CN111364921A - 犁铧型聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头 - Google Patents

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CN111364921A CN202010118648.4A CN202010118648A CN111364921A CN 111364921 A CN111364921 A CN 111364921A CN 202010118648 A CN202010118648 A CN 202010118648A CN 111364921 A CN111364921 A CN 111364921A
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Abstract

本申请公开一种犁铧型聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头，该复合片包括：沿轴向延伸的硬质合金基座，该基座具有第一表面，不是平面；固定在第一表面上的聚晶金刚石层，其具有与第一表面相配合的第二表面，该表面不是平面；聚晶金刚石层具有远离第二表面的第三表面；第三表面上具有脊线，聚晶金刚石层沿脊线延伸，脊线延伸方向与轴向垂直；在垂直于脊线延伸方向且与轴向平行的平面内，第三表面包括第一线条、第二线条和第三线条，第二线条具有中点，脊线由中点组成；脊线具有第一端点和第二端点，第一端点和第二端点的连线与复合片外轮廓的夹角不为90°。采用该设计有助于调节复合片与地层相互作用的倾角。

Description

犁铧型聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头
技术领域
本申请涉及钻探设备技术领域，尤其涉及一种犁铧型聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头。
背景技术
本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。
聚晶金刚石复合片(PDC)是由聚晶金刚石层与硬质合金基体在高温高压下烧结成的复合材料。由于它既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，同时又兼具硬质合金的强度与抗冲击韧性，故PDC是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料，在石油钻探、地质勘探和机械加工等领域中获得了广泛的应用。
常规PDC的金刚石层为平面状且厚度在其延伸方向上一致。当PDC边缘刮削岩石时，金刚石层边缘所受的旋转冲击和向下的压力，其分力正好沿金刚石平面方向，全部作用在金刚石层上，容易造成金刚石层的崩缺，特别是遇到破碎岩层，钻头抖动等情况，PDC的金刚石层由于结构关系极易从边缘沿平面崩缺，造成PDC较早失效，使PDC的寿命大幅下降。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本申请的目的之一是提供一种犁铧型聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头，采用本申请的设计有助于调节复合片与地层相互作用的倾角，从而增强复合片的攻击性或抗冲击性，延长其使用寿命。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
一种犁铧型聚晶金刚石复合片，包括：
沿轴向延伸的硬质合金基座，所述基座在轴向的一端具有第一表面，所述第一表面不是平面；
固定在所述基座第一表面上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层具有与所述第一表面相配合的第二表面，所述第二表面不是平面；所述聚晶金刚石层具有远离所述第二表面的第三表面；所述第三表面上具有脊线，所述聚晶金刚石层沿所述脊线延伸，所述脊线延伸方向与所述轴向垂直；在垂直于所述脊线延伸方向且与所述轴向平行的平面内，所述第三表面包括第一线条、第二线条和第三线条，所述第二线条用于连接所述第一线条和第三线条；所述第二线条具有中点，所述脊线由所述中点组成；所述脊线具有第一端点和第二端点，所述第一端点和第二端点的连线与所述复合片外轮廓的夹角不为90°，所述复合片的外轮廓与所述轴向平行。
