CN112091221A - 一种页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片及其制备方法 - Google Patents

一种页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体以及依次设于硬质合金基体上的第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层由下述重量百分含量的原料组成：石墨烯包覆金刚石微粉94.8～97%、碳纳米管0.1～0.2%和结合剂2.9～5%。本发明通过采用具有金刚石和石墨烯双重特性的含石墨烯层金刚石微粉，以及在硬质合金基体与聚晶金刚石层之间采用梯度过渡连接技术，增加了聚晶金刚石复合片的致密性和耐冲性。本发明聚晶金刚石复合片兼具优异的力学和热学性能，将其用于PDC钻头的制造，有利于提高钻头在页岩油、页岩气深孔钻进和强研磨性地层钻进的效率和寿命。

Description

一种页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片及其制备 方法
技术领域
本发明属钻探工具技术领域，具体涉及一种页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片及其制备方法。
背景技术
聚晶金刚石复合片兼顾了金刚石的高硬度、高耐磨性以及硬质合金的高抗冲击等综合性能，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超耐磨切削元件已广泛使用于石油、天然气钻探等领域。近年来，随着常规石油、天然气开采资源的逐渐减少，大力发展页岩油、页岩气等非常规油气是未来的大势所趋。随着页岩油、页岩气深井钻探工作的不断深入，孔底复杂的应力状态以及日益复杂的钻探地层条件，对聚晶金刚石复合片性能提出更高要求，而现有的传统石油钻探用聚晶金刚石复合片因综合力学和热学性能差、对金刚石包镶力弱等缺点很难满足钻探工作的需求，常出现难以钻进、效率低下和复合片过早损伤的现象，起不到大幅度缩短作业周期、降低开发成本的作用，因此有必要对传统石油钻探用聚晶金刚石复合片材料进行改进，以提高其力学和热学性能。
发明内容
为克服现有技术不足，本发明目的在于提供一种页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，该聚晶金刚石复合片具有较好的耐磨性、耐热性和抗冲击耐性等，能够满足页岩油、页岩气等难开采地质对PDC钻头的性能要求，从而延长其使用寿命，提高连续工作效率。
本发明还提供了上述页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，其包括硬质合金基体以及依次设于硬质合金基体上的第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层；所述聚晶金刚石层由下述重量百分含量的原料组成：石墨烯包覆金刚石微粉94.8～97%、碳纳米管0.1～0.2%和结合剂2.9～5%。
具体的，上述的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片中，
所述第一过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉64～74%、立方氮化硼粉25.4～34.8%、碳纳米管0.1～0.2%和结合剂0.5～1%；
所述第二过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉50～59%、石墨烯包覆金刚石微粉25～30%、立方氮化硼微粉15.4～18.8%、碳纳米管0.2～0.3%和结合剂0.4～0.9%；
所述第三过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉30～40%、石墨烯包覆金刚石微粉59.4～68.8%、碳纳米管0.3～0.4%和结合剂0.3～0.8%。
所述的石墨烯包覆金刚石微粉是在金刚石表面原位生长石墨烯；所述石墨烯为单层结构或多层结构；石墨烯包覆金刚石微粉可采用现有技术制备获得，如可参考中国专利CN201610161233.9（公开号105803420A，石墨烯和/或碳纳米管包覆金刚石复合材料及其制备方法及应用）制备，具体可以是：采用化学气相沉积技术，在金刚石表面上沉积石墨烯，沉积过程中在金刚石表面施加等离子辅助生长，并通过在金刚石底部添加磁场把等离子体约束在金刚石表面，强化等离子对金刚石表面的轰击，使石墨烯层垂直于金刚石表面生长，即得石墨烯包覆金刚石微粉，沉积参数为：含碳的气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5～80%；生长温度为400～1200℃，生长气压5～105Pa；等离子电流密度0～30mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉。
