CN111764829A - 一种塑性地层用聚晶金刚石复合片 - Google Patents

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李宗涛
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    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/46Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts

Abstract

本发明公开了一种塑性地层用聚晶金刚石复合片,包括聚晶金刚石层和硬质合金基体,聚晶金刚石层的后端与硬质合金基体的前端连接,聚晶金刚石层的前端端面的中部设有内凹的内腔,内腔的中部设有前凸的凸台,内腔的环形腔壁的顶部设有多个前凸的切削高点。本发明通过在聚晶金刚石层的前端端面设置内腔、凸台和用作切削刃顶部的切削高点,能提高聚晶金刚石复合片吃入地层的能力,并易于折断塑性岩屑,提高对塑性地层的断屑、排屑能力;本发明所述塑性地层用聚晶金刚石复合片尤其适用于塑性地层的钻进也适用于与塑性地层性能接近的地层钻进。

Description

一种塑性地层用聚晶金刚石复合片
技术领域
本发明涉及一种用于油气钻探、地质勘探、工程掘进、探矿钻进等作业的PDC钻头用聚晶金刚石复合片,尤其涉及一种塑性地层用聚晶金刚石复合片。
背景技术
聚晶金刚石复合片兼顾了金刚石的高硬度、高耐磨以及硬质合金的高抗冲击的综合性能,被认为是比较理想的钻井材料。从上世纪八十年代左右,各国在石油、天然气等钻探中逐渐采用聚晶金刚石复合片作为主要切削元件。目前,聚晶金刚石复合片作为超耐磨切削元件已广泛使用于PDC钻头,其广泛应用于石油、天然气钻探等领域。
随着聚晶金刚石复合片的广泛应用,其应用场景也越来越广泛。在钻进特定地层时,传统PDC钻头前端的聚晶金刚石复合片依然存在效率低下的问题。
在钻进高塑性地层的时候,由于传统聚晶金刚石复合片采用平面齿结构,所以难以吃入地层进行钻进,导致钻井工具的攻击性降低;同时传统聚晶金刚石复合片在钻进高塑性地层的时候,断屑能力不足,导致岩屑堆积较多,岩屑的堆积造成岩屑的重复切削,从而降低了切削效率,增加了复合片的额外磨损;同时岩屑的堆积还造成了切削阻力增大,导致了聚晶金刚石复合片的过热损伤。综上,目前传统聚晶金刚石复合片在钻进高塑性地层时显得较为乏力,常出现难以钻进、断屑能力差、效率低下和复合片过早损伤的现象。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种在钻进高塑性地层时易于吃入地层且易于断屑的塑性地层用聚晶金刚石复合片。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
一种塑性地层用聚晶金刚石复合片,包括聚晶金刚石层和硬质合金基体,所述聚晶金刚石层的后端与所述硬质合金基体的前端连接,所述聚晶金刚石层的前端端面的中部设有内凹的内腔,所述内腔的中部设有前凸的凸台,所述内腔的环形腔壁的顶部设有多个前凸的切削高点。
进一步,所述内腔的环形腔壁的环形壁面由多个呈平面或弧面的块形壁面相互连接而成,相邻两个所述块形壁面之间具有小于180°的夹角。
进一步,所述内腔的环形腔壁上与每一个所述块形壁面对应的前端面为斜面,每一个所述切削高点设于所述内腔的环形腔壁上位于其中两个相邻的所述块形壁面之间的顶部且设该相邻的两个所述块形壁面为一组,所述块形壁面至少包括两组。
作为优选,所述块形壁面包括三组或四组。
具体地,所述凸台为圆形平面凸台、球面凸台、椭球面凸台或多边形平面凸台。
本发明的有益效果在于:
本发明通过在聚晶金刚石层的前端端面设置内腔、凸台和用作切削刃顶部的切削高点,能提高聚晶金刚石复合片吃入地层的能力,并易于折断塑性岩屑,提高对塑性地层的断屑、排屑能力;本发明所述塑性地层用聚晶金刚石复合片尤其适用于塑性地层的钻进也适用于与塑性地层性能接近的地层钻进;具体优点如下:
1、在聚晶金刚石前端端面设置切削高点,增强了复合片的攻击性;
2、聚晶金刚石前端端面内凹的结构有利于减小地层对复合片正面作用力,减小了切削刃的角度,使切削刃更锋利,在同等钻压条件下进一步增强切削齿的吃入性能;
3、相邻两个块形壁面之间形成内凹角度,对岩屑有向内挤压的作用,利于岩屑的破碎;
4、晶金刚石层的前端端面内腔中的凸台能够改变排屑方向,增强复合片的断屑能力,减少因岩屑堆积带来的不利影响;
5、晶金刚石层的前端端面内腔的块形壁面至少包括两组,两组或多组相邻的块形壁面之间形成两个或多个切削高点,能够提高复合片的可重用性,在一个切削高点损伤后,其他完好的切削高点可以继续使用,从而延长复合片的使用寿命。
附图说明
图1是本发明所述塑性地层用聚晶金刚石复合片的立体结构示意图之一;
图2是本发明所述塑性地层用聚晶金刚石复合片的主视结构示意图,与图1对应;
图3是图2中的A-A剖视图;
图4是本发明所述塑性地层用聚晶金刚石复合片的俯视结构示意图,与图2对应;
图5是本发明所述塑性地层用聚晶金刚石复合片钻进地层时的切削示意图;
图6是本发明所述塑性地层用聚晶金刚石复合片的立体结构示意图之二;
图7是本发明所述塑性地层用聚晶金刚石复合片的立体结构示意图之三;
图8是本发明所述塑性地层用聚晶金刚石复合片的立体结构示意图之四;
图9是本发明所述塑性地层用聚晶金刚石复合片的立体结构示意图之五。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明:
如图1-图4所示,本发明所述塑性地层用聚晶金刚石复合片包括聚晶金刚石层5和硬质合金基体6,聚晶金刚石层5的后端与硬质合金基体6的前端连接,聚晶金刚石层5的前端端面的中部设有内凹的内腔1,内腔1的中部设有前凸的凸台2,凸台2的顶部不高于内腔1的腔壁顶部,内腔1的环形腔壁的环形壁面由多个(图中为六个)呈平面或弧面的块形壁面3相互连接而成,相邻两个块形壁面3之间具有小于180°的夹角,内腔1的环形腔壁上与每一个块形壁面3对应的前端面为斜面,所述内腔的环形腔壁上位于其中两个相邻的所述块形壁面之间的顶部设有一个前凸的切削高点4且设该相邻的两个块形壁面3为一组,块形壁面3至少包括两组且优选三组或四组(图中为三组),相应地,切削高点4至少包括两个且优选三个或四个(图中为三个)且均匀分布在聚晶金刚石层5的前端边缘圆周上。
如图1和图5所示,本发明所述塑性地层用聚晶金刚石复合片钻进地层7时,由于内腔1的环形腔壁上与每一个块形壁面3对应的前端面为斜面,所以该斜面与复合片的轴向(也是圆柱形的聚晶金刚石层5和硬质合金基体6的轴向)之间的夹角α小于90°(传统复合片的该夹角为90°),其切削高点4具有更强的攻击性,提高切削效率;内腔1有利于减小地层7对复合片正面作用力,减小了切削刃的角度,使切削刃更锋利;相邻两个块形壁面3之间形成内凹角度,对岩屑有向内挤压的作用,利于岩屑的破碎;凸台2能够改变排屑方向,增强复合片的断屑能力,减少因岩屑堆积带来的不利影响;在一个切削高点4损伤后,其他完好的切削高点4可以继续使用,从而延长复合片的使用寿命。
根据实际需要,凸台2可以为多种形状,具体如下:
如图1所示,凸台2为圆形平面凸台;如图6所示,凸台2为球面凸台;如图7所示,凸台2为椭球面凸台;如图8所示,凸台2为三边形(或三角形)平面凸台;如图9所示,凸台2为六边形平面凸台。凸台2还可以为其它多边形平面凸台;凸台2为三边形(或三角形)平面凸台或六边形平面凸台或其它多边形平面凸台时,其拐角处可以倒圆角、直角、锐角或钝角。
上述实施例只是本发明的较佳实施例,并不是对本发明技术方案的限制,只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案,均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (5)