作为一种优选的实施方式，所述第一线条为弧线或直线，所述第二线条为弧线或直线，所述第三线条为弧线或直线；所述脊线为直线或弧线。
作为一种优选的实施方式，所述第一线条、第二线条和第三线条为直线，且所述第一线条、第二线条和第三线条共线，所述脊线为直线或弧线。
作为一种优选的实施方式，所述第一线条和第三线条为直线，所述第二线条为弧线；所述第一线条两端点的连线与所述第三线条两端点的连线的夹角范围为89°-179°；所述脊线为直线或弧线。
作为一种优选的实施方式，所述第一线条和第三线条为弧线，所述第一线条和所述第三线条的曲率在0.1mm-1以下；所述第二线条为弧线或直线；所述第一线条两端点的连线与所述第三线条两端点的连线的夹角范围为89°-179°；所述脊线为直线或弧线。
作为一种优选的实施方式，所述脊线为弧线时，其曲率在0.08mm-1以下。
作为一种优选的实施方式，所述基座由单晶碳化钨粉末与第一粘结剂烧结而成，所述第一粘结剂为金属，所述第一粘结剂的含量为5-15％；所述聚晶金刚石层包括金刚石颗粒和第二粘结剂，所述第二粘结剂为金属及其碳化物或者非金属。
作为一种优选的实施方式，在垂直于所述脊线且与所述轴向平行的平面内，所述第一表面上设有多个凸起和/或凹陷，所述第一表面的起伏趋势与所述第三表面一致；所述第二表面的最低点至所述第三表面的最高点沿所述轴向的距离是2mm-10mm；所述聚晶金刚石层的外边缘具有倒角，所述倒角包括单倒角、双倒角、多重倒角中的一种或多种。
一种设有犁铧型聚晶金刚石复合片的钻头，所述钻头包括如上任一实施方式所述的犁铧型聚晶金刚石复合片。
作为一种优选的实施方式，所述钻头具有沿周向均匀分布的多个刀翼，所述刀翼上设有前排齿和后排齿，所述前排齿和/或后排齿包括所述犁铧型聚晶金刚石复合片，所述前排齿的齿尖点位于所述钻头的冠部曲线上；所述犁铧型聚晶金刚石复合片沿所述轴向的轮廓与所述冠部曲线的切线与所述脊线垂直；设置所述第一端点或第二端点位于所述冠部曲线上。
有益效果：
本申请实施方式所提供的犁铧型聚晶金刚石复合片，由于脊线的第一端点和第二端点的连线与复合片外轮廓的夹角不为90°，使聚晶金刚石层的厚度在脊线延伸方向上并不相同，脊线第一端点处对应的聚晶金刚石层厚度与第二端点处对应的聚晶金刚石层厚度不同，复合片整体呈犁铧型。
可以根据需要使第一端点或第二端点与地层作用，从而改变复合片与地层相互作用的倾角。当使用聚晶金刚石层较厚的一端与地层作用时，复合片与地层相互作用的倾角变大，可以提高复合片的攻击性、钻速、稳定性，并延长其使用寿命；当使用聚晶金刚石层较薄的一端与地层作用时，复合片与地层相互作用的倾角变小，可以提高复合片的耐用性、抗冲击性，并延长其使用寿命。
同时，基座的第一表面和聚晶金刚石层的第二表面不是平面，可以减轻聚晶金刚石层与基座之间的残余应力，增强聚晶金刚石层与基座之间的结合强度。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例①中所提供的一种犁铧型聚晶金刚石复合片在垂直于所述脊线延伸方向且与所述轴向平行的平面内的结构示意图；
图2为实施例②提供的一种犁铧型聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图3为实施例③提供的一种犁铧型聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图4为实施例③提供的另一种犁铧型聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图5为实施例④提供的一种犁铧型聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图6为实施例⑤提供的一种犁铧型聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图7为实施例⑤提供的另一种犁铧型聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图8为实施例⑥提供的一种犁铧型聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图9为实施例⑦提供的一种犁铧型聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图10为实施例⑦提供的另一种犁铧型聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图11为图1、图2、图5、图8的左视图；