进一步的，所述第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层的质量比为0.5：0.5：0.5：3～3.5。
进一步的，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管；所述单壁碳纳米管的外径为3～5nm、长度为5～30μm；所述双壁碳纳米管的外径为2～4nm、长度为5～20μm；所述多壁碳纳米管的外径为5～8nm、长度为5～30μm。本发明所用碳纳米管为普通市售产品，购买自北京德科岛金科技有限公司。
进一步的，所述结合剂由下述重量百分含量的原料组成：Co粉97～99%、Ti粉0.5～1.2%、Si粉0.4～1.5%和稀土粉0.1～0.3%，所述稀土粉为Sc、Y和La中的任一种；所述Co粉、Ti粉、Si粉、稀土粉的粒径为20～40nm。
具体的，所述硬质合金基体或硬质合金粉由下述重量百分含量的原料组成：WC粉84～88%、Co粉10.5～13%、Zr粉0.5～1%、TiC0.7N0.3粉0.5～1%、TaC粉0.3～0.5%和Gd粉 0.2～0.5%；所述WC粉的粒径为2.3～2.5µm，Co粉、Zr粉、TiC0.7N0.3粉、TaC粉和Gd粉的粒径均为1.3～1.5µm。本发明中涉及的各原料粉均为能直接购买到的普通市售产品。
具体的，所述石墨烯包覆金刚石微粉和立方氮化硼微粉的粒径均有三种分布，一种是2～4µm范围，第二种是5～10µm范围且不包括10µm，第三种是10～20µm范围；三种粒径分布各自在石墨烯包覆金刚石微粉、立方氮化硼微粉中的重量百分含量均为：2～4µm范围的占10～20%，5～10µm范围且不包括10µm的占35～40%，10～20µm范围的占45～50%。
本发明提供了上述页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片的制备方法，其包括如下步骤：
1）混料：先将碳纳米管加入去离子水中，超声波震荡分散25～30min，得到碳纳米管分散液；之后对碳纳米管分散液进行磁力搅拌，30～35min后，进行真空干燥，得到分散碳纳米管粉末；再按比例分别称取第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层、聚晶金刚石层各原料，之后，在球磨机上分别对第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层、聚晶金刚石层各原料进行球磨，球料质量比4～8∶1，球磨介质为无水乙醇，球磨研体为镍合金球，球磨罐为镍合金罐，采用顺时针逆时针交替运转的方式，顺时针运转时转速为80～90 r/min，逆时针运转时转速为90～100 r/min，顺时针运转时时间为15～20min，逆时针运转时时间为15～20min，顺、逆时针交替运行时中间间隔待机时间为5～10 min，球磨时间20～30h，经真空干燥后分别得到第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层混合粉末；
2）复合体组装：在耐高温金属杯中，先铺放聚晶金刚石层混合粉末，刮平；紧接着聚晶金刚石层铺放第三过渡层混合粉末，刮平；紧接着第三过渡层铺放第二过渡层混合粉末，刮平；紧接着第二过渡层铺放第一过渡层混合粉末，刮平；紧接着第一过渡层放入硬质合金基体，并置于预压模内，使用液压机在15Mpa压力下预压5～10min，得到复合体组件；
3）复合体净化处理：将步骤2）的复合体组件置于真空烧结炉内进行烧结，烧结时，先粗抽真空至炉内气压达6×10-2Pa 以下，加热至200～300℃保温20～30min，继续抽真空同时加热至800～850℃，至炉内气压稳定在3×10-4Pa以下，然后停止抽真空在800～850℃条件下向真空加热炉内充入炉内气压为25～30Mbar的一氧化碳气体对复合体组件还原处理0.5～1h，然后继续抽真空至炉内气压在3×10-4Pa以下，温度升至1200～1300℃保温2～3min后，停止抽真空，对真空加热炉进行间歇式的充入氢气，每次充气量相同且氢气充入量为炉内气压为30～40Mbar为限，每次充气结束后等待10～15min启动抽真空系统对真空加热炉进行抽真空至炉内气压在3×10-4Pa以下，抽真空时间提前进行设定，抽真空结束后再次启动充入氢气程序和抽真空程序进行循环8～12次，得到净化复合体组件；
4）高温高压烧结：将步骤3）净化复合体组件置于合成组装块内，用六面顶压机进行高温高压烧结；
5）时效处理：将步骤4）烧结后得到的聚晶金刚石复合片置于真空烧结炉内，抽真空至炉内气压为3×10-3Pa，在3×10-3Pa的条件下，升温至400～450℃并保温0.5～1h，再次抽真空至炉内气压为3×10-5Pa，在3×10-5Pa的条件下，升温至480～530℃并保温1.5～2h，最后降至室温并真空储存；
