一種耐磨基體、制備方法及保徑耐磨塊技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種耐磨基體、制備方法及保徑耐磨塊，其中的耐磨基體相較于現(xiàn)有的用于油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的耐磨材料，能夠大幅提高硬度。通過(guò)鎳基合金作為浸漬材料，在高溫?zé)Y(jié)重凝后具有極高的強(qiáng)度，有利于提高耐磨基體的整體硬度。保徑耐磨塊不僅在熱穩(wěn)定聚晶片的耐磨強(qiáng)度上與傳統(tǒng)的金剛石復(fù)合片保徑齒相當(dāng)，而且整個(gè)基體的耐磨強(qiáng)度比傳統(tǒng)鋼體鉆頭的保徑基體有顯著提高，而且在硬度上還有更好的效果，在同等尺寸條件下，成本僅為傳統(tǒng)金剛石復(fù)合片保徑齒的1/5。此外，本方案中的保徑耐磨塊優(yōu)選的通過(guò)釬焊方式鑲嵌在鋼體鉆頭表面，在長(zhǎng)期使用損壞后，還能夠方便的進(jìn)行更換，更加延長(zhǎng)了鉆頭使用壽命，降低了鉆井工程的成本。

Wear resistant matrix, preparation method and wear resistant block

The invention discloses a wear-resisting matrix, a preparation method and a diameter-maintaining wear-resisting block, wherein the wear-resisting matrix can greatly improve the hardness compared with the existing wear-resisting materials used in the field of oil and gas development. Nickel-based alloys as impregnating materials have high strength after high temperature sintering and re-solidification, which is beneficial to improve the overall hardness of wear-resistant matrix. Diameter-retaining and wear-resisting blocks not only have the same wear strength as traditional diamond-bonded chips in heat-stabilized polycrystalline wafers, but also have remarkable improvement in the wear strength of the whole matrix compared with traditional steel-based drills, and have better hardness. Under the same size conditions, the cost is only traditional diamond-bonded chips. 1/5 for chip retaining teeth. In addition, the diameter-preserving and wear-resisting blocks in this scheme are mosaic-ted on the surface of the steel bit by brazing method, which can be easily replaced after long-term service damage, prolong the service life of the bit and reduce the cost of drilling engineering.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種耐磨基體、制備方法及保徑耐磨塊
本專利技術(shù)涉及油氣開(kāi)采領(lǐng)域，具體涉及一種耐磨基體、制備方法及保徑耐磨塊。
技術(shù)介紹
目前在石油天然氣地質(zhì)鉆探領(lǐng)域內(nèi)，鋼體鉆頭以其制造工藝簡(jiǎn)單、材料成本低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)大量取代胎體鉆頭，得到廣泛適用。但是，鋼體鉆頭保徑壁的耐磨性能比起胎體鉆頭而言要差很多。現(xiàn)有技術(shù)中大都通過(guò)堆焊耐磨材料或鑲嵌金剛石復(fù)合片的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但是上述方式均存在明顯缺陷：其一，堆焊現(xiàn)有的耐磨材料耐磨性不夠理想，而且堆焊質(zhì)量難以保證；其二，鑲嵌金剛石復(fù)合片成本太高，一顆金剛石復(fù)合片的成本就是幾百上千。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種耐磨基體、制備方法及保徑耐磨塊，以解決現(xiàn)有技術(shù)中鋼體鉆頭保徑部位耐磨性較差、成本較高的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)提高鋼體鉆頭保徑耐磨性、同時(shí)顯著降低成本的目的。