图12为图3、图6、图9的左视图；
图13为图4、图7、图10的左视图；图11至图13中的第一表面为了简便均用平面代替，实际第一表面和第二表面为非平面；
图14为本申请实施方式提供的一种聚晶金刚石层的微观结构示意图；
图15为本申请实施方式提供的一种设有犁铧型聚晶金刚石复合片的钻头的结构示意图；
图16为本申请实施方式提供的一种前排齿或后排齿沿其轴向的俯视图，该俯视图平面与所述轴向垂直。
附图标记说明：
1、聚晶金刚石层；11、第一线条；12、第二线条；13、第三线条；14、脊线；141、第一端点；142、第二端点；2、基座；3、金刚石颗粒；4、第二粘结剂；5、前排齿；6、后排齿；101、钻头中轴线；102、冠部曲线；103、复合片沿所述轴向的轮廓。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了便于说明，本说明书中将聚晶金刚石复合片前进方向的前方定义为“前”，将聚晶金刚石复合片前进方向的后方定义为“后”。将聚晶金刚石复合片远离工作表面且与工作表面垂直的方向定义为“上”，将聚晶金刚石复合片靠近工作表面且与工作表面垂直的方向定义为“下”。
为了便于说明，本说明书中将犁铧型聚晶金刚石复合片的第一线条11所在一侧定义为“左”，将第三线条13所在一侧定义为“右”；将聚晶金刚石层1所在一侧定义为“上”，将基座2所在一侧定义为“下”。
请参阅图1至图13。本申请实施方式提供一种犁铧型聚晶金刚石复合片，其包括基座2和聚晶金刚石层1。
其中，所述基座2沿轴向延伸，由硬质合金制成。所述基座2在轴向的一端具有第一表面。所述第一表面不是平面。所述聚晶金刚石层1固定在所述基座2的第一表面上。所述聚晶金刚石层1具有与所述第一表面相配合的第二表面，所述第二表面与所述第一表面相接触。所述第二表面不是平面。所述聚晶金刚石层1具有远离所述第二表面的第三表面。所述第三表面上具有脊线14，所述聚晶金刚石层1沿所述脊线14延伸。所述脊线14的延伸方向与所述轴向垂直。需要说明的是，本申请所述“脊线的延伸方向”是指脊线14整体的延伸方向，例如在读者面对图11至图13时，脊线14的延伸方向为从左至右或从右至左的方向，虽然脊线14有向上或向下的趋势，但其整体是从左至右或从右至左的，与上下方向的轴向垂直。
在垂直于所述脊线14的延伸方向且与所述轴向平行的平面内，也即在所述复合片沿轴向且垂直于脊线14延伸方向的截面内，所述第三表面包括第一线条11、第二线条12和第三线条13。所述第二线条12用于连接所述第一线条11和第三线条13。所述第二线条12具有中点，即位于第二线条12中间位置的点。所述脊线14由所述中点组成。所述脊线14具有第一端点141和第二端点142，所述第一端点141和第二端点142的连线与所述复合片外轮廓的夹角不为90°。所述复合片的外轮廓与所述轴向平行。
本申请实施方式所提供的犁铧型聚晶金刚石复合片，由于脊线14的第一端点141和第二端点142的连线与复合片外轮廓的夹角不为90°，使聚晶金刚石层1的厚度在脊线14延伸方向上并不相同，脊线14第一端点141处对应的聚晶金刚石层1厚度与第二端点142处对应的聚晶金刚石层1厚度不同，复合片整体呈犁铧型。
可以根据需要使第一端点141或第二端点142与地层作用，从而改变复合片与地层相互作用的倾角。当使用聚晶金刚石层1较厚的一端与地层作用时，复合片与地层相互作用的倾角变大，可以提高复合片的攻击性、钻速、稳定性，并延长其使用寿命；当使用聚晶金刚石层1较薄的一端与地层作用时，复合片与地层相互作用的倾角变小，可以提高复合片的耐用性、抗冲击性，并延长其使用寿命。
同时，基座2的第一表面和聚晶金刚石层1的第二表面不是平面，可以减轻聚晶金刚石层1与基座2之间的残余应力，增强聚晶金刚石层1与基座2之间的结合强度。