6）脱钴处理：将步骤5）时效处理后的聚晶金刚石复合片封装在聚四氟乙烯夹具内，然后放入封闭的容器中，用40ml浓度为30～35%的硝酸和10ml浓度为45～50%的氢氟酸的混合液，在120～150℃温度下处理48～52h。
进一步优选的，步骤4）在进行高温高压烧结时，先以速率为0.1～1GPa/min升至烧结压力7GPa，再以20～30℃/min的升温速率升温至1380～1420℃进行烧结，烧结50～100S，然后再以10～15℃/min的升温速率升温至1450～1480℃进行烧结，烧结150～200S，再以5～10℃/min的升温速率升温至1520～1550℃进行烧结，待烧结300～500S后以10～30℃/min降温速率降至常温，以0.1～0.5GPa/min的降压速率从高压降至常压。
更进一步地，本发明制备的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，磨耗比为45～48万，抗冲击韧性为1000～1100J，耐热温度大于930℃，导热系数为380～400W/（m.k）。本发明制备的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，能够在深层位复杂页岩层中应用，与传统石油钻探用聚晶金刚石复合片相比，使用寿命提高41～48%以上，节约了成本，节省了时间，从而能够大幅度提升钻井效率。
和现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）由于金刚石的热膨胀系数与硬质合金的热膨胀系数很大，在聚晶金刚石复合片合成过程中由于高温、超高压作用，不可避免地会产生巨大的热应力。这种热应力的存在会促进聚晶金刚石层内部以及聚晶金刚石层与硬质合金之间裂纹的产生和发展。另外，由于金刚石与硬质合金的热膨胀系数的不同，在聚晶金刚石复合片合成结束后的冷却过程中使两者收缩的不同步，加速了裂纹扩展，最终导致硬质合金层与聚晶金刚石层分离，使用时受到极大地限制。为解决上述问题，本发明在硬质合金基体与金刚石聚晶层之间采用梯度过渡层连接技术，通过设置第一、二、三过渡层，增强了聚晶金刚石层与硬质合金基体的相容性和结合强度，提高了聚晶金刚石复合片的致密性和耐冲性。
2）本发明选用的石墨烯包覆金刚石微粉具有金刚石和石墨稀的双重特性，改善了金刚石颗粒与结合剂的润湿性、导热性和润滑性，有效增加金刚石与结合剂的接触面积，减少颗粒间的摩擦阻力，搞高了聚晶金刚石的强度、致密度、散热性和耐磨性，制备出的聚晶金刚石复合片兼具优异的力学和热学性能。
3）本发明在聚晶金刚石层内添加碳纳米管材料，由于碳纳米管为纤维纳米材料，存在于金刚石间隙处，在空间内呈立体网状分布，可以增强增韧，利于减少残余应力，提高聚晶金刚石复合片的抗冲击性。
4）在混料过程中，由于碳纳米管为纤维状，金刚石和立方氮化硼微粉为颗粒状材料，它们的形状差异大，极易出现粉末料富集或偏析现象发生。为使混料更加均匀，本发明采用了超声波震荡、磁力搅拌和球磨相结合的混料方法，保证了聚晶金刚石层和过渡层粉末料的均匀性，避免粉末料混料的富集或偏析现象发生。
5）本发明采用渐近式高温高压处理方法，解决聚晶金刚石复合片界面结合剂喷发式渗透形成的局部团聚的问题，从而大幅度提高聚晶金刚石复合片的热稳定性、抗冲击性等，进而提高聚晶金刚石复合片在使用过程中的抗崩、抗脱层效果，使得聚晶金刚石复合片可承受页岩油、页岩气深层地下恶劣的高温作业环境，从而延长钻头的整体使用寿命。
6）本发明页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片通过在金刚石聚晶层内采用石墨烯包覆金刚石微粉、碳纳米管和纳米结合剂，通过合理安排与选择配方，突破了页岩油/页岩气深井钻探用高抗冲击韧性和高耐磨的技术瓶颈，所制备的聚晶金刚石复合片兼具优异的力学和热学性能，将其用于PDC钻头的制造，有利于提高钻头在页岩油、页岩气深孔钻进和强研磨性地层钻进的效率和寿命。
附图说明
图1为本发明页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片的中心对称轴处的截面示意图；图中：1为硬质合金基体；2为第一过渡层；3为第二过渡层；4为第三过渡层；5为聚晶金刚石层；
图2为本发明页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片实物图；
图3为本发明页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片钻头实物图；
图4为实施例1中样品界面超声波探伤图；
图5为实施例2中样品界面超声波探伤图；
图6为实施例3中样品界面超声波探伤图；
图7为对比例1中样品界面超声波探伤图；
图8为对比例2中样品界面超声波探伤图；
图9为对比例3中样品界面超声波探伤图；
图10为对比例4中样品界面超声波探伤图；