本專利技術(shù)通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種耐磨基體，包括如下重量百分比的組分：粒度200～300目的球形碳化鎢粉85％，粒度100～200目的碳化鎢單晶粉10％，粒度100～200目的鎳粉5％。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中鋼體鉆頭保徑部位耐磨性較差、成本較高的問(wèn)題，本專利技術(shù)首先提出一種耐磨基體，耐磨基體中主要組分為球形碳化鎢粉，重量占比為85％，顧名思義，球形碳化鎢粉為球狀的碳化鎢粉，現(xiàn)有技術(shù)中在油氣開(kāi)采領(lǐng)域用于增強(qiáng)耐磨性的碳化鎢材料均是將碳化鎢鑄造成塊，再將碳化鎢塊破碎為更為小塊狀結(jié)構(gòu)，再通過(guò)機(jī)械式的搗碎，得到碳化鎢粉末進(jìn)行使用，然而這種碳化鎢粉末在微觀上均具有尖銳的棱角，在成型過(guò)程中相互之間的間隙較大，會(huì)導(dǎo)致成型后的整體強(qiáng)度與抗壓性能較低，而本專利技術(shù)中的球形的碳化鎢粉，是指將碳化鎢經(jīng)過(guò)制粒、噴粉工藝制作而成的球形結(jié)構(gòu)，相互之間間隙小、質(zhì)地緊密、成型后強(qiáng)度有顯著提高。其中球形碳化鎢粉的粒度200～300目，是指能夠通過(guò)200目篩網(wǎng)而不能夠通過(guò)300目篩網(wǎng)的球形碳化鎢粉。碳化鎢單晶粉占比10％，粒度100～200目是指能夠通過(guò)100目篩網(wǎng)而不能夠通過(guò)200目篩網(wǎng)的篩選。鎳粉占比5％，用于提高耐磨基體的抗腐蝕能力，其中粒度100～200目是指能夠通過(guò)100目篩網(wǎng)而不能夠通過(guò)200目篩網(wǎng)的鎳粉。本方案中的耐磨基體相較于現(xiàn)有的用于油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的耐磨材料，能夠大幅提高硬度。一種耐磨基體的制備方法，包括以下步驟：(a)將粒度200～300目的球形碳化鎢粉、粒度100～200目的碳化鎢單晶粉、粒度100～200目的鎳粉，按照0.85:0.1:0.05的重量百分比混合攪拌，攪拌時(shí)間不低于三小時(shí)，得到胎粉；(b)在胎粉中加入浸漬材料，混合均勻后填入模具；(c)高溫?zé)Y(jié)，得到耐磨基體。本方案中首先混合攪拌粒度200～300目的球形碳化鎢粉、粒度100～200目的碳化鎢單晶粉、粒度100～200目的鎳粉，攪拌時(shí)間至少三小時(shí)，以確保充分的混合均勻，之后加入浸漬材料并混合均勻，再將混有浸漬材料的胎粉加入至模具中，高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，浸漬材料受熱融化，從而將胎粉固化凝結(jié)在一起，完成耐磨基體的制備。優(yōu)選的，所述浸漬材料為鎳基合金。由于銅合金熔煉難度低、易于掌握，因此傳統(tǒng)的用于本領(lǐng)域內(nèi)的浸漬材料都為銅基合金，然而使用銅合金作為浸漬材料時(shí)，受限于金屬銅質(zhì)軟的特性，對(duì)于耐磨基體的整體強(qiáng)度不僅沒(méi)有幫助，反而會(huì)有一定的降低，現(xiàn)有技術(shù)中并未針對(duì)這點(diǎn)缺陷進(jìn)行有效的研究和改進(jìn)。而本方案中通過(guò)鎳基合金作為浸漬材料，在高溫?zé)Y(jié)重凝后具有極高的強(qiáng)度，有利于提高耐磨基體的整體硬度。進(jìn)一步的，所述鎳基合金包括以下重量百分比的組分：94％的Ni、1％的Co、3％的Si、1％的B，小于或等于0.1％的Fe。本方案中的浸漬材料包括鎳、鈷、硅、硼、鐵幾種元素，剩余部分為雜質(zhì)。優(yōu)選的，步驟(c)中的燒結(jié)溫度為1190℃～1200℃。對(duì)于石油開(kāi)采領(lǐng)域而言，傳統(tǒng)的胎體鉆頭燒結(jié)溫度大都在1100℃附近，這也是目前用于耐磨材料燒結(jié)的問(wèn)題，而本方案中將燒結(jié)溫度提高至1190℃～1200℃，能夠使得鎳基合金更加充分融化、與胎粉進(jìn)行充分的混合和固化，相較于現(xiàn)有的燒結(jié)溫度能夠極大的提高浸漬質(zhì)量。保徑耐磨塊，包括耐磨基體，所述耐磨基體表面嵌設(shè)中心熱穩(wěn)定聚晶片、邊緣熱穩(wěn)定聚晶片，所述中心熱穩(wěn)定聚晶片在耐磨基體表面所占面積大于任意一塊邊緣熱穩(wěn)定聚晶片在耐磨基體表面所占面積，所述邊緣熱穩(wěn)定聚晶片的數(shù)量為N，N塊邊緣熱穩(wěn)定聚晶片環(huán)形均布在中心熱穩(wěn)定聚晶片外，其中N≥6。即是本方案中在耐磨基體的表面嵌設(shè)一塊中心熱穩(wěn)定聚晶片和N塊邊緣熱穩(wěn)定聚晶片，熱穩(wěn)定聚晶片作為人造金剛石材料的一種，其價(jià)格低廉、便于購(gòu)買(mǎi)。但是由于熱穩(wěn)定聚晶片成型面積較小，而無(wú)法直接作為鋼體金剛石鉆頭的保徑齒進(jìn)行使用，而本申請(qǐng)中將其嵌在耐磨基體的表面，耐磨基體可以做成較大結(jié)構(gòu)，因此解決了傳統(tǒng)熱穩(wěn)定聚晶片無(wú)法作用在保徑部位的問(wèn)題，本申請(qǐng)中的耐磨基體具有極高的硬度，熱穩(wěn)定聚晶片在其上作為主要耐磨體，將保徑耐磨塊整體焊入至鋼體鉆頭的保徑部分，替代現(xiàn)有技術(shù)中的金剛石復(fù)合片保徑齒，不僅在熱穩(wěn)定聚晶片的耐磨強(qiáng)度上與傳統(tǒng)的金剛石復(fù)合片保徑齒相當(dāng)，而且整個(gè)基體的耐磨強(qiáng)度比傳統(tǒng)鋼體鉆頭的保徑基體有顯著提高，而且在硬度上還有更好的效果，在同等尺寸條件下，以19mm齒為例，成本僅為傳統(tǒng)金剛石復(fù)合片保徑齒的1/5。