在中軟巖層和碎石巖層的鉆進(jìn)速度和使用壽命，對(duì)硬巖層也有明顯提高。
[0019]4.整個(gè)鉆頭中不使用天然寶石級(jí)金剛石顆粒，也不使用硬質(zhì)合金柱體或聚晶金剛石柱體，故成本較低。但因鉆頭整體剛性好，故整體強(qiáng)度較以往各種鉆頭更高。
[0020]5.不采用軸承或其它鉚接結(jié)構(gòu)，整體可靠性好。
[0021]6.內(nèi)圈麻花鉆筒和外圈麻花鉆筒均可任意做大，鉆筒層數(shù)也不受限制。這對(duì)搶險(xiǎn)救援十分有利。
[0022]7.鉆頭的導(dǎo)向性好，不容易出現(xiàn)鉆斜現(xiàn)象。
[0023]8.結(jié)構(gòu)單筒，容易封井，這對(duì)鉆天然氣井時(shí)非常重要
9.本發(fā)明的鉆頭可以在任何復(fù)雜的地質(zhì)巖層(高硬度巖層、碎石巖層、軟硬間層式巖層等)中使用，不但能用于陸地、海底的石油或天然氣井鉆探，也可用于水井和地基樁柱等鉆探工作。
[0024]10.在深海鉆探時(shí)，初始定位錐很容易定位，特別是在巖層表面傾斜時(shí)，定位效果較好。
[0025]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
圖1是本發(fā)明的麻花式鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2是本發(fā)明的麻花式鉆頭的骨架鋼管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3是本發(fā)明的麻花式鉆頭的石墨壓鑄模具成型示意圖。
[0028]圖中:
1-1、外圓鉆筒,1-2、內(nèi)圓鉆筒，1-3、內(nèi)圓麻花狀排屑板，1-4、外圓麻花狀排屑板,1-5、骨架鋼管及錐形螺口，1-6、水槽，1-7、凹槽，1-8、定位錐，2-1內(nèi)圓鋼管，2-2筋板，2-3外圓鋼管，1-5 “T”形螺紋管，3-1、上壓頭，3-2、石墨外套，3-3、外圓前傾造型環(huán)，3-4、骨架鋼管，3-5、內(nèi)圓前傾造型環(huán)，3-6、下墊板，3-7、中心支柱，3-8、下支撐套。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明一種海底石油麻花鉆頭，該鉆頭包括鉆頭體和骨架鋼管，所述的合金鉆頭體與骨架鋼管是通過(guò)熱壓鑄焊接形成一個(gè)整體，其中，所述合金鉆頭體包括內(nèi)圓鉆筒、外圓鉆筒、外圓麻花狀排屑板、內(nèi)圓麻花狀排屑板和定位錐，
兩個(gè)直徑不同的外圓鉆筒1-1與內(nèi)圓鉆筒1-2，在各自圓周的1/6處，分別設(shè)置了六塊與各自軸線垂直面具有一定傾斜角(45°?70° )的內(nèi)圓麻花狀排屑板1-3和外圓麻花狀排屑板1-4。所述外圓麻花狀排屑板和內(nèi)圓麻花狀排屑板為雙層復(fù)合板，所述的雙層復(fù)合板的迎刃面表層為掛鍍金剛石的極薄鋼板，另一層為自刃口型合金板；所述定位錐設(shè)置在六個(gè)所述內(nèi)圓麻花狀內(nèi)排屑板的中心結(jié)合部的頂端，所述外圓鉆筒與內(nèi)圓鉆筒的上端面上分別均勻的開(kāi)設(shè)有六個(gè)用于供水和排水的水槽，所述外圓鉆筒的外側(cè)面上均勻的開(kāi)設(shè)6個(gè)用于排粉漿液的凹槽，所述凹槽與所述水槽聯(lián)通。
[0031]圖2是鋼體骨架鋼管1-5與鋼體骨架其它零件相互焊接的示意圖。附圖2中2-1為內(nèi)筒鋼管，其下部通過(guò)大直徑凸緣與骨架鋼管1-5的內(nèi)壁焊接，其上部為一厚度較薄的圓筒，在熱壓鑄內(nèi)圓麻花鉆筒(見(jiàn)附圖1中1-2)時(shí)與其焊接成一體。附圖2中2-3是外筒鋼管，其下部通過(guò)筋板(見(jiàn)附圖2中2-2)與骨架鋼管(見(jiàn)附圖1中1-5)焊接。其上部同樣也是一個(gè)厚度較薄的圓筒，在熱壓鑄外圓麻花鉆筒(見(jiàn)附圖1中1-2)時(shí)與其焊接成一體。實(shí)際鋼體骨架鋼管(見(jiàn)附圖1中1-5)與其他鋼體骨架零件(2-1、2-2、2-3)，都是事先加工焊接為半成品部件直接備用的。