1.一种塑性地层用聚晶金刚石复合片,包括聚晶金刚石层和硬质合金基体,所述聚晶金刚石层的后端与所述硬质合金基体的前端连接,其特征在于:所述聚晶金刚石层的前端端面的中部设有内凹的内腔,所述内腔的中部设有前凸的凸台,所述内腔的环形腔壁的顶部设有多个前凸的切削高点。
2.根据权利要求1所述的塑性地层用聚晶金刚石复合片,其特征在于:所述内腔的环形腔壁的环形壁面由多个呈平面或弧面的块形壁面相互连接而成,相邻两个所述块形壁面之间具有小于180°的夹角。
3.根据权利要求2所述的塑性地层用聚晶金刚石复合片,其特征在于:所述内腔的环形腔壁上与每一个所述块形壁面对应的前端面为斜面,每一个所述切削高点设于所述内腔的环形腔壁上位于其中两个相邻的所述块形壁面之间的顶部且设该相邻的两个所述块形壁面为一组,所述块形壁面至少包括两组。
4.根据权利要求3所述的塑性地层用聚晶金刚石复合片,其特征在于:所述块形壁面包括三组或四组。
5.根据权利要求1-4中任何一项所述的塑性地层用聚晶金刚石复合片,其特征在于:所述凸台为圆形平面凸台、球面凸台、椭球面凸台或多边形平面凸台。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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