CN105064926B - 高速钻进锚杆钻头专用聚晶金刚石复合片 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高速钻进锚杆钻头专用聚晶金刚石复合片，由上部的聚晶金刚石层和下部的硬质合金基体组成；聚晶金刚石层的上表面与聚晶金刚石层的侧壁之间还增设有一个环形、并呈向下倾斜状的第一倒角面；该第一倒角面的内侧边缘与聚晶金刚石层的上表面的周圈边缘相接，第一倒角面的外侧边缘与聚晶金刚石层的侧壁的上边缘相接。第一倒角面上还进一步开设有一个半环形、并呈向下倾斜状的第二倒角面；第二倒角面向下倾斜角度大于第一倒角面向下倾斜的角度。本发明能既能够使得复合片边缘更锋利，提高了钻进速度，又能够防止岩心对金刚石复合片的内侧反向憋崩聚晶金刚石层，造成钻头过早失效。

Description

高速钻进锚杆钻头专用聚晶金刚石复合片

技术领域

本发明涉及超硬材料技术领域，具体涉及一种高速钻进锚杆钻头专用聚晶金刚石复合片。

背景技术

聚晶金刚石复合片应用在锚杆钻头上，以其使用寿命长而得到广泛的应用。聚晶金刚石复合片是一种聚晶金刚石和硬质合金组成的复合材料，其主要由上部的聚晶金刚石层和下部的硬质合金基体组成。聚晶金刚石层呈圆片状，其上表面构成聚晶金刚石复合片的切削端面，具有硬度高、耐磨性好的特点。硬质合金基体呈圆柱状，其下表面构成聚晶金刚石复合片与钻体的连接面，具有柔韧性好和可焊性佳的特点。聚晶金刚石层的下表面与硬质合金基体的上表面为两者的结合面。

众所周知，聚晶金刚石复合片的切削端面即聚晶金刚石层的上表面形状对聚晶金刚石复合片的性能起到决定性的作用。先前，安装在锚杆钻头上的聚晶金刚石复合片多采用平面聚晶金刚石复合片。该平面聚晶金刚石复合片如图1所示，其切削端面为一平面。虽然切削端面为平面的聚晶金刚石复合片的边缘更锋利，并具有较快的钻进速度，但是存在聚晶金刚石层憋崩的问题。究其原因是：锚杆钻头在刚吃进岩石时，钻杆容易出现偏斜，此时锚杆钻头上的其中一个聚晶金刚石复合片会先触及岩石。这样，在锚杆钻头发生转动时，先触及岩石的聚晶金刚石复合片的内侧会受到岩石朝聚晶金刚石层方向的一个反向力，若遇到较硬岩石，上述反向力瞬间会把聚晶复合片的内侧聚晶金刚石层憋崩，造成钻头过早失效。为了解决这一问题，现在普片采用规则弧面聚晶金刚石复合片安装在锚杆钻头上。该规则圆弧形聚晶金刚石复合片如图2所示，其切削端面整体为一个具有同一弧度的弧形面。虽然规则弧面的聚晶金刚石复合片的边缘较为平缓，因而不易出现憋崩的问题，但是存在钻进速度慢的不足。

发明内容

本发明所要解决的是提供一种高速钻进锚杆钻头专用聚晶金刚石复合片，其能够在保证锚杆钻进速度的同时又能解决聚晶金刚石复合片憋崩的问题。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

高速钻进锚杆钻头专用聚晶金刚石复合片，由上部的聚晶金刚石层和下部的硬质合金基体组成；聚晶金刚石层的上表面与聚晶金刚石层的侧壁之间还增设有一个环形、并呈向下倾斜状的第一倒角面；该第一倒角面的内侧边缘与聚晶金刚石层的上表面的周圈边缘相接，第一倒角面的外侧边缘与聚晶金刚石层的侧壁的上边缘相接。

上述方案中，第一倒角面的与水平面之间的夹角α的角度范围介于5°～30°之间。

上述方案中，第一倒角面为平面或弧形面。

上述方案中，第一倒角面上还进一步开设有一个半环形、并呈向下倾斜状的第二倒角面；第二倒角面向下倾斜角度大于第一倒角面向下倾斜的角度。

上述方案中，第二倒角面的与水平面之间的夹角β的角度范围介于10°～60°之间。

上述方案中，在圆周方向上，第二倒角面的长度为第一倒角面的长度的1/2～1/5。

上述方案中，在径向方向上，第二倒角面的宽度等于或小于第一倒角面的宽度。

上述方案中，第二倒角面为平面或弧形面。

上述方案中，聚晶金刚石层的上表面为平面或弧形面。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、聚晶金刚石层的整个上表面的周圈设有一角度较小的一次倒角α，其够使得复合片边缘更锋利，提高了钻进速度；