[0032]實(shí)施例1:
1、制備一種Φ (120/80)-80H12型海底石油鉆頭時(shí)實(shí)際步驟如下:
步驟1、設(shè)計(jì)合金鉆頭體基本尺寸(見(jiàn)附圖3)
O1—外圓鉆筒上部中心圓直徑(為Φ 120mm)，
Φ2—內(nèi)圓麻花鉆筒上部中心圓直徑(為O60mm)，
H一自刃口合金板高度80mm,a一內(nèi)、外圓鉆筒的壁厚12mm
步驟2、設(shè)計(jì)骨架鋼管基本尺寸(見(jiàn)附圖2)
骨架鋼管小圓筒上部(內(nèi)、外徑Φ 58/66)mm ;小圓筒下部(內(nèi)、外徑Φ54/70)高H=30 mm
骨架鋼管外圓筒下部?jī)?nèi)、外徑Φ (114/126臟；高!1=80111111
骨架鋼管外圓上部?jī)?nèi)、外徑為Φ (116/124) mm ;高H=30 mm
筋板6塊；長(zhǎng)、寬、厚(60/20/6) mm
以上各部件整體焊接后按尺寸要求精加工后備用。
[0033]步驟3、設(shè)計(jì)石墨壓鑄模具:
石墨壓鑄模具的結(jié)構(gòu)如附圖3所示，其中關(guān)鍵的部件只有三件即3-2石墨外套；3-3外圓前傾造型環(huán)；3_5內(nèi)圓前傾造型環(huán)、其相關(guān)的尺寸均已標(biāo)出。見(jiàn)附圖2，附圖3。
[0034]步驟4、合金混合粉配料 1-4-1、合金成分 (配IOkg)設(shè)計(jì)
(1)鑄造WC顆粒20~50目；質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%(實(shí)稱1.5kg)
(2)人造金剛石顆粒JR型(30~50目)；質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%(實(shí)稱Ikg)
(3)純銅粉(-200目)；質(zhì)量分?jǐn)?shù)27%(實(shí)稱2.7kg)
(4)青銅粉(663)-200目;質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%(實(shí)稱3kg)
(5)鈦鐵粉(含Ti:3%) -200目；質(zhì)量分?jǐn)?shù)3% (實(shí)稱0.3kg)
以上共計(jì)9.0kg用來(lái)制備混合粉，另稱663青銅粉作為熔浸時(shí)的外加粉。其加入量(10% (質(zhì)量)，實(shí)稱lkg663青銅粉1-4-2、混合粉配制
上述各種粉放入1.5升的V形混料器中，加入濃度為0.5% (質(zhì)量)的聚乙烯醇(PVA)水溶液45ml，再加入30ml三氯甲烷溶液，混合45分鐘后出料，裝入密封容器內(nèi)備用。
[0035]步驟5、裝模和裝粉
1-5-1、在石墨壓鑄模內(nèi)裝入骨架鋼管，在石墨的內(nèi)、外圓前傾造型環(huán)的前傾面上粘貼前掛鍍金剛石的極薄鋼板，再將其他石墨模具件裝配到位。
[0036]1-5-2、將混合粉分3~4次慢慢裝入石墨模內(nèi)，每裝一次粉時(shí)均用木棒將粉搗實(shí)。在規(guī)定的高度上，分別加入凹槽隔板。待混合粉加滿后，再將663青銅粉(10%)蓋在混合粉上部。
[0037]步驟6、裝爐熱壓鑄
將裝滿粉的石墨模具配上其他附件，如上沖頭；墊板；支撐板等后，將全套模具放入壓鑄爐內(nèi)進(jìn)行壓鑄。
[0038]1-6、熱壓鑄工藝 1-6-1、工藝參數(shù)
a.熔化帶溫度:980°C
b.熔浸帶溫度850°C
c.壓鑄壓力Ρ=0.02MPa (產(chǎn)品正壓面計(jì)標(biāo))
d.壓鑄時(shí)間15分
e.氣氛預(yù)真空度IPa;流通氮?dú)獗Ｗo(hù):Q=1L/分 1-6-2、出爐脫模 爐溫降至5(T70°C時(shí)，即可出爐。經(jīng)脫模初檢，合格后轉(zhuǎn)包裝。
