【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气钻探钻齿领域，具体涉及一种透明金刚石钻齿、制备方法和应用。
技术介绍
1、金刚石，是地球已知最硬的天然物质，兼具高耐磨性、宽带隙、高热导率、低热膨胀系数等优良性能，被广泛应用于矿产和油气钻探、机械加工、半导体等领域。由于金刚石单晶各个晶面具有各向异性，物理性能不尽相同，所以在工业中大多使用经过高温高压烧结的聚晶金刚石(polycrystalline diamond，pcd)来消除金刚石单晶的各向异性。聚晶金刚石最具代表性的应用是聚晶金刚石钻齿(polycrystalline diamond cutter,pdc)，它被广泛应用于油气钻探领域，所以pdc的性能很大程度上决定了钻井的深度和效率。目前对油气资源的开采难度不断加大，国内钻井平台的最深钻探深度已经超过8000米，国外钻井平台钻探深度最深超过了12000米，这对油气钻探所使用的钻齿的性能提出了更高的要求。每个钻头内通常镶嵌有20～60个pdc来提升钻探效率，根据“木桶效应”，钻头内性能最差的pdc会影响甚至决定整体的性能。pdc钻头失效导致的更换钻头过程，工作量大、花费高，且存在井喷等安全风险，所以保证每个pdc物理性能的均一性是保证钻头良好运行的关键。
2、目前用于油气钻探的pdc采用的材料有如下几种类型：1)整体为无粘结剂烧结的聚晶金刚石；2)整体为有粘结剂烧结聚晶金刚石；3)无粘结剂烧结聚晶金刚石与基体分体连接组成；4)有粘结剂烧结聚晶金刚石与基体分体连接组成。其中基体部分的成分可以是碳化钨、钴、碳化钛、碳化硅和碳化铬中的一种或几种。通常
3、在工业中用于油气钻探钻头中的pdc钻齿普遍是非透明的聚晶金刚石钻齿，但现有的钻齿存在以下缺点严重制约了钻探效率和钻头的使用寿命：
4、(1)添加粘结剂烧结的聚晶金刚石中，粘结剂均匀分散在各金刚石晶粒中。当使用这种类型聚晶金刚石制作的钻齿进行钻探时，由于金刚石和粘结剂的热膨胀系数和弹性系数不同，钻齿和岩石摩擦产生的热量会使粘结剂膨胀并挤压内部金刚石晶粒，使之产生裂纹并缩短pdc的使用寿命，从而降低整个钻头的使用寿命。
5、(2)不透明有粘结剂烧结的聚晶金刚石和不透明无粘结剂烧结的聚晶金刚石都缺乏无损检测手段来检测其内部的缺陷和微裂纹。尤其是分布于金刚石层内部及金刚石层与基体结合界面处的缺陷和微裂纹，即使是微米量级的缺陷和微裂纹也会对pdc使用性能造成严重影响。目前仅有的超声手段受限于波长和频率无法检测聚晶金刚石内部及金刚石层与基体结合界面处的微小裂纹等缺陷。所以当不透明聚晶金刚石制作的钻齿应用于钻头上时无法保证每个钻齿的性能均一性，这会严重降低钻头使用的稳定性。
6、(3)在实际使用中，聚晶金刚石通常与基体结合组成一个钻齿。通常情况下聚晶金刚石与基体结合有如下几种方法：高温高压烧结、真空焊接、激光焊接、微波焊接、高频感应焊接或机械固定等方式。在使用不透明聚晶金刚石与基体焊接过程中，焊接部分的微小缺陷无法通过超声等无损检测的方式被观察到。这同样会导致每个钻齿的均一性有差异，降低整个钻头的使用寿命和效率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种透明金刚石钻齿及其制备方法和应用，解决了聚晶金刚石与基体结合成钻齿存在使用寿命和效率低的问题。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、本专利技术提供一种透明金刚石钻齿的制备方法，包括：
4、将基体放入到金属材料中，在基体表面平铺上助焊剂，将除杂后的透明聚晶金刚石放置在助焊剂表面并用金属材料包裹严实；
5、将整个包裹在压强为1.5gpa～10gpa，温度为300℃～2000℃下焊接20s～6000s，得到透明聚晶金刚石钻齿。
6、进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，所述基体为高硬度陶瓷材料，包括：碳化钨、氧化铝、氮化硅、碳化钛、碳化硅和碳化铬中的一种或几种。
7、进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，所述基体为烧结成形的块体或未烧结的粉末。
8、进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，所述金属材料包括：钽、铼、钼、铌和铂中的一种或几种。
9、进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，所述助焊剂包括：铁、铬、镍、碳化硅、碳化硼和碳化钛中的一种或几种。