具体的，在轴向上第一端点141高于第二端点142，或者，第一端点141低于第二端点142。假设第一端点141高于第二端点142，即第一端点141处的聚晶金刚石层1较厚，第二端点142处的聚晶金刚石层1较薄。
当复合片以较厚的一端(即第一端点141处)与地层作用时，在相同的布齿后倾角情况下，复合片与地层相互作用的倾角变大，从而增强了复合片的攻击性；增强了复合片的点载荷，只需较小的钻压就可以使复合片吃入同样深度的地层；在相同钻压下复合片具有更大的吃入深度，从而提高机械钻速；复合片与地层的相互作用面积变小，钻头的扭矩变小，使得钻头钻进更加稳定；同时减少了复合片与地层的摩擦，降低了摩擦产生的热量，从而延长复合片的使用寿命。
当复合片以较薄的一端(即第二端点142处)与地层作用时，在相同的布齿后倾角情况下，复合片与地层相互作用的倾角变小，增强了复合片的耐用性和抗冲击性；复合片具有更好的耐冲击能力，有利于钻头钻进非均质地层和硬地层；复合片能够产生更小的岩屑，从而延长了复合片的使用寿命。
本申请实施方式对所述第一线条11、第三线条13在垂直于轴向的方向上的长度不做限制。优选的，第一线条11和第三线条13在垂直于轴向的方向上的长度相等，第二线条12位于复合片的中部。其中第二线条12可以是直线，也可以是弧线。第一线条11可以是直线，也可以是弧线。第三线条13可以是直线，也可以是弧线。
在本申请实施方式中，所述脊线14可以是直线，也可以是弧线。优选的，所述脊线14为弧线。该弧线可以外凸(即远离第二表面)或内凹(即靠近第二表面)。采用外凸脊线14的复合片，将具有更好的耐用性和抗冲击性能。采用內凹脊线14的复合片，将具有更强的攻击性，能够实现更快的机械钻速。
脊线14采用外凸或者内凹的弧线，更加有利于复合片切削岩石所产生的岩屑的流动和排除，且有利于钻井液的流动，易于使复合片实现清岩和冷却，从而提高复合片的使用寿命和机械钻速，减少泥包的产生。
在本申请的一种实施方式中，所述第一线条11、第二线条12和第三线条13为直线，且所述第一线条11、第二线条12和第三线条13共线，所述脊线14为直线或弧线。
在本申请的另一种实施方式中，所述第一线条11和第三线条13为直线，所述第二线条12为弧线。所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角范围为89°-179°。所述脊线14为直线或弧线。
在本申请的又一种实施方式中，所述第一线条11和第三线条13为弧线，所述第一线条11和所述第三线条13的曲率在0.1mm-1以下。所述第二线条12为弧线或直线。所述第一线条11两端点的连线与所述第三线条13两端点的连线的夹角范围为89°-179°。所述脊线14为直线或弧线。
在本申请实施方式中，所述脊线14为弧线时，其曲率在0.08mm-1以下。
当第一线条11、第三线条13或脊线14向远离所述第二表面的方向凸出时，复合片将具有更好的耐用性和抗冲击性能。当第一线条11、第三线条13或脊线14向靠近所述第二表面的方向凹进时，复合片将具有更强的攻击性，能够实现更快的机械钻速。可以根据需要设计第一线条11、第三线条13、脊线14的形状，以增强复合片的抗冲击性能和/或攻击性。
根据脊线14、第一线条11、第二线条12、第三线条13不同形状的选择，本申请具有多种实施例，为了更清楚地说明本申请提供的复合片，以下给出其中几种实施例。需要说明的是，实际并不限于以下几个实施例。假设复合片的直径是16mm。
①第一线条11、第二线条12和第三线条13为直线，且三者共线；脊线14为直线。如图1和图11所示。
例如，第一端点141和第二端点142的连线与复合片外轮廓的夹角为82°。
②第一线条11和第三线条13为直线，第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为89°-179°，第二线条12为向上凸起的弧线，曲率在0.05mm-1以上；
脊线14为直线。如图2和图11所示。
例如，第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为130°；第二线条12的曲率为0.25mm-1；第一端点141和第二端点142的连线与复合片外轮廓的夹角为82°。
