CN106089089A - 金刚石复合片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金刚石复合片，包括硬质合金基体和金刚石复合层，其特征在于所述的金刚石复合层端面设有凸台和向上突起的带状凸棱，每条带状凸棱从金刚石复合层边缘向上倾斜延伸至凸台边缘。本发明设置多条带状凸棱使切削面具有较强的犁削作用，提高了复合片的破碎钻进性能，降低了钻进切削阻力，进而提高金刚石钻头的机械钻速；同时，带状凸棱与侧向斜面及凸台所组成的切削面也具备较强的抗冲击性能；能起到引导井底岩屑排出的作用，进一步提升金刚石钻头的机械钻速；本发明的复合片的切削面更大，使得复合片的耐磨性能进一步提高，从而提高金刚石钻头的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种金刚石复合片，属于石油钻探技术领域。
背景技术
上世纪80年代开始，金刚石钻头被广泛地用于石油天然气钻井工程。金刚石钻头主要由钻头体和切削元件构成，金刚石钻头根据切削元件分成三类：PDC(聚晶金刚石)钻头、TSP(热稳定聚晶金刚石)钻头及天然金刚石钻头。PDC钻头主要用于软至中硬地层钻进，经过不断的技术进步，PDC钻头的适用范围越来越广，具有较好的经济价值。TSP钻头主要用于中硬至极硬地层钻进。目前，石油天然气钻井工程中深井作业逐步增多，钻遇的地层也越来越复杂。
在钻遇含砾石的地层或者地层软硬交错，变化较为频繁时，复合片所受冲击载荷较大，金刚石复合片容易崩齿失效，从而导致钻头整体失效。因而钻井现场急需一种抗冲击能力强的金刚石复合片。而现有的金刚石复合片的抗冲击能力主要以改变金刚石复合片中金刚石层与硬质合金基座界面结构降低其残余应力、或者改变材料配方、加工工艺来提高。也有采用球头形、锥形等异形齿PCD层，这种异形结构的PDC虽然提高了其抗冲击能力，但使用过程中存在钻进切削阻力大，钻头扭矩大，钻进效率低等现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种钻进性好、抗冲击力强，能延长钻头使用寿命的金刚石复合片。
本发明所采用的技术方案为：包括硬质合金基体和金刚石复合层，其特征在于所述的金刚石复合层端面设有凸台和向上突起的带状凸棱，每条带状凸棱从金刚石复合层边缘向上倾斜延伸至凸台边缘。
按上述方案，所述的凸台位于金刚石复合层端面的中部或一侧，所述的凸台为平面凸台。
按上述方案，所述的位于金刚石复合层端面中部的凸台为三角形或多边形凸台，所述的带状凸棱向上倾斜延伸至凸台边缘的两边相交处。
按上述方案，所述的位于金刚石复合层端面一侧的凸台其内侧边缘为折线状，外侧边缘为金刚石复合层圆弧边缘，所述的带状凸棱向上倾斜延伸至凸台边缘的两边相交处。
按上述方案，所述的带状凸棱为平面、圆锥面或圆弧面。
按上述方案，所述的带状凸棱向上倾斜的角度，即与金刚石复合层端面的垂直投影面之间的夹角为5～30°。
按上述方案，所述的带状凸棱的宽度为1～10mm。
按上述方案，所述的带状凸棱的宽度由复合层边缘至中部逐步递增。
按上述方案，每条带状凸棱的两侧设有向下倾斜的侧翼面。
按上述方案，所述的凸台边缘设置有倒角，所述的金刚石复合层的边缘设置有倒角。
按上述方案，所述的金刚石复合层为聚晶金刚石复合层或热稳定聚晶金刚石复合层。
按上述方案，所述的金刚石复合片径向截面为圆形或椭圆形，所述的凸台面积占复合层端面面积的25～70％。
按上述方案，所述的硬质合金基体与金刚石复合层之间的粘结面为平面、凹凸面起或沟槽面。