图11为对比例5中样品界面超声波探伤图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但其并不是对本发明的限制。
为了测定并对比实施例和对比例聚晶金刚石复合片的性能，以下实施例和对比例制备的复合片的直径均为φ15.88mm，总高均为16mm；聚晶金刚石层的厚度均为2mm。
实施例1
如图1所示，本实施例的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体1以及依次设于硬质合金基体1上的第一过渡层2、第二过渡层3、第三过渡层4和聚晶金刚石层5；所述聚晶金刚石层由下述重量百分含量的原料组成：石墨烯包覆金刚石微粉94.8%、碳纳米管0.2%和结合剂5%；所述第一过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉64%、立方氮化硼粉34.8%、碳纳米管0.2%和结合剂1%；所述第二过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉50%、石墨烯包覆金刚石微粉30%、立方氮化硼微粉18.8%、碳纳米管0.3%和结合剂0.9%；所述第三过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉30%、石墨烯包覆金刚石微粉68.8%、碳纳米管0.4%和结合剂0.8%；所述第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层的质量比为0.5：0.5：0.5：3。
所述石墨烯包覆金刚石微粉是在金刚石表面原位生长石墨烯；所述石墨烯为单层结构；所述碳纳米管为单壁碳纳米管；所述单壁碳纳米管的外径为3～5nm、长度为5～30μm；所述结合剂由下述重量百分含量的原料组成：Co粉97%、Ti粉1.2%、Si粉1.5%和Sc粉0.3%，所述Co粉、Ti粉、Si粉、Sc粉的粒径为20～40nm；所述硬质合金基体或硬质合金粉由下述重量百分含量的原料组成：WC粉84%、Co粉13%、Zr粉1%、TiC0.7N0.3粉1%、TaC粉0.5%和Gd粉0.5%；所述WC粉的粒径为2.3～2.5µm，Co粉、Zr粉、TiC0.7N0.3粉、TaC粉和Gd粉的粒径均为1.3～1.5µm；所述石墨烯包覆金刚石微粉、立方氮化硼微粉的粒径均有三种分布，一种是2～4µm范围，第二种是5～10µm范围但不包含10µm，第三种是10～20µm范围；所述三种粒径分布各自在石墨烯包覆金刚石微粉和立方氮化硼微粉中重量百分含量均为：2～4µm范围的占10%，5～10µm范围但不包含10µm的占40%，10～20µm范围的占50%。
上述页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：
1）制备石墨烯包覆金刚石微粉：采用化学气相沉积技术，在金刚石表面上沉积石墨稀，沉积过程中在金刚石表面施加等离子辅助生长，并通过在金刚石底部添加磁场把等离子体约束在金刚石表面，强化等离子对金刚石表面的轰击，使石墨烯层垂直于金刚石表面生长，即得石墨烯包覆金刚石微粉；沉积参数为：含碳的气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5%；生长温度为400℃，生长气压5Pa；等离子电流密度1mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯；
2）混料：先将碳纳米管加入去离子水中，超声波震荡分散25min，得到碳纳米管分散液；之后对碳纳米管分散液进行磁力搅拌，30min后，进行真空干燥，得到分散碳纳米管粉末；再按比例分别称取第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层、聚晶金刚石层各原料，之后，在球磨机上分别对第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层、聚晶金刚石层各原料进行球磨，球料质量比4∶1，球磨介质为无水乙醇，球磨研体为镍合金球，球磨罐为镍合金罐，采用顺时针逆时针交替运转的方式，顺时针运转时转速为80 r/min，逆时针运转时转速为90r/min，顺时针运转时时间为15min，逆时针运转时时间为15min，顺、逆时针交替运行时中间间隔待机时间为5min，球磨时间20h，经真空干燥后得到第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层混合粉末；
3）复合体组装：在钽杯中，先铺放聚晶金刚石层混合粉末，刮平；紧接着聚晶金刚石层铺放第三过渡层混合粉末，刮平；紧接着第三过渡层铺放第二过渡层混合粉末，刮平；紧接着第二过渡层铺放第一过渡层混合粉末，刮平；紧接着第一过渡层放入硬质合金基体，并置于预压模内，使用液压机在15Mpa压力下预压5min，得到复合体组件；