③第一线条11和第三线条13为直线，第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为89°-179°，第二线条12为向上凸起的弧线，曲率在0.05mm-1以上；
脊线14为弧线，曲率在0.08mm-1以下。如图3、图4、图12、图13所示。
例如，第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为130°；第二线条12的曲率为0.25mm-1；脊线14为向上凸起的弧线，曲率为0.04mm-1；第一端点141和第二端点142的连线与复合片外轮廓的夹角为80°。如图3和图12所示。
又例如，第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为130°；第二线条12的曲率为0.2mm-1；脊线14为向下凹进的弧线，曲率为0.04mm-1；第一端点141和第二端点142的连线与复合片外轮廓的夹角为80°。如图4和图13所示。
④第一线条11和第三线条13为向上凸起的弧线，曲率在0.1mm-1以下；第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为89°-179°，第二线条12为向上凸起的弧线，曲率在0.05mm-1以上；脊线14为直线。如图5和图11所示。
例如，第一线条11和第三线条13的曲率为0.05mm-1；第二线条12的曲率为0.5mm-1；第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为130°；第一端点141和第二端点142的连线与复合片外轮廓的夹角为84°。
⑤第一线条11和第三线条13为向上凸起的弧线，曲率在0.1mm-1以下；第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为89°-179°，第二线条12为向上凸起的弧线，曲率在0.05mm-1以上；脊线14为弧线，曲率在0.08mm-1以下。如图6、图7、图12、图13所示。
例如，第一线条11和第三线条13的曲率为0.05mm-1；第二线条12的曲率为0.125mm-1；第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为130°；脊线14为向上凸起的弧线，曲率为0.04mm-1；第一端点141和第二端点142的连线与复合片外轮廓的夹角为85°。如图6和图12所示。
又例如，第一线条11和第三线条13的曲率为0.05mm-1；第二线条12的曲率为0.25mm-1；第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为130°；脊线14为向下凹进的弧线，曲率为0.04mm-1；第一端点141和第二端点142的连线与复合片外轮廓的夹角为80°。如图7和图13所示。
⑥第一线条11和第三线条13为向下凹进的弧线，曲率在0.1mm-1以下；第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为89°-179°，第二线条12为向上凸起的弧线，曲率在0.05mm-1以上；脊线14为直线。如图8和图11所示。
例如，第一线条11和第三线条13的曲率为0.1mm-1；第二线条12的曲率为0.5mm-1；第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为130°；第一端点141和第二端点142的连线与复合片外轮廓的夹角为84°。
⑦第一线条11和第三线条13为向下凹进的弧线，曲率在0.1mm-1以下；第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为89°-179°，第二线条12为向上凸起的弧线，曲率在0.05mm-1以上；脊线14为弧线，曲率在0.08mm-1以下。如图9、图10、图12、图13所示。
例如，第一线条11和第三线条13的曲率为0.1mm-1；第二线条12的曲率为0.4mm-1；第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为130°；脊线14为向上凸起的弧线，曲率为0.04mm-1；第一端点141和第二端点142的连线与复合片外轮廓的夹角为80°。如图9和图12所示。
