CN106089090A - 一种金刚石复合片 - 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有至少2条向上突起的带状凸棱，每条带状凸棱从复合层边缘向上倾斜延伸交汇于端面中部。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；并使复合片的抗冲击能力进一步增强；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

一种金刚石复合片
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。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括硬质合金基体和金刚石复合层，其特征在于所的金刚石复合层端面有至少2条向上突起的带状凸棱，每条带状凸棱从复合层边缘向上倾斜延伸交汇于端面中部。
按上述技术方案，所述的带状凸棱为2～10条。
按上述技术方案，所述的带状凸棱为平面、圆锥面或圆弧面。
按上述技术方案，所述的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为5～30°。
按上述技术方案，所述的带状凸棱的宽度为1～10mm。
按上述技术方案，所述的带状凸棱沿周向均布，即两相邻带状凸棱之间的圆心角相等。
按上述技术方案，所述的带状凸棱的宽度由复合层边缘至中部逐步递增。
按上述技术方案，所述的金刚石复合层的边缘设置有倒角。
按上述技术方案，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。
按上述技术方案，所述的金刚石复合片径向截面为圆形或椭圆形。
按上述技术方案，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。
附图说明
图1至图4分别是本发明实施例一的立体图、俯视图和A-A、C-C 2个剖面图。
图5至图8分别是本发明实施例二的立体图、俯视图和A-A、C-C 2个剖面图。
图9至图12分别是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13至图16分别是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17至图20分别是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21至图24分别是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25至图28分别是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29至图32分别是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4所示，包括金刚石复合层101和硬质合金基体102，金刚石复合层的端面有2条向上突起的带状凸棱，每条带状凸棱从复合层边缘向上倾斜延伸交汇于端面中心，2条带状凸棱沿周向均布，即两相邻带状凸棱之间的圆心角为180°。端面的一侧由一条带状凸棱108和其两侧的侧翼面107、109构成，端面的另一侧由一条带状凸棱103和其两侧的侧翼面104、105构成，两侧对应的侧翼面两两相交，形成交线106、110。本实施例中2条的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、δ相等，均为7°，带状凸棱为等宽圆弧形，宽度为2.8mm，曲率半径R为8mm，2条带状凸棱两侧的侧翼面均为平面，且两侧侧翼面的倾角α、β均相等。金刚石复合片径向截面为圆形，直径为15.8mm。所述金刚石复合层边缘设置倒角，倒角可以为斜倒角，也可以为圆弧倒角。
实施例二如图5至图8所示，与实施例一的不同之处在于：2条的带状凸棱203、208向上倾斜的角度θ、δ均为4.5°，2条带状凸棱两侧的侧翼面204、205(或209、207)的倾角α、β不相等，倾角α为5°，倾角β为10°,其中倾角较大的侧翼面面积较大，两侧对应的侧翼面两两相交，形成交线206、210。
实施例三如图9至图12所示，金刚石复合层的端面有3条向上突起的带状凸棱303、306、308，每条带状凸棱从复合层边缘向上倾斜延伸交汇于端面中心，所述的带状凸棱沿周向均布，即两相邻带状凸棱之间的圆心角相等，为120°，3条带状凸棱向上倾斜的角度θ相同，为5°。对应于3条带状凸棱配置有3个侧翼面304、305、307，3个侧翼面的倾角α、β、λ相等。其它结构与实施例一相同。
实施例四如图13至图16所示，它与实施例一的不同之处在于：金刚石复合层的端面有4条周向均布、向上突起的带状凸棱403、406、408、410，即在两侧对应的侧翼面两两相交处分别增设1条带状凸棱，其中，在侧翼面404和407的相交处设置带状凸棱406，在侧翼面405和409的相交处设置带状凸棱410。
实施例五如图17至图20所示，它与实施例三的主要不同之处在于：金刚石复合层的端面有5条向上突起的带状凸棱503、506、508、510、512，每条带状凸棱从复合层边缘向上倾斜延伸交汇于端面中心，所述的带状凸棱沿周向均布，即两相邻带状凸棱之间的圆心角相等，为72°，5条带状凸棱向上倾斜的角度θ相同，均为5°。对应于5条带状凸棱配置有5个侧翼面504、505、507、509、511，5个侧翼面的倾角α、β均相等。
实施例六如图21至图24所示，它与实施例四的不同之处在于：金刚石复合片径向截面为椭圆形，金刚石复合层的端面有4条周向均布、与长短轴相吻合交汇于端面中心、向上突起的带状凸棱603、606、608、610，其中，与长轴相吻合的2条带状凸棱为603、608，与短轴相吻合的2条带状凸棱为606、610，与长轴相吻合的2条带状凸棱向上倾斜的角度θ、δ相等，均为7°，与短轴相吻合的2条带状凸棱向上倾斜的角度α、β相等，均为9°。4个侧翼面604、605、607、609的倾角均相等。
实施例七如图25至图28所示，金刚石复合层的端面包括有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中部逐步递增，即宽度由边缘至中部逐步加宽。
实施例八如图29至图32所示，金刚石复合层的端面包括有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，其特征在于所的金刚石复合层端面有至少2条向上突起的带状凸棱，每条带状凸棱从复合层边缘向上倾斜延伸交汇于端面中部。
2.按权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于所述的带状凸棱为2~10条。
3.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。
4.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，即与端面的垂直投影面之间的夹角为5~30°。
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的宽度为1~10mm。
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沿周向均布，即两相邻带状凸棱之间的圆心角相等。
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由复合层边缘至中部逐步递增。
8.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层的边缘设置有倒角。
9.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层为聚晶金刚石复合层或热稳定聚晶金刚石复合层。
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。
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