[0039]實(shí)施例二
2、制備一種Φ (120/60) — 60H12型海底石油麻花鉆頭的實(shí)際步驟如下:
2-1、確定鉆頭及鋼骨架基本技術(shù)參數(shù)
鉆頭基本參數(shù)與實(shí)施例一中(I)的技術(shù)參數(shù)基本相同，不同之處只是H—自刃口合金高度為60 mm。
[0040]2-2、鋼骨架基本參數(shù)
與實(shí)施例一中的(1-2)完全相同 2-3、設(shè)計(jì)石墨壓鑄模具:
與實(shí)施例一中的(1-3)完全相同
2-4、合金成分及混合粉配料
2-4-1、合金成分(配IOkg)設(shè)計(jì)
與實(shí)施例一中的(1-4-1)基本相同。不同點(diǎn)是:
粒度為-200目的銅粉:26.5% ；
粒度為-200目的663黃銅粉:30% ；
粒度為-200目的，Ti含量3%的鈦鐵合金粉2.5% ；
粒度為20-50目的鑄造WC顆粒10% ；
粒度為30-50目的人造金剛石顆粒15%。
[0041]2-4-2混合粉配制
與實(shí)施例一中的(1-4-2)完全相同
2-5、裝模
與實(shí)施例一中的(1-5)完全相同。
[0042]2-6、裝爐及熱壓鑄工藝 1-6-1、工藝參數(shù)
a.熔化帶溫度:960°C
b.熔浸帶溫度890°C
c.壓鑄壓力P=0.02MPa (同上)
d.壓鑄時(shí)間10分
e.氣氛預(yù)真空度0.1Pa ;流通氮?dú)獗Ｗo(hù):Q=1.5L/分 按照上述步驟即可制成成品。
【權(quán)利要求】
1.一種海底石油麻花鉆頭，其特征在于，該鉆頭包括鉆頭體和骨架鋼管，所述的合金鉆頭體與骨架鋼管是通過(guò)熱壓鑄焊接形成一個(gè)整體，其中，所述合金鉆頭體包括內(nèi)圓鉆筒、外圓鉆筒、外圓麻花狀排屑板、內(nèi)圓麻花狀排屑板和定位錐，所述外圓鉆筒與內(nèi)圓鉆筒之間通過(guò)均勻設(shè)置六個(gè)與中心軸線呈一定空間螺旋傾角的所述外圓麻花狀排屑板固結(jié)，所述內(nèi)圓鉆筒內(nèi)設(shè)置6個(gè)與中心軸線呈一定空間螺旋傾角的所述內(nèi)圓麻花狀排屑板，所述定位錐設(shè)置在六個(gè)所述內(nèi)圓麻花狀內(nèi)排屑板的中心結(jié)合部的頂端，所述外圓鉆筒與內(nèi)圓鉆筒的上端面上分別均勻的開(kāi)設(shè)有六個(gè)用于供水和排水的水槽，所述外圓鉆筒的外側(cè)面上均勻的開(kāi)設(shè)6個(gè)用于排粉漿液的凹槽，所述凹槽與所述水槽聯(lián)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底石油麻花鉆頭，其特征在于，所述水槽與凹槽的寬度為6-8mm,深度為 8-1Omm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底石油麻花鉆頭，其特征在于，所述外圓麻花狀排屑板和內(nèi)圓麻花狀排屑板為雙層復(fù)合板，所述的雙層復(fù)合板的迎刃面表層為掛鍍金剛石的極薄鋼板，另一層為自刃口型合金板；所述自刃口型合金的各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:粒度為-200目的銅粉:10~53%; 粒度為-200目的663黃銅粉:10~40% ； 粒度為-200目的，Ti含量3%的鈦鐵合金粉2.5%~3% ； 粒度為20-50目的鑄造WC顆粒10~15% ； 粒度為30-50目的人造金 剛石顆粒10~15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海底石油麻花鉆頭，其特征在于，所述自刃口型合金板的厚度為 0.2-1.2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底石油麻花鉆頭，其特征在于，所述外圓麻花狀排屑板和內(nèi)圓麻花狀排屑板的螺旋傾角的度數(shù)為45°~70°。