10、进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，所述助焊剂的加入量是基体的3wt％。
11、进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，所述透明聚晶金刚石的制备包括：在加热条件下，金刚石微粉依次用氢氟酸、盐酸清洗除杂后；
12、将除杂后的金刚石微粉在真空度为5×10-3pa，温度为800℃的条件下处理8h；
13、将处理后的金刚石粉放入到金属包裹材料中在压强400mpa下，预压成型；
14、将预压成型后的包裹在压力15gpa，温度为2200℃的条件下烧结5min，降压降温至常压室温后，去除包裹材料后，打磨后得到所述透明聚晶金刚石。
15、进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，焊接的条件为：5gpa，温度为1200℃下焊接300s。
16、本专利技术还提供上述的透明金刚石钻齿的制备方法制得的透明金刚石钻齿。
17、本专利技术还提供透明金刚石钻齿在油气钻探上的应用。
18、本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
19、1、本专利技术提供的透明金刚石钻齿的制备方法，采用透明聚晶金刚石与基体分体复合加工制作钻齿，需要利用焊料在高温高压条件下焊接在一起，透明聚晶金刚石与基体高质量、高强度的结合可以大大增强整个钻齿的机械性能。通常情况下基体材料都是非透明的，此时可以通过透明聚晶金刚石部分去观察金刚石与基体结合界面处的缺陷和微裂纹本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种透明金刚石钻齿的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的透明金刚石钻齿的制备方法，其特征在于，所述基体为高硬度陶瓷材料，包括：碳化钨、氧化铝、氮化硅、碳化钛、碳化硅和碳化铬中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的透明金刚石钻齿的制备方法，其特征在于，所述基体为烧结成形的块体或未烧结的粉末。
4.根据权利要求1所述的透明金刚石钻齿的制备方法，其特征在于，所述金属材料包括：钽、铼、钼、铌和铂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的透明金刚石钻齿的制备方法，其特征在于，所述助焊剂包括：铁、铬、镍、碳化硅、碳化硼和碳化钛中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的透明金刚石钻齿的制备方法，其特征在于，所述助焊剂的加入量是基体的2-15wt％。
7.根据权利要求1所述的透明金刚石钻齿的制备方法，其特征在于，所述透明聚晶金刚石的制备包括：在加热条件下，金刚石微粉依次用氢氟酸、盐酸清洗除杂后；
8.根据权利要求1所述的透明金刚石钻齿的制备方法，其特征在于，焊接的条件为：5GPa，温度为1
9.一种由权利要求1-8任一项所述的透明金刚石钻齿的制备方法制得的透明金刚石钻齿。
10.根据权利要求9所述的透明金刚石钻齿在油气钻探上的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种透明金刚石钻齿的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的透明金刚石钻齿的制备方法，其特征在于，所述基体为高硬度陶瓷材料，包括：碳化钨、氧化铝、氮化硅、碳化钛、碳化硅和碳化铬中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的透明金刚石钻齿的制备方法，其特征在于，所述基体为烧结成形的块体或未烧结的粉末。
4.根据权利要求1所述的透明金刚石钻齿的制备方法，其特征在于，所述金属材料包括：钽、铼、钼、铌和铂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的透明金刚石钻齿的制备方法，其特征在于，所述助焊剂包括：铁、铬、镍、碳化硅、碳化硼和碳化钛中...
【专利技术属性】
技术研发人员：王义鹏，
申请(专利权)人：成都东为科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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