本发明的有益效果在于：1、设置多条带状凸棱使切削面具有较强的犁削作用，提高了复合片的破碎钻进性能，降低了钻进切削阻力，进而提高金刚石钻头的机械钻速；同时，具有一定宽度的带状凸棱与侧向斜面及凸台所组成的切削面也具备较强的抗冲击性能；2、带状凸棱向上倾斜能起到引导井底岩屑排出的作用，进一步提升金刚石钻头的机械钻速；并使复合片的抗冲击能力进一步增强；3、相对于平面切削面复合片，本发明的复合片的切削面更大，加之钻进阻力的减少，使得复合片的耐磨性能进一步提高，从而提高金刚石钻头的使用寿命；4、复合片端面设置凸台，可方便复合片加工。
附图说明
图1至图5分别为本发明实施例一的立体图、正视图、侧视图、俯视图和A-A剖面图。
图6至图10分别为本发明实施例二的立体图、正视图、侧视图、俯视图和A-A剖面图。
图11至图14分别为本发明实施例三的立体图、俯视图和A-A、C-C 2个剖面图。
图15至图18分别为本发明实施例四的立体图、俯视图和A-A、C-C 2个剖面图。
图19至图22分别为本发明实施例五的立体图、俯视图和A-A、C-C 2个剖面图。
图23至图26分别为本发明实施例六的立体图、俯视图和A-A、C-C 2个剖面图。
图27至图30分别为本发明实施例七的立体图、俯视图和A-A、C-C 2个剖面图。
图31至图34分别为本发明实施例八的立体图、俯视图和A-A、C-C 2个剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一如图1至图5所示，它包括金刚石复合层101和硬质合金基体102，金刚石复合层端面的一侧设有平面凸台106，凸台其内侧边缘为折线状，由2条成90°相交的等长直线构成，凸台外侧边缘为金刚石复合层圆弧边缘，金刚石复合层端面设有1条向上突起的带状凸棱103，带状凸棱从金刚石复合层边缘向上倾斜延伸至凸台边缘的折线两边相交处，带状凸棱的两侧设有侧翼面105、104，带状凸棱向上倾斜的角度，即与端面的垂直投影面之间的夹角θ为10°，带状凸棱为等宽圆弧形，宽度L为2.8mm，曲率半径R为8mm，该条带状凸棱两侧的侧翼面均为平面，且两侧侧翼面向下倾斜的倾角α、β相等。金刚石复合片径向截面为圆形，直径为15.875mm。所述金刚石复合层边缘和凸台边缘设置倒角，倒角可以为斜倒角，也可以为圆弧倒角。
实施例二如图6至图10所示，与实施例的不同之处在于：凸台206内侧边缘由2条不等长的直线连接而成，相交的角度大于90°，带状凸棱203从金刚石复合层边缘向上倾斜延伸至凸台边缘的折线两边相交处，带状凸棱的两侧的侧翼面205、204倾角α、β角度不同，倾角α约为10度、倾角β约为5度。
实施例三如图11至图14所示，凸台309位于金刚石复合层端面的中部，所述的凸台为平面凸台，凸台为等边三角形凸台，3条带状凸棱303、306、308从金刚石复合层边缘的三个方位向上倾斜延伸至三角形凸台边缘的3个两边相交处，每条带状凸棱周向间隔的圆心角为120°，带状凸棱向上倾斜的角度θ为10°；对应于3条带状凸棱配置有3个侧翼面305、304、307，3个侧翼面的倾角λ、α、β相等，三个侧翼面均为斜面。其它结构与实施例一相同。
实施例四如图15至图18所示，与实施例三的不同之处在于：所述的平面凸台411为正方形凸台，位于金刚石复合层端面的中部，4条带状凸棱403、406、408、410从金刚石复合层边缘的四个方位向上倾斜延伸至正方形凸台边缘的4个两边相交处，每条带状凸棱周向间隔的圆心角为90°，带状凸棱向上倾斜的角度θ、δ相等，为10°；对应于4条带状凸棱配置有4个侧翼面405、404、407、409，4个侧翼面的倾角α、β相等，四个侧翼面均为斜面。