又例如，第一线条11和第三线条13的曲率为0.1mm-1；第二线条12的曲率为0.15mm-1；第一线条11两端点的连线与第三线条13两端点的连线的夹角为130°；脊线14为向下凹进的弧线，曲率为0.04mm-1；第一端点141和第二端点142的连线与复合片外轮廓的夹角为85°。如图10和图13所示。
在本申请实施方式中，所述第一表面上设有多个凸起和/或凹陷。所述第一表面的起伏趋势与所述第三表面一致。所述凸起和/或凹陷的起伏趋势与所述第三表面的起伏趋势相同。该结构可以减轻聚晶金刚石层1与基座2之间的残余应力，增强聚晶金刚石层1与基座2之间的结合强度。例如，当第三表面向上凸起时，第一表面也向上凸起，第一表面上的多个凸起和/或凹陷中，位于中间位置的高度较高，位于两边位置的高度较低。当第三表面向下凹进时，第一表面也向下凹进，第一表面上的多个凸起和/或凹陷中，位于中间位置的高度较低，位于两边位置的高度较高。当第三表面是平面时，第一表面也是平面，第一表面上的多个凸起和/或凹陷中，高度有波峰波谷的上下波动，但无明显变化。此处的波峰是指凸起和/或凹陷在轴向上的最高点，波谷是指凸起和/或凹陷在轴向上的最低点。
在本申请实施方式中，复合片以微米级、或亚微米级、或纳米级的金刚石微粉与硬质合金基座2为原料，在高温高压下(例如5.5GPa、1400℃，或8.5GPa、1800℃，或15GPa、2300℃)烧结而成。复合片在宏观上表现出各项同性，具有较高的硬度和一定的韧性，在某些方面的应用性能优于单晶金刚石。
所述基座2由单晶碳化钨粉末与第一粘结剂烧结而成，所述第一粘结剂为金属，所述第一粘结剂的含量为5-15％，该含量为重量占比。更具体的，该金属为第VIII族过渡金属，例如钴。
所述聚晶金刚石层1包括金刚石颗粒3和第二粘结剂4，所述第二粘结剂4为金属及其碳化物或者非金属。如图14所示，金刚石颗粒3以金刚石-金刚石键(D-D键)相结合，第二粘结剂4以孤岛形式存在。金刚石颗粒3可以使用单一颗粒尺寸，例如可以在直径为50nm-100nm，100nm-1um，1um-10um，10um-20um，20um-50um中任意选取一组尺寸的金刚石颗粒3作为本实施方式所要使用的金刚石颗粒3；也可以使用多峰颗粒尺寸，例如可以选取30％直径为50nm-100nm和70％直径为1um-10um的金刚石颗粒3，或者选取30％直径为0.2um-1um和70％直径为20um-50um的金刚石颗粒3，或者选取30％直径为20um-50um和70％直径为1um-10um的金刚石颗粒3，或者选取62％直径为1um-10um、18％直径为10um-20um和20％直径为20um-50um的金刚石颗粒3。其中百分比均指重量百分比。具体的，第二粘结剂4可以是第VIII族过渡金属及其碳化物，例如金属钴和金属钨以及钴和钨的碳化物；也可以是碳酸盐、硫酸盐等非金属粘结剂，例如碳酸钙、硫酸钙等。
在本申请实施方式中，所述第二表面的最低点至所述第三表面的最高点沿所述轴向的距离是2mm-10mm。也即聚晶金刚石层1沿上下方向的厚度为2mm-10mm。更优的，聚晶金刚石层1的厚度为2mm-5mm。所述聚晶金刚石层1的外边缘具有倒角。所述倒角包括单倒角、双倒角、多重倒角中的一种或多种。所述倒角可以是倒圆角或倒平面角。本申请实施方式对倒角的形式不做限制。具体的，本实施方式中的聚晶金刚石层1的所有尖锐边缘，都将使用单倒角、或者双倒角、或者多重倒角，以增加复合片的耐用性，防止过早掉片。
本申请另一实施方式中还提供一种设有犁铧型聚晶金刚石复合片的钻头。所述钻头包括如上任一实施方式所述的犁铧型聚晶金刚石复合片。该钻头能够实现犁铧型聚晶金刚石复合片所解决的技术问题，相应的达到犁铧型聚晶金刚石复合片能达到的技术效果，具体的本申请在此不再赘述。
如图15所示，在本申请实施方式中，所述钻头具有沿周向均匀分布的多个刀翼。当然，多个刀翼也可以沿钻头周向非均匀地分布，本申请实施方式对此不做限制。刀翼上可以均设置上述实施方式提供的犁铧型聚晶金刚石复合片；也可以设置部分齿为上述实施方式提供的犁铧型聚晶金刚石复合片，其余齿为常规的圆柱形聚晶金刚石复合片。