6.如權(quán)利要求1所述的海底石油麻花鉆頭，其特征在于，其特征在于，所述外圓鉆筒、內(nèi)圓鉆筒和定位錐的各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為: 粒度為-200目的銅粉:10~53% ； 粒度為-200目的663黃銅粉:10~40% ； 粒度為-200目的，Ti含量3%的鈦鐵合金粉2.5%~3% ； 粒度為20-50目的鑄造WC顆粒10~15% ； 粒度為30-50目的人造金剛石顆粒10~15%。
7.如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的海底石油麻花鉆頭的制備工藝，其特征在于，該工藝采用粉末冶金的熱壓鑄，即一次燒結(jié)工藝，具體包括以下步驟: 步驟1:設(shè)計(jì)和確定合金鉆頭體的內(nèi)圓鉆筒、外圓鉆筒的中心圓直徑Φ1，Φ2及鉆筒壁厚a，自刃口型合金板高度H;水槽寬度，高度，外圓鉆筒外側(cè)排粉漿液槽寬度，深度和相應(yīng)的骨架鋼管尺寸進(jìn)行制備，備用； 步驟2:按照步驟I設(shè)計(jì)的合金鉆頭體和加工好的骨架鋼管尺寸加工熱壓鑄石墨模具，備用，其中，所述石墨模具包括上壓頭，石墨外套，內(nèi)圓前傾造型環(huán)，外圓前傾造型環(huán)，下墊板,中心支柱和下支撐外套； 步驟3:混合粉制備: 3-1.混合粉成分配制:粒度為-200目的銅粉:10~53% ； 粒度為-200目的663黃銅粉:10~40% ； 粒度為-200目的，Ti含量3%的鈦鐵合金粉2.5%~3% ； 粒度為20-50目的鑄造WC顆粒10~15% ； 粒度為30-50目的人造金剛石顆粒10~15% ； 3-2.混粉: 按步驟3-1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取各粉體，在“V”型混料器中先加入濃度為0.5%的聚乙烯醇水溶液，再加入三氯甲烷溶液，依次加入稱取好的占663黃銅粉總量的90%的663黃銅粉總量和銅粉、鈦鐵合金粉、鑄造WC顆粒、人造金剛石顆?；旌?5分鐘后出料，裝入密封容器內(nèi)，備用；其中，所述粉體與聚乙烯醇水溶液質(zhì)量比為1:0.004，所述粉體與三氯甲烷溶液質(zhì)量比為1:0.0024 ； 3-3.裝模: a.裝石墨模:在內(nèi)、外圓前傾造型石墨環(huán)的迎刃面上事先用石蠟液將大小合適的掛鍍金剛石的極薄鋼板粘好，然后再將骨架鋼管(3-4)下方先裝入中心支柱(3-7)和下墊板(3-6)，下支撐套(3-8)，然后再骨架鋼管(3-4)內(nèi)圓中裝入內(nèi)圓前傾造型環(huán)(3-5)隨即在骨架鋼管的外圓內(nèi)壁，再裝上外圓前傾造型環(huán)(3-3)，最后裝石墨外套(3-2)，即可進(jìn)行裝粉工作； b.裝粉: 將步驟3-2制備得到混合粉分3~4次慢慢裝入石墨模內(nèi)，每裝一次粉時(shí)均用木棒將粉搗實(shí)，在規(guī)定的高度上，分別加入內(nèi)圓鉆筒、外圓鉆筒的凹槽的隔板，待混合粉加滿后，再將剩余的10%的663黃銅粉蓋在混合粉上部，最后裝上上壓頭(3-1)，然后將全套模具放入壓鑄爐內(nèi)進(jìn)行壓鑄； 步驟4:熱壓鑄工藝 4-1工藝參數(shù): 熔化帶溫度:96(T980°C ； 熔浸帶溫度85(T890°C ； 產(chǎn)品正壓面積所受壓強(qiáng)為=.02~0.03MPa ； 壓鑄時(shí)間10~15分； 氣氛預(yù)真空度廣0.1Pa ;流通氮?dú)獗Ｗo(hù):Q=f 1.5L/分； 4-2出爐脫模:爐溫降至50°C即可出爐脫模，即得到成品。
【文檔編號(hào)】E21B10/60GK103696695SQ201310706661
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】郭志猛, 吳成義, 于瀟, 吳慶華, 郝俊杰, 羅驥, 賴兆飛, 趙翔, 楊芳, 張曉冬 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)