4）复合体净化处理：将步骤3）的复合体组件置于真空烧结炉内进行烧结，烧结时，先粗抽真空至炉内气压达6×10-2Pa 以下，加热至200℃保温20min，继续抽真空同时加热至800℃，至炉内气压稳定在3×10-4Pa以下，然后停止抽真空在800℃条件下向真空加热炉内充入炉内气压为25Mbar的一氧化碳气体对复合体组件还原处理0.5h，然后继续抽真空至炉内气压在3×10-4Pa以下，温度升至1200℃℃保温2min后，停止抽真空，对真空加热炉进行间歇式的充入氢气，每次充气量相同且氢气充入量为炉内气压为30Mbar为限，每次充气结束后等待10min启动抽真空系统对真空加热炉进行抽真空至炉内气压在3×10-4Pa以下，抽真空时间提前进行设定，抽真空结束后再次启动充入氢气程序和抽真空程序进行循环10次，得到净化复合体组件；
5）高温高压烧结：将步骤4）净化复合体组件置于合成组装块内，用六面顶压机进行高温高压烧结，烧结时，先以速率为0.1GPa/min升至烧结压力7GPa，再以20℃/min的升温速率升温至1380℃进行烧结，烧结50S，然后再以10℃/min的升温速率升温至1450℃进行烧结，烧结150S，再以5℃/min的升温速率升温至1520℃进行烧结，待烧结300S后以10℃/min降温速率降至常温，以0.1GPa/min的降压速率从高压降至常压；
6）时效处理：将步骤5）烧结后得到的聚晶金刚石复合片置于真空烧结炉内，抽真空至炉内气压为3×10-3Pa，在3×10-3Pa的条件下，升温至400℃并保温0.5h，再次抽真空至炉内气压为3×10-5Pa，在3×10-5Pa的条件下，升温至480℃并保温1.5h，最后降至室温并真空储存；
7）脱钴处理：将步骤6）时效处理后的聚晶金刚石复合片封装在聚四氟乙烯夹具内，然后放入封闭的容器中，用40ml浓度为30%的硝酸和10ml浓度为45%的氢氟酸的混合液，在120℃温度下处理48h。
本实施例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片见图2。将本实施例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片和同规格的传统石油钻探用聚晶金刚石复合片（如，参照中国专利CN201410292965.2公开的石油钻探用金刚石复合片），按照标准ASTM E1461-2007进行导热性测试；按照标准JB/T3235-2013进行耐磨性测试；根据落锤冲击法进行抗冲击韧性测试（将复合片试样置于专用夹具内，用40J能量反复冲击试样）；根据加热法进行耐热温度测试（将复合片试样放置在专用加热炉内，通Ar气保护，升温至某一最高温度加热5min后，在金刚石聚晶层无裂纹及脱层情况下的最高温度值为耐热温度），经测试：
本实施例页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片导热系数为380 W/（m.k），磨耗比为46万，抗冲击韧性为1000J，耐热温度为935℃，而传统石油钻探用金刚石复合片的导热系数为260 W/（m.k），磨耗比为38万，抗冲击韧性为800J，耐热温度为750℃；与传统石油钻探用金刚石复合片相比，导热系数提高46%，耐磨性提高21%，抗冲击韧性提高了25%，耐热温度提高24%，说明页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片具有优异的力学和热学性能。
本实施例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片和同规格传统石油钻探用聚晶金刚石复合片，制作成标准钻头各1只（本实施例复合片制作的标准钻头见图3，采用相同钻井参数（钻压70KN、转速70r/min 、排量40L/S、机械钻速20m/h）。在页岩油/页岩气地层中，传统石油钻探用聚晶金刚石复合片钻头钻进3000m后因崩损严重而不可使用，而本申请页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片钻头钻进4290m后因崩损严重而不可使用，与传统石油钻探用金刚石复合片钻头相比，使用寿命提高43%，钻井效率提升明显。
本实施例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，通过美国SONIX超声波扫描显微镜对复合片界面进行超声波扫描检查，结果见图4。从图4可以看出，本实施例复合片的聚晶金刚石层和硬质合金基体之间界面结合较好，没有裂纹、脱层、结合剂局部团聚等缺陷。
实施例2
