CN111734313A - 二级破岩聚晶金刚石复合片 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种二级破岩聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基底以及多晶金刚石层；多晶金刚石层的顶面上设有至少三个绕多晶金刚石层的中心轴分布的破碎层，破碎层包括屋脊线，屋脊线的两侧均通过屋脊面与顶面连接；同一破碎层的两个屋脊面的径向远端之间设有一弧形切削面，弧形切削面与顶面之间的相交线的圆心与顶面的圆心共轴。本发明主要体现在：本发明中屋脊面、弧形切削面、第一倒角面以及第二倒角面以冲击破岩功能为主，达到二次破岩，多晶金刚石层以磨损岩石功能为主，不仅有效地增加了金刚石钻头的工作效率，同时有效的降低了钻井过程中钻头的压力，从而达到降低钻井成本的同时使钻井过程更加快捷有效。
Description
技术领域
本发明涉及钻探和机加工领域，具体而言，尤其涉及一种二级破岩聚晶金刚石复合片。
背景技术
现如今石油开采项目的不断增多，钻井工作可谓是尤为重要的一部分，在石油钻井过程中，需要利用钻头完成对岩石的磨削，以此形成井眼。为此，从钻井工艺角度而言，钻头的选择显的十分重要。
钻头是石油钻井中，用来破碎岩石形成井眼的工具，其工作性能的好坏将直接影响钻井质量、钻井效率和钻井成本。
钻头按类型可分为金刚石钻头、PDC钻头、刮刀钻头和牙轮钻头等四种。
金刚石钻头主要是利用金刚石材料制成的钻井刀具，由于金刚石材料较为坚硬，通常情况下，其制成的刀具主要用于切屑。在具体的钻井作业中，金刚石钻头的选择尤为重要。
现有的金刚石钻头分为平面倒角金刚石钻头以及圆拱形凸台钻头。
平面倒角金刚石钻头在钻井过程中以一定的角度安装在基体上，通过高速钻动进行对岩石层进行切屑，如图1所示，为聚晶金刚石复合片，所述复合片的顶面200和切削面201对岩石进行切屑并通过钻头基体进行排屑，从而达到快速钻井的过程，但是在此切削过程中切削面201承受巨大的承受力，当切削面201受到损伤时会影响将无法正常的将岩石破开，大大影响了钻井的效率，同时使顶面200承受更大的力度，最终会导致整个钻头的断裂，导致钻头的不可修复。
圆拱形凸台钻头也是按照一定的工作角度安装在基体上，其钻井的方式为凿击方式、虽然圆拱形凸台钻头的设计对钻井过程中的过度冲击负荷和不稳定性提供了一定的优势。但是较与平面倒角金刚石钻头不同的是圆拱形凸台钻头仅只有圆拱形前端那部分为有效的工作面，如图2所示，因此当圆顶凸台300被损坏后，会影响其钻井效率，我们不得不进行修理或不得不被一个新圆顶切锯齿取代，这样不得不添加新的成本到制造钻头的费用中。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种二级破岩聚晶金刚石复合片。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种二级破岩聚晶金刚石复合片，应用于PDC锯齿钻头，包括硬质合金基底以及在所述硬质合金基底上高温高压烧结而成的多晶金刚石层；所述多晶金刚石层的顶面上设有至少三个与其一体成型且绕所述多晶金刚石层的中心轴均匀对称分布的破碎层，所述破碎层包括一屋脊线，所述屋脊线相交并在所述破碎层的最远端配置形成一平面，所述屋脊线的两侧均通过倾斜设置的屋脊面与所述顶面连接，所述屋脊面与顶面形成的夹角为锐角；同一破碎层的两个屋脊面的径向远端之间设有一弧形切削面，所述弧形切削面与所述顶面之间的相交线的圆心与所述顶面的圆心共轴。
优选的，所述弧形切削面的延伸面与所述多晶金刚石层的外圆周面形成的夹角为15~20°。
优选的，所述弧形切削面和所述顶面的交线与所述多晶金刚石层的外圆周面之间的距离为1mm~2mm。
优选的，所述弧形切削面的高度为1mm~2mm。
优选的，所述弧形切削面和屋脊面之间设有一第一倒角面，所述第一倒角面的直径为0.2mm~0.4mm。
优选的，所述屋脊面与顶面形成的夹角为30~60°。
优选的，所述屋脊线和屋脊面之间设有一第二倒角面，所述第二倒角面的直径为0.5mm~1.2mm。
优选的，所述多晶金刚石层的直径为13~20mm。
本发明的有益效果主要体现在：
1、由于屋脊面在钻井的时候可提前预破碎岩石，因此同样的下刀量情况下，可相对减少弧形切削面的磨损；同样的，可以将复合片的下刀量增加，其钻井效率会得到很大的提高；