所述刀翼上可以设置单排齿，当然，也可以根据需要设置多排齿。优选的，如图15所示，所述刀翼上设有双排齿，为前排齿5和后排齿6。所述前排齿5和/或后排齿6包括所述犁铧型聚晶金刚石复合片。后排齿6和前排齿5可以是对齐分布，也可以是交错分布。
当然，可以选取单一形貌的复合片作为前排齿5和/或后排齿6，例如选取上述第①种复合片；也可以选取不同形貌的复合片作为前排齿5和/或后排齿6，例如选取上述第①种和第②种复合片。
在本申请实施方式中，所述前排齿5的所有齿尖点位于所述钻头的冠部曲线102上。后排齿6的所有齿尖点可以在冠部曲线102上，也可以与冠部曲线102具有预定距离，可以高于冠部曲线102，也可以低于冠部曲线102。该预定距离可以为0.1mm-5mm。其中，所述冠部曲线102绕钻头中轴线101旋转一周形成的曲面，能使每一个复合片都与之相切。
在本申请实施方式中，如图16所示，所述犁铧型聚晶金刚石复合片沿所述轴向的轮廓103与所述冠部曲线102的切线与所述脊线14垂直，可以使脊线14正好在切削接触面的正中，从而提高钻头的切削效率。设置所述第一端点141或第二端点142位于所述冠部曲线102上。
为了便于说明，假设第一端点141高于第二端点142，也即第一端点141处的聚晶金刚石层1较厚，第二端点142处的聚晶金刚石层1较薄。根据具体应用，选择第一端点141或第二端点142位于所述冠部曲线102上。例如为提高钻头的攻击性和机械钻速，使第一端点141位于冠部曲线102上；在钻头耐用性要求高的区域(肩部)，使第二端点142位于冠部曲线102上。
根据具体应用，合理选择前排齿5、后排齿6的布齿方式。例如在钻进非均质地层时，使第一端点141位于前排齿5上与地层接触的部位；在钻头耐用性要求高的区域(例如肩部)，使第二端点142位于前排齿5上与地层接触的部位。再例如在钻头锥部，使第二端点142位于与地层接触的部位；在钻头鼻部和肩部，使第一端点141位于与地层接触的部位。
上述锥部、鼻部和肩部距钻头中心的距离越来越远，其中锥部位于钻头中心处。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本文引用的任何数值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种犁铧型聚晶金刚石复合片，其特征在于，包括：
沿轴向延伸的硬质合金基座，所述基座在轴向的一端具有第一表面，所述第一表面不是平面；
固定在所述基座第一表面上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层具有与所述第一表面相配合的第二表面，所述第二表面不是平面；所述聚晶金刚石层具有远离所述第二表面的第三表面；所述第三表面上具有脊线，所述聚晶金刚石层沿所述脊线延伸，所述脊线延伸方向与所述轴向垂直；在垂直于所述脊线延伸方向且与所述轴向平行的平面内，所述第三表面包括第一线条、第二线条和第三线条，所述第二线条用于连接所述第一线条和第三线条；所述第二线条具有中点，所述脊线由所述中点组成；所述脊线具有第一端点和第二端点，所述第一端点和第二端点的连线与所述复合片外轮廓的夹角不为90°，所述复合片的外轮廓与所述轴向平行。
2.根据权利要求1所述的犁铧型聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述第一线条为弧线或直线，所述第二线条为弧线或直线，所述第三线条为弧线或直线；所述脊线为直线或弧线。
3.根据权利要求1所述的犁铧型聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述第一线条、第二线条和第三线条为直线，且所述第一线条、第二线条和第三线条共线，所述脊线为直线或弧线。
4.根据权利要求1所述的犁铧型聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述第一线条和第三线条为直线，所述第二线条为弧线；所述第一线条两端点的连线与所述第三线条两端点的连线的夹角范围为89°-179°；所述脊线为直线或弧线。