本实施例的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体以及依次设于硬质合金基体上的第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层；所述聚晶金刚石层由下述重量百分含量的原料组成：石墨烯包覆金刚石微粉97%、碳纳米管0.1%和结合剂2.9%；所述第一过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉74%、立方氮化硼粉25.4%、碳纳米管0.1%和结合剂0.5%；所述第二过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉59%、石墨烯包覆金刚石微粉25%、立方氮化硼微粉15.4%、碳纳米管0.2%和结合剂0.4%；所述第三过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉40%、石墨烯包覆金刚石微粉59.4%、碳纳米管0.3%和结合剂0.3%；所述第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层的质量比为0.5：0.5：0.5：3.5。
所述石墨烯包覆金刚石微粉是在金刚石表面原位生长石墨烯；所述石墨烯为多层结构；所述碳纳米管为双壁碳纳米管；所述双壁碳纳米管的外径为2～4nm、长度为5～20μm；所述结合剂由下述重量百分含量的原料组成：Co粉99%、Ti粉0.5%、Si粉0.4%和稀土Y粉0.1%；所述Co粉、Ti粉、Si粉、Y粉的粒径为20～40nm；所述硬质合金基体或硬质合金粉由下述重量百分含量的原料组成：WC粉88%、Co粉10.5%、Zr粉0.5%、TiC0.7N0.3粉0.5%、TaC粉0.3%和Gd粉 0.2%；所述WC粉的粒径为2.3～2.5µm，Co粉、Zr粉、TiC0.7N0.3粉、TaC粉和Gd粉的粒径均为1.3～1.5µm；所述石墨烯包覆金刚石微粉、立方氮化硼微粉的粒径均有三种分布，一种是2～4µm范围，第二种是5～10µm范围但不包含10µm，第三种是10～20µm范围；所述三种粒径分布各自在石墨烯包覆金刚石微粉和立方氮化硼微粉中重量百分含量均为：2～4µm范围的占20%，5～10µm范围但不包含10µm的占35%，10～20µm范围的占45%。
上述页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：
1）制备石墨烯包覆金刚石微粉：采用化学气相沉积技术，在金刚石表面上沉积石墨稀，沉积过程中在金刚石表面施加等离子辅助生长，并通过在金刚石底部添加磁场把等离子体约束在金刚石表面，强化等离子对金刚石表面的轰击，使石墨烯层垂直于金刚石表面生长，即得石墨烯包覆金刚石微粉，沉积参数为：含碳的气体占炉内全部气体质量流量百分比为80%；生长温度为1200℃，生长气压105Pa；等离子电流密度30mA/cm2；沉积区域中磁场强度为30特斯拉；
2）混料：先将碳纳米管加入去离子水中，超声波震荡分散30min，得到碳纳米管分散液；之后对碳纳米管分散液进行磁力搅拌，35min后，进行真空干燥，得到分散碳纳米管粉末，再按比例分别称取第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层、聚晶金刚石层各原料，之后，在球磨机上分别对第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层、聚晶金刚石层各原料进行球磨，球料质量比8∶1，球磨介质为无水乙醇，球磨研体为镍合金球，球磨罐为镍合金罐，采用顺时针逆时针交替运转的方式，顺时针运转时转速为90 r/min，逆时针运转时转速为100 r/min，顺时针运转时时间为20min，逆时针运转时时间为20min，顺、逆时针交替运行时中间间隔待机时间为10 min，球磨时间30h，经真空干燥后得到第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层混合粉末；
3）复合体组装：在钽杯中，先铺放聚晶金刚石层混合粉末，刮平；紧接着聚晶金刚石层铺放第三过渡层混合粉末，刮平；紧接着第三过渡层铺放第二过渡层混合粉末，刮平；紧接着第二过渡层铺放第一过渡层混合粉末，刮平；紧接着第一过渡层放入硬质合金基体，并置于预压模内，使用液压机在15Mpa压力下预压10min，得到复合体组件；
4）复合体净化处理：将步骤3）的复合体组件置于真空烧结炉内进行烧结，烧结时，先粗抽真空至炉内气压达6×10-2Pa 以下，加热至300℃保温30min，继续抽真空同时加热至850℃，至炉内气压稳定在3×10-4Pa以下，然后停止抽真空在850℃条件下向真空加热炉内充入炉内气压为30Mbar的一氧化碳气体对复合体组件还原处理1h，然后继续抽真空至炉内气压在3×10-4Pa以下，温度升至1300℃保温3min后，停止抽真空，对真空加热炉进行间歇式的充入氢气，每次充气量相同且氢气充入量为炉内气压为40Mbar为限，每次充气结束后等待10min启动抽真空系统对真空加热炉进行抽真空至炉内气压在3×10-4Pa以下，抽真空时间提前进行设定，抽真空结束后再次启动充入氢气程序和抽真空程序进行循环10次，得到净化复合体组件；