实施例五如图19至图22所示，它与实施例四的不同之处在于：所述的平面凸台513为正五边形凸台，位于金刚石复合层端面的中部，5条带状凸棱503、506、508、510、512从金刚石复合层边缘的五个方位向上倾斜延伸至正五边形凸台边缘的5个两边相交处，每条带状凸棱周向间隔的圆心角为72°，带状凸棱向上倾斜的角度θ为12°；对应于5条带状凸棱配置有5个侧翼面505、504、507、509、511，5个侧翼面的倾角λ、α、β相等，五个侧翼面均为斜面。
实施例六如图23至图26所示，与实施例四的主要不同在于：金刚石复合片径向截面为椭圆形，所述的平面凸台609为正方形凸台，正方形凸台的对角线沿椭圆形端面的长短轴定位，且椭圆短轴在平面凸台609内，2条带状凸棱603、607从金刚石复合层边缘的椭圆长轴方向向上倾斜延伸至正方形凸台边缘的2个两边相交处，每条带状凸棱周向间隔的圆心角为180°，带状凸棱向上倾斜的角度θ、δ相等，为10°；椭圆短轴方向的端面无带状凸棱，对应于2条带状凸棱配置有4个侧翼面604、605、606、608，4个侧翼面的倾角α、β相等。
实施例七如图27至图30所示，金刚石复合层的端面包括位于端面中部的等边三角形凸台709、3条向上突起的带状凸棱703、706、708和3个侧翼面704、705、707，它与实施例三的主要区别为所述的带状凸棱的宽度由复合层边缘至凸台边缘逐步递增，即宽度由边缘向内逐步加宽。
实施例八如图30至图34所示，金刚石复合层的端面包括位于端面中部的等边三角形凸台809、3条向上突起的带状凸棱803、806、808和3个侧翼面804、805、807，它与实施例三的主要区别为所述的带状凸棱为等宽平面。
本发明中的金刚石层与硬质合金基体在超高压高温条件下烧结而成，然后对金刚石层的端面进行加工成所需形状。
Claims (10)
1.一种金刚石复合片，包括硬质合金基体和金刚石复合层，其特征在于所述的金刚石复合层端面设有凸台和向上突起的带状凸棱，每条带状凸棱从金刚石复合层边缘向上倾斜延伸至凸台边缘。
2.按权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于所述的凸台位于金刚石复合层端面的中部或一侧，所述的凸台为平面凸台。
3.按权利要求2所述的金刚石复合片，其特征在于所述的位于金刚石复合层端面中部的凸台为三角形或多边形凸台，所述的带状凸棱向上倾斜延伸至凸台边缘的两边相交处。
4.按权利要求2所述的金刚石复合片，其特征在于所述的位于金刚石复合层端面一侧的凸台其内侧边缘为折线状，外侧边缘为金刚石复合层圆弧边缘，所述的带状凸棱向上倾斜延伸至凸台边缘的两边相交处。
5.按权利要求1或2所述的金刚石复合片，其特征在于所述的带状凸棱为平面、圆锥面或圆弧面。
6.按权利要求1或2所述的金刚石复合片，其特征在于所述的带状凸棱向上倾斜的角度，即与金刚石复合层端面的垂直投影面之间的夹角为5~30°。
7.按权利要求5所述的金刚石复合片，其特征在于所述的带状凸棱的宽度为1~10mm。
8.按权利要求5所述的金刚石复合片，其特征在于所述的带状凸棱的宽度由复合层边缘至中部逐步递增。
9.按权利要求1或2所述的金刚石复合片，其特征在于每条带状凸棱的两侧设有向下倾斜的侧翼面。
10.按权利要求1或2所述的金刚石复合片，其特征在于所述的金刚石复合片径向截面为圆形或椭圆形，所述的凸台面积占复合层端面面积的25~70%。
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