2、聚晶金刚石层的上表面的内侧，即在靠近锚杆钻头内侧处设有一个较大角度的二次倒角β，其能够解决聚晶金刚石复合片内侧憋崩的问题。

附图说明

图1为一种高速钻进锚杆钻头专用聚晶金刚石复合片的剖视图。

图2为将图1所示聚晶金刚石复合片安装到高速钻进锚杆钻头的示意图。

图中标号：1、聚晶金刚石层；1-1、上表面；1-2、第一倒角面；1-3、第二倒角面；1-4、侧壁；2、硬质合金基体；3、锚杆钻头。

具体实施方式

一种高速钻进锚杆钻头3专用聚晶金刚石复合片，如图1和2所示，主要由上部的聚晶金刚石层1和下部的硬质合金基体2组成。聚晶金刚石层1上表面1-1既可以是平面的；也可以是与平面有1个夹角的斜面，其夹角的范围在0°～40°之间；还可以是弧面的，弧面的半径R＝10～60mm之间，以及这三种形状的结合。

为了提高聚晶金刚石复合片的性能，所述聚晶金刚石层1的上表面1-1与聚晶金刚石层1的侧壁1-4之间还增设有第一倒角面1-2。第一倒角面1-2呈完整的360°环状，且第一倒角面1-2的内侧边缘与聚晶金刚石层1的上表面1-1的周圈边缘相接，第一倒角面1-2的外侧边缘与聚晶金刚石层1的侧壁1-4的上边缘相接。第一倒角面1-2呈向下倾斜状，即第一倒角与水平面之间存在一定的夹角α。在本发明中，第一倒角面1-2的与水平面之间的夹角α的角度范围介于5°～30°之间。上述第一倒角面1-2可以为平面，也可以为弧形面。当第一倒角面1-2为平面时，其边缘的过渡较为锋利，因而具有更好的钻进速度。当第一倒角面1-2为弧形面时，其边缘的过渡较为平缓，因而能够更好的防止憋崩现象的出现。

为了进一步提高钻进速度，同时也为了更为有效的避免金刚石复合片憋崩的问题，本发明在第一倒角面1-2上还进一步开设有一个第二倒角面1-3，该第二倒角面1-3向下倾斜角度大于第一倒角面1-2向下倾斜的角度。在本发明中，第二倒角面1-3的与水平面之间的夹角β的角度范围介于10°～60°之间。在圆周方向上，第二倒角面1-3并非一个完整的环状，而是一个半环状，即第二倒角面1-3的长度为第一倒角面1-2的长度的1/2～1/5。在径向方向上，第二倒角面1-3的宽度等于或小于第一倒角面1-2的宽度。第二倒角面1-3可以为平面，也可以为弧形面。

上述结构的聚晶金刚石复合片在安装到锚杆钻头3时，需要将第二倒角面1-3的一侧朝向锚杆钻头3的内侧。这样，第一倒角面1-2、第二倒角面1-3与聚晶金刚石层1的上表面1-1便共同构成了金刚石复合片的切削端面。这种切削端面相较于平面状的切削端面而言，由于经过第一倒角面1-2的外侧边缘与侧壁1-4之间形成一个较为锋利的边缘，因而有效能够保证速度。另外，具有较大倾斜角度的第二倒角面1-3能够减缓金刚石复合片的内侧所受到到岩石朝聚晶金刚石层1方向的一个反向应力，有效地防止聚晶金刚石层1内侧的憋崩。

Claims (8)

1.高速钻进锚杆钻头(3)专用聚晶金刚石复合片，由上部的聚晶金刚石层(1)和下部的硬质合金基体(2)组成；聚晶金刚石层(1)的上表面(1-1)与聚晶金刚石层(1)的侧壁(1-4)之间还增设有一个环形、并呈向下倾斜状的第一倒角面(1-2)；该第一倒角面(1-2)的内侧边缘与聚晶金刚石层(1)的上表面(1-1)的周圈边缘相接，第一倒角面(1-2)的外侧边缘与聚晶金刚石层(1)的侧壁(1-4)的上边缘相接；其特征在于：第一倒角面(1-2)上还进一步开设有一个半环形、并呈向下倾斜状的第二倒角面(1-3)；第二倒角面(1-3)向下倾斜角度大于第一倒角面(1-2)向下倾斜的角度。

2.根据权利要求1所述的高速钻进锚杆钻头(3)专用聚晶金刚石复合片，其特征在于：第一倒角面(1-2)的与水平面之间的夹角α的角度范围介于5°～30°之间。

3.根据权利要求1所述的高速钻进锚杆钻头(3)专用聚晶金刚石复合片，其特征在于：第一倒角面(1-2)为平面或弧形面。

4.根据权利要求1所述的高速钻进锚杆钻头(3)专用聚晶金刚石复合片，其特征在于：第二倒角面(1-3)的与水平面之间的夹角β的角度范围介于10°～60°之间。

5.根据权利要求1所述的高速钻进锚杆钻头(3)专用聚晶金刚石复合片，其特征在于：在圆周方向上，第二倒角面(1-3)的长度为第一倒角面(1-2)的长度的1/2～1/5。

6.根据权利要求1所述的高速钻进锚杆钻头(3)专用聚晶金刚石复合片，其特征在于：在径向方向上，第二倒角面(1-3)的宽度等于或小于第一倒角面(1-2)的宽度。

7.根据权利要求1所述的高速钻进锚杆钻头(3)专用聚晶金刚石复合片，其特征在于：第二倒角面(1-3)为平面或弧形面。

8.根据权利要求1所述的高速钻进锚杆钻头(3)专用聚晶金刚石复合片，其特征在于：聚晶金刚石层(1)的上表面(1-1)为平面或弧形面。