此外，本方案中的保徑耐磨塊優(yōu)選的通過(guò)釬焊方式鑲嵌在鋼體鉆頭表面，在長(zhǎng)期使用損壞后，還能夠方便的進(jìn)行更換，更加延長(zhǎng)了鉆頭使用壽命，降低了鉆井工程的成本。本方案中的保徑耐磨塊，除了用于鋼體鉆頭的保徑部位外，還可以用于磨鞋、銑鞋等井下需要進(jìn)行大量摩擦的工具中。進(jìn)一步的，所述中心熱穩(wěn)定聚晶片、邊緣熱穩(wěn)定聚晶片均為圓形。優(yōu)選的，所述中心熱穩(wěn)定聚晶片的直徑為6mm，所述邊緣熱穩(wěn)定聚晶片的直徑為3mm。優(yōu)選的，所述耐磨基體內(nèi)還包括鎳基合金，所述鎳基合金為耐磨基體的浸漬材料。優(yōu)選的，所述鎳基合金包括以下重量百分比的組分：94％的Ni、1％的Co、3％的Si、1％的B，小于或等于0.1％的Fe。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：1、本專利技術(shù)中的耐磨基體相較于現(xiàn)有的用于油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的耐磨材料，能夠大幅提高硬度。2、本專利技術(shù)通過(guò)鎳基合金作為浸漬材料，在高溫?zé)Y(jié)重凝后具有極高的強(qiáng)度，有利于提高耐磨基體的整體硬度。3、本專利技術(shù)中的保徑耐磨塊，不僅在熱穩(wěn)定聚晶片的耐磨強(qiáng)度上與傳統(tǒng)的金剛石復(fù)合片保徑齒相當(dāng)，而且整個(gè)基體的耐磨強(qiáng)度比傳統(tǒng)鋼體鉆頭的保徑基體有顯著提高，而且在硬度上還有更好的效果，在同等尺寸條件下，成本僅為傳統(tǒng)金剛石復(fù)合片保徑齒的1/5。此外，本方案中的保徑耐磨塊優(yōu)選的通過(guò)釬焊方式鑲嵌在鋼體鉆頭表面，在長(zhǎng)期使用損壞后，還能夠方便的進(jìn)行更換，更加延長(zhǎng)了鉆頭使用壽命，降低了鉆井工程的成本。附圖說(shuō)明此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本專利技術(shù)實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本專利技術(shù)實(shí)施例的限定。在附圖中：圖1為本專利技術(shù)具體實(shí)施例3中保徑耐磨塊的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的零部件名稱：1-耐磨基體，2-中心熱穩(wěn)定聚晶片，3-邊緣熱穩(wěn)定聚晶片。具體實(shí)施方式為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本專利技術(shù)的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本專利技術(shù)，并不作為對(duì)本專利技術(shù)的限定。實(shí)施例1：一種耐磨基體，包括如下重量百分比的組分：粒度200～300目的球形碳本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種耐磨基體，其特征在于，包括如下重量百分比的組分：粒度200～300目的球形碳化鎢粉85％，粒度100～200目的碳化鎢單晶粉10％，粒度100～200目的鎳粉5％。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種耐磨基體，其特征在于，包括如下重量百分比的組分：粒度200～300目的球形碳化鎢粉85％，粒度100～200目的碳化鎢單晶粉10％，粒度100～200目的鎳粉5％。2.一種耐磨基體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(a)將粒度200～300目的球形碳化鎢粉、粒度100～200目的碳化鎢單晶粉、粒度100～200目的鎳粉，按照0.85:0.1:0.05的重量百分比混合攪拌，攪拌時(shí)間不低于三小時(shí)，得到胎粉；(b)在胎粉中加入浸漬材料，混合均勻后填入模具；(c)高溫?zé)Y(jié)，得到耐磨基體。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耐磨基體的制備方法，其特征在于，所述浸漬材料為鎳基合金。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐磨基體的制備方法，其特征在于，所述鎳基合金包括以下重量百分比的組分：94％的Ni、1％的Co、3％的Si、1％的B，小于或等于0.1％的Fe。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耐磨基體的制備方法，其特征在于，步驟(c)中的燒結(jié)溫度為1190℃～1200℃。6.基于權(quán)利要求1所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蘇益仁，毛忠仁，程興發(fā)，秦宗森，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：成都惠靈豐金剛石鉆頭有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：四川,51