5）高温高压烧结：将步骤4）净化复合体组件置于合成组装块内，用六面顶压机进行高温高压烧结，烧结时，先以速率为1GPa/min升至烧结压力7GPa，再以30℃/min的升温速率升温至1420℃进行烧结，烧结100S，然后再以15℃/min的升温速率升温至1480℃进行烧结，烧结200S，再以10℃/min的升温速率升温至1550℃进行烧结，待烧结500S后以30℃/min降温速率降至常温，以0.5GPa/min的降压速率从高压降至常压；
6）时效处理：将步骤5）烧结后得到的聚晶金刚石复合片置于真空烧结炉内，抽真空至炉内气压为3×10-3Pa，在3×10-3Pa的条件下，升温至450℃并保温1h，再次抽真空至炉内气压为3×10-5Pa，在3×10-5Pa的条件下，升温至530℃并保温2h，最后降至室温并真空储存；
7）脱钴处理：将步骤6）时效处理后的聚晶金刚石复合片封装在聚四氟乙烯夹具内，然后放入封闭的容器中，用40ml浓度为35%的硝酸和10ml浓度为50%的氢氟酸的混合液，在150℃温度下处理52h。
本实施例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片进行测试，测试的方法同实施例1，经测试：本实施例页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片导热系数为导热系数为400 W/（m.k），磨耗比为47万，抗冲击韧性为1080J，耐热温度为950℃，而传统石油钻探用金刚石复合片的导热系数为260 W/（m.k），磨耗比为38万，抗冲击韧性为800J，耐热温度为750℃；与传统石油钻探用金刚石复合片相比，导热系数提高53%，耐磨性提高23%，抗冲击韧性提高了35%，耐热温度提高26%，说明页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片具有优异的力学和热学性能。
本实施例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片和同规格传统石油钻探用聚晶金刚石复合片，制作成标准钻头各1只，采用相同钻井参数（钻压70 KN、转速70r/min 、排量40 L/S、机械钻速20m/h）。在页岩油/页岩气地层中，本发明页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片钻头钻进4422m后因崩损严重而不可使用使用，与传统石油钻探用金刚石复合片钻头相比，使用寿命提高47.4%，钻井效率提升明显。
本实施例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，通过美国SONIX超声波扫描显微镜对复合片界面进行超声波扫描检查，结果见图5。从图5可以看出，本实施例复合片的聚晶金刚石层和硬质合金基体之间界面结合较好，没有裂纹、脱层、结合剂局部团聚等缺陷。
实施例3
本实施例的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体以及依次设于硬质合金基体上的第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层；所述聚晶金刚石层由下述重量百分含量的原料组成：石墨烯包覆金刚石微粉95%、碳纳米管0.15%和结合剂4.85%；所述第一过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉69%、立方氮化硼粉30%、碳纳米管0.15%和结合剂0.85%；所述第二过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉55%、石墨烯包覆金刚石微粉27%、立方氮化硼微粉17%、碳纳米管0.3%和结合剂0.7%；所述第三过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉35%、石墨烯包覆金刚石微粉64%、碳纳米管0.4%和结合剂0.6%；所述第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层的质量比为0.5：0.5：0.5：3.2。
所述石墨烯包覆金刚石微粉是在金刚石表面原位生长石墨烯；所述石墨烯为单层结构或多层结构；所述碳纳米管为多壁碳纳米管；所述多壁碳纳米管的外径为5～8nm、长度为5～30μm；所述结合剂由下述重量百分含量的原料组成：Co粉98%、Ti粉0.8%、Si粉1%和稀土La粉0.2%，所述Co粉、Ti粉、Si粉、La粉的粒径为20～40nm；所述硬质合金基体或硬质合金粉由下述重量百分含量的原料组成：WC粉86%、Co粉12%、Zr粉0.6%、TiC0.7N0.3粉0.6%、TaC粉0.4%和Gd粉 0.4%；所述WC粉的粒径为2.3～2.5µm，Co粉、Zr粉、TiC0.7N0.3粉、TaC粉和Gd粉的粒径均为1.3～1.5µm；所述石墨烯包覆金刚石微粉和立方氮化硼微粉的粒径均有三种分布，一种是2～4µm范围，第二种是5～10µm范围但不包含10µm，第三种是10～20µm范围；所述三种粒径分布各自在石墨烯包覆金刚石微粉和立方氮化硼微粉中重量百分含量均为：2～4µm范围的占15%，5～10µm范围但不包含10µm的占37%，10～20µm范围的占48%。