5.根据权利要求1所述的犁铧型聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述第一线条和第三线条为弧线，所述第一线条和所述第三线条的曲率在0.1mm-1以下；所述第二线条为弧线或直线；所述第一线条两端点的连线与所述第三线条两端点的连线的夹角范围为89°-179°；所述脊线为直线或弧线。
6.根据权利要求1所述的犁铧型聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述脊线为弧线时，其曲率在0.08mm-1以下。
7.根据权利要求1所述的犁铧型聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述基座由单晶碳化钨粉末与第一粘结剂烧结而成，所述第一粘结剂为金属，所述第一粘结剂的含量为5-15％；所述聚晶金刚石层包括金刚石颗粒和第二粘结剂，所述第二粘结剂为金属及其碳化物或者非金属。
8.根据权利要求1所述的犁铧型聚晶金刚石复合片，其特征在于，在垂直于所述脊线且与所述轴向平行的平面内，所述第一表面上设有多个凸起和/或凹陷，所述第一表面的起伏趋势与所述第三表面一致；所述第二表面的最低点至所述第三表面的最高点沿所述轴向的距离是2mm-10mm；所述聚晶金刚石层的外边缘具有倒角，所述倒角包括单倒角、双倒角、多重倒角中的一种或多种。
9.一种设有犁铧型聚晶金刚石复合片的钻头，其特征在于，所述钻头包括如权利要求1-8任一项所述的犁铧型聚晶金刚石复合片。
10.根据权利要求9所述的设有犁铧型聚晶金刚石复合片的钻头，其特征在于，所述钻头具有沿周向均匀分布的多个刀翼，所述刀翼上设有前排齿和后排齿，所述前排齿和/或后排齿包括所述犁铧型聚晶金刚石复合片，所述前排齿的齿尖点位于所述钻头的冠部曲线上；所述犁铧型聚晶金刚石复合片沿所述轴向的轮廓与所述冠部曲线的切线与所述脊线垂直；设置所述第一端点或第二端点位于所述冠部曲线上。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150259988A1 (en) * 2014-03-11 2015-09-17 Smith International, Inc. Cutting elements having non-planar surfaces and downhole cutting tools using such cutting elements
CN106048359A (zh) * 2016-08-19 2016-10-26 河源富马硬质合金股份有限公司 一种硬质合金
CN206987739U (zh) * 2017-04-28 2018-02-09 中石化石油工程技术服务有限公司 一种适于硬塑性地层的pdc钻头
CN108474239A (zh) * 2016-01-13 2018-08-31 斯伦贝谢技术有限公司 成角度的凿子插入件
CN209539273U (zh) * 2019-01-25 2019-10-25 中石化江钻石油机械有限公司 一种内凹凸脊形金刚石复合片

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150259988A1 (en) * 2014-03-11 2015-09-17 Smith International, Inc. Cutting elements having non-planar surfaces and downhole cutting tools using such cutting elements
CN108474239A (zh) * 2016-01-13 2018-08-31 斯伦贝谢技术有限公司 成角度的凿子插入件
CN106048359A (zh) * 2016-08-19 2016-10-26 河源富马硬质合金股份有限公司 一种硬质合金
CN206987739U (zh) * 2017-04-28 2018-02-09 中石化石油工程技术服务有限公司 一种适于硬塑性地层的pdc钻头
CN209539273U (zh) * 2019-01-25 2019-10-25 中石化江钻石油机械有限公司 一种内凹凸脊形金刚石复合片

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