2、第一倒角面和第二倒角面可用以对岩石锋利的棱边进行倒角，避免在钻井过程中，产生崩口，降低金刚石复合片使用成本；
3、屋脊面、弧形切削面、第一倒角面以及第二倒角面以冲击破岩功能为主，达到二次破岩效果，多晶金刚石层的顶面以磨损岩石功能为主，不仅有效地增加了金刚石钻头的工作效率，同时有效地降低了钻井过程中钻头的压力，使其能够增加使用次数与使用时间，从而达到降低钻井成本的同时使钻井过程更加快捷有效。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：现有技术聚晶金刚石复合片的结构示意图；
图2：现有技术圆拱形凸台钻头的结构示意图；
图3：本发明第一实施例的结构示意图；
图4：本发明第二实施例的结构示意图；
图5：本发明第三实施例的结构示意图；
图6：本发明第四实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限于本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图3至图6所示，本发明揭示了一种二级破岩聚晶金刚石复合片，主要应用于PDC锯齿钻头，当然，亦可用于端铣刀、用于铣削或车床车削的刀刃可替换式切削刀片、金工锯、齿轮刀具、铰刀、丝锥或者用于对曲轴进行销铣削的刀片、用于切割玻璃基板的切割件、光纤切割器。
该复合片包括硬质合金基底1以及在所述硬质合金基底1上高温高压烧结而成的多晶金刚石层2，所述多晶金刚石层2的顶面21上设有至少三个与其一体成型且绕所述多晶金刚石层2的中心轴均匀对称分布的破碎层3，所述破碎层3包括一屋脊线31，所述屋脊线31相交并在所述破碎层3的最远端配置形成一平面33，所述屋脊线31的两侧均通过倾斜设置的屋脊面32与所述顶面21连接，所述屋脊面32与顶面21形成的夹角为锐角；同一破碎层3的两个屋脊面32的径向远端之间设有一弧形切削面34，所述弧形切削面34与所述顶面21之间的相交线的圆心与所述顶面21的圆心共轴。进一步的，所述弧形切削面34和屋脊面32之间设有一第一倒角面35，所述屋脊线31和屋脊面32之间设有一第二倒角面36，本结构在钻井过程中，由于屋脊面在钻井的时候可提前预破碎岩石，因此同样的下刀量情况下，可相对减少弧形切削面的磨损；同样的，可以将复合片的下刀量增加，其钻井效率会得到很大的提高。第一倒角面和第二倒角面可用以对岩石锋利的棱边进行倒角，避免在钻井过程中，产生崩口，降低金刚石复合片使用成本。本发明中屋脊面、弧形切削面、第一倒角面以及第二倒角面以冲击破岩功能为主，达到二次破岩效果，多晶金刚石层的顶面以磨损岩石功能为主，不仅有效地增加了金刚石钻头的工作效率，同时有效地降低了钻井过程中钻头的压力，使其能够增加使用次数与使用时间，从而达到降低钻井成本的同时使钻井过程更加快捷有效。
实施例一
如图3所示，所述顶面21上设有三个绕所述多晶金刚石层2的中心轴均匀对称分布的破碎层3，所述破碎层3构成三面叶状。其中，所述弧形切削面34的延伸面与所述多晶金刚石层2的外圆周面形成的夹角为15°，所述弧形切削面34和所述顶面21的交线与所述多晶金刚石层2的外圆周面之间的距离为1.4mm，所述弧形切削面34的高度是1.60mm，所述第一倒角面35的直径为0.3mm，所述屋脊面32与顶面21形成的夹角为50°，所述第二倒角面36的直径为0.9mm，所述平面33、屋脊线31以及顶面三者平行，多晶金刚石层2的直径为16.00mm。
实施例二
如图4所示，所述顶面21上设有四个绕所述多晶金刚石层2的中心轴均匀对称分布的破碎层3，所述破碎层3构成四面叶状。其中，所述弧形切削面34的延伸面与所述多晶金刚石层2的外圆周面形成的夹角为15°，所述弧形切削面34和所述顶面21的交线与所述多晶金刚石层2的外圆周面之间的距离为1.4mm，所述弧形切削面34的高度是1.60mm，所述第一倒角面35的直径为0.3mm，所述屋脊面32与顶面21形成的夹角为30°，所述第二倒角面36的直径为0.8mm，所述平面33、屋脊线31以及顶面三者平行，多晶金刚石层2的直径为16.00mm。
实施例三
