一种孕镶金刚石钻头技术领域
本实用新型涉及粉末冶金技术领域和钻探工程领域，具体涉及
一种地质勘探和石油钻井用孕镶金刚石钻头。
背景技术
我国的地质勘探和科学钻探已经朝着4000m的深部发展，所钻
遇的岩石种类多，岩性复杂；钻遇岩石中，坚硬致密和硅化程度高
的岩石在每个钻孔中几乎都能遇到。钻进这些类型岩层时，而普通
金刚石钻头钻进坚硬致密或硅化程度高的岩石时，钻进速度极低
(0.3m/h左右)，一般要3～4个小时才能钻进1.0米，最大难度就是
金刚石出刃极差或者不能出刃，甚至出现完全钻不动的现象，不能
有效切削岩石，以致钻进效率极低，施工期大大延长，钻探成本明
显提高，成了深部找矿钻探中迫切需要解决的问题，急需有适应性
能好的钻头满足钻进的需要。解决钻进难和钻进速度极低的问题，
必须从钻头的结构和钻头的胎体性能两个主要方面着手。
发明内容
本实用新型的目的在于针对上述的不足，提供一种在钻进时效极
低的岩石中钻进时能明显提高钻进效率的孕镶金刚石钻头。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种孕
镶金刚石钻头，包括钻头钢体、设置在钻头钢体端部的扇形工作齿、
焊接钻头钢体和扇形工作齿的焊接层及水口，所述扇形工作齿包括
交替均匀分布的主工作齿和辅工作齿，所述主工作齿和所述辅工作
齿之间设置有水口，所述主工作齿和所述辅工作齿的面积比为
3:2～2:1。
进一步地，所述水口的宽度为8～10mm。
进一步地，所述主工作齿采用2～4个，相对应地，所述辅工作
齿为2～4个。
本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：本实用新型
孕镶金刚石钻头的扇形工作齿由不同性能、不同规格的主工作齿和
辅工作齿交替间隔组合而成，在坚硬致密或硅化强的岩石中，钻进
速度能够达到0.9～1.2m/h，单个钻头的使用寿命能够达到15～24m。
在钻进同类岩石时，比普通钻头的钻进效率能够提高3.0～4.0倍，钻
头的使用寿命能够提高2.0～2.5倍。
附图说明
图1为本实用新型孕镶金刚石钻头的底唇面N-O-N方向设置局
部剖面示意图；
图2为图1中N-O-N方向孕镶金刚石钻头轴向剖面示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其
中：主工作齿1、辅工作齿2、水口3、焊接层4、钻头保径材料5、
钻头钢体6。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以
下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。此处所
描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用
新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的
技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
结合图1、图2所示的为在钻进时效极低的岩石中钻进时能明显
提高钻进效率的孕镶金刚石钻头，包括钻头钢体6、设置在钻头钢体
6端部的扇形工作齿、焊接钻头钢体6和扇形工作齿的焊接层4、水
口3及钻头保径材料5。本实用新型的关键的在于：钻头的扇形工作
齿包括交替均匀分布的2～4个主工作齿1和相对应的2～4个辅工作
齿2，主工作齿1和辅工作齿2之间设置有水口3，且主工作齿1和
辅工作齿2的面积比为3:2～2:1。
主工作齿1的胎体硬度为HRC10～12，金刚石采用的是高质量的
MBD35金刚石，MBD35金刚石的浓度为55～65％，其50～60目粒度占
60％～70％、60～70目粒度占30％～40％；并且胎体组成成分及质量百
分比为：10％～12％的YG8、28％～36％的Fe、10％～13％的Ni、45％～55％
的Cu-Sn合金。
辅工作齿2的胎体硬度为HRC6～7，金刚石采用的是低质量的
SMD12金刚石，SMD12金刚石浓度为50～60％，其粒度为50～60目；
并且辅工作齿的胎体组成成分及质量百分比为：40％～45％的Fe、
6％～8％的Ni、18％～22％的Cu、25％～35％的CuSn10。
本实用新型的孕镶金刚石钻头的扇形工作齿由主工作齿1和辅
工作齿2交替间隔组合而成。主工作齿的硬度较高，耐磨性较强，
是破碎岩石的主体部分；而辅工作齿的硬度较低，耐磨性较差，起
辅助破碎岩石的作用和促进主工作齿破碎岩石的作用。
利用辅工作齿的胎体硬度低和耐磨性低，钻进中消耗钻压较小，
金刚石易于出刃；所采用的SMD12型金刚石强度较低，其棱角比较
明显和突出，有利于切入岩石。两者共同作用的结果，能够提高切
削岩石的效果。其理论依据是：辅工作齿中锋利的金刚石较容易切
入岩石，切削下来的岩粉颗粒比较粗，对于主工作齿会产生良好的
磨损效果，有利于主工作齿中的金刚石出刃；辅工作齿消耗的压力
较小，主工作齿获得压力必然增加，钻进压力增加有助于主工作齿
胎体磨损加快，主工作齿的金刚石出刃变好，金刚石切入岩石效果
变好，钻进速度必然得到提高。
本实施例中钻头的水口3的宽度为8～10mm，比普通钻头的水口
增加了2～4mm，属于超大水口，相当于钻头工作齿与孔底岩石的接
触面积减少，在所提供的相等的钻压条件下，钻头工作齿上的单位
面积压力得到提高，有助于金刚石出刃和金刚石切入岩石，有利于
提高钻进速度。
本实施例中采用4个主工作齿1、4个辅工作齿2、8个水口3，
每个水口3宽度为9mm。对于钻进时效极低的岩石，主工作齿和辅
工作齿的面积比为3:2，主工作齿胎体的硬度为HRC10，辅工作齿胎
体的硬度为HRC6；而对于钻进时效稍高的岩石，主工作齿和辅工作
齿的面积比为2:1，主工作齿胎体的硬度为HRC12，辅工作齿胎体的
硬度为HRC7。
主工作齿和辅工作齿的面积比为2:1时，主工作齿的胎体硬度为
HRC12，其基本组成成分是：YG8占12％、Fe占32％、Ni占10％、
Cu-Sn10占46％；而辅工作齿的胎体硬度为HRC7，其基本组成成分
是：Fe占40％，Ni占8％，Cu占18％，Cu-Sn10占35％。
主工作齿和辅工作齿的面积比为3:2时，主工作齿的胎体硬度为
HRC10，其基本组成成分是：YG8占10％、Fe占28％、Ni占13％、
Cu-Sn10占55％；而辅工作齿的胎体硬度为HRC6，其基本组成成分
是：Fe占45％，Ni占6％，Cu占22％，Cu-Sn10占25％。
本实用新型孕镶金刚石钻头实钻效果表明，在坚硬致密或硅化
强的岩石中，钻进速度能够达到0.9～1.2m/h，单个孕镶金刚石钻头的
使用寿命能够达到15～24m。在钻进同类岩石时，比普通钻头的钻进
效率能够提高3.0～4.0倍，钻头的使用寿命能够提高2.0～2.5倍，而
钻头的制造成本并没有增加。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用
新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替
换和改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。