如图5所示，所述顶面21上设有五个绕所述多晶金刚石层2的中心轴均匀对称分布的破碎层3，所述破碎层3构成五面叶状。其中，所述弧形切削面34的延伸面与所述多晶金刚石层2的外圆周面形成的夹角为15°，所述弧形切削面34和所述顶面21的交线与所述多晶金刚石层2的外圆周面之间的距离为1.4mm，所述弧形切削面34的高度是1.60mm，所述第一倒角面35的直径为0.2mm，所述屋脊面32与顶面21形成的夹角为40°，所述第二倒角面36的直径为0.9mm，所述平面33、屋脊线31以及顶面三者平行，多晶金刚石层2的直径为16.00mm。
实施例四
如图6所示，所述顶面21上设有六个绕所述多晶金刚石层2的中心轴均匀对称分布的破碎层3，所述破碎层3构成六面叶状。其中，所述弧形切削面34的延伸面与所述多晶金刚石层2的外圆周面形成的夹角为15°，所述弧形切削面34和所述顶面21的交线与所述多晶金刚石层2的外圆周面之间的距离为1.4mm，所述弧形切削面34的高度是1.5mm，所述第一倒角面35的直径为0.4mm，所述屋脊面32与顶面21形成的夹角为30°，所述第二倒角面36的直径为1.2mm，所述平面33、屋脊线31以及顶面三者平行，多晶金刚石层2的直径为13.00mm。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.二级破岩聚晶金刚石复合片，应用于PDC锯齿钻头，其特征在于：包括硬质合金基底（1）以及在所述硬质合金基底（1）上高温高压烧结而成的多晶金刚石层（2）；所述多晶金刚石层（2）的顶面（21）上设有至少三个与其一体成型且绕所述多晶金刚石层（2）的中心轴均匀对称分布的破碎层（3），所述破碎层（3）包括一屋脊线（31），所述屋脊线（31）相交并在所述破碎层（3）的最远端配置形成一平面（33），所述屋脊线（31）的两侧均通过倾斜设置的屋脊面（32）与所述顶面（21）连接，所述屋脊面（32）与顶面（21）形成的夹角为锐角；同一破碎层（3）的两个屋脊面（32）的径向远端之间设有一弧形切削面（34），所述弧形切削面（34）与所述顶面（21）之间的相交线的圆心与所述顶面（21）的圆心共轴。
2.根据权利要求1所述的二级破岩聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述弧形切削面（34）的延伸面与所述多晶金刚石层（2）的外圆周面形成的夹角为15~20°。
3.根据权利要求1所述的二级破岩聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述弧形切削面（34）和所述顶面（21）的交线与所述多晶金刚石层（2）的外圆周面之间的距离为1mm~2mm。
4.根据权利要求1所述的二级破岩聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述弧形切削面（34）的高度为1mm~2mm。
5.根据权利要求1所述的二级破岩聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述弧形切削面（34）和屋脊面（32）之间设有一第一倒角面（35），所述第一倒角面（35）的直径为0.2mm~0.4mm。
6.根据权利要求1所述的二级破岩聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述屋脊面（32）与顶面（21）形成的夹角为30~60°。
7.根据权利要求1所述的二级破岩聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述屋脊线（31）和屋脊面（32）之间设有一第二倒角面（36），所述第二倒角面（36）的直径为0.5mm~1.2mm。
8.根据权利要求1所述的二级破岩聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述多晶金刚石层（2）的直径为13~20mm。
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2020
- 2020-07-20 CN CN202010696274.4A patent/CN111734313A/zh active Pending
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