所述页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：
1）制备石墨烯包覆金刚石微粉：采用化学气相沉积技术，在金刚石表面上沉积石墨稀，沉积过程中在金刚石表面施加等离子辅助生长，并通过在金刚石底部添加磁场把等离子体约束在金刚石表面，强化等离子对金刚石表面的轰击，使石墨烯层垂直于金刚石表面生长，即得石墨烯包覆金刚石微粉，沉积参数为：含碳的气体占炉内全部气体质量流量百分比为40%；生长温度为800℃，生长气压103Pa；等离子电流密度15mA/cm2；沉积区域中磁场强度为15特斯拉；
2）混料：先将碳纳米管加入去离子水中，超声波震荡分散27min，得到碳纳米管分散液；之后对碳纳米管分散液进行磁力搅拌，32min后，进行真空干燥，得到分散碳纳米管粉末；再按比例分别称取第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层、聚晶金刚石层各原料，之后，在球磨机上分别对第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层、聚晶金刚石层各原料进行球磨，球料质量比6∶1，球磨介质为无水乙醇，球磨研体为镍合金球，球磨罐为镍合金罐，采用顺时针逆时针交替运转的方式，顺时针运转时转速为85 r/min，逆时针运转时转速为95 r/min，顺时针运转时时间为18min，逆时针运转时时间为17min，顺、逆时针交替运行时中间间隔待机时间为7 min，球磨时间25h，经真空干燥后得到第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层混合粉末；
3）复合体组装：在钽杯中，先铺放聚晶金刚石层混合粉末，刮平；紧接着聚晶金刚石层铺放第三过渡层混合粉末，刮平；紧接着第三过渡层铺放第二过渡层混合粉末，刮平；紧接着第二过渡层铺放第一过渡层混合粉末，刮平；紧接着第一过渡层放入硬质合金基体，并置于预压模内，使用液压机在15Mpa压力下预压8min，得到复合体组件；
4）复合体净化处理：将步骤3）的复合体组件置于真空烧结炉内进行烧结，烧结时，先粗抽真空至炉内气压达6×10-2Pa 以下，加热至250℃保温25min，继续抽真空同时加热至825℃，至炉内压气稳定在3×10-4Pa以下，然后停止抽真空在825℃条件下向真空加热炉内充入炉内气压为27Mbar的一氧化碳气体对复合体组件还原处理0.75h，然后继续抽真空至炉内气压在3×10-4Pa以下，温度升至1250℃保温2.5min后，停止抽真空，对真空加热炉进行间歇式的充入氢气，每次充气量相同且氢气充入量为炉内气压为35Mbar为限，每次充气结束后等待10min启动抽真空系统对真空加热炉进行抽真空至炉内气压在3×10-4Pa以下，抽真空时间提前进行设定，抽真空结束后再次启动充入氢气程序和抽真空程序进行循环10次，得到净化复合体组件；
5）高温高压烧结：将步骤4）净化复合体组件置于合成组装块内，用六面顶压机进行高温高压烧结，烧结时，先以速率为0.6GPa/min升至烧结压力7GPa，再以25℃/min的升温速率升温至1400℃进行烧结，烧结75S，然后再以12℃/min的升温速率升温至1460℃进行烧结，烧结170S，再以7℃/min的升温速率升温至1530℃进行烧结，待烧结400S后以20℃/min降温速率降至常温，以0.3GPa/min的降压速率从高压降至常压；
6）时效处理：将步骤5）烧结后得到的聚晶金刚石复合片置于真空烧结炉内，抽真空至炉内气压为3×10-3Pa，在3×10-3Pa的条件下，升温至430℃并保温0.8h，再次抽真空至炉内气压为3×10-5Pa，在3×10-5Pa的条件下，升温至500℃并保温1.8h，最后降至室温并真空储存；
7）脱钴处理：将步骤6）时效处理后的聚晶金刚石复合片封装在聚四氟乙烯夹具内，然后放入封闭的容器中，用40ml浓度为32%的硝酸和10ml浓度为48%的氢氟酸的混合液，在135℃温度下处理50h。
本实施例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片进行测试，测试的方法同实施例1，经测试：本实施例页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片导热系数为390 W/（m.k），磨耗比为45万，抗冲击韧性为1100J，耐热温度为942℃，而传统石油钻探用聚晶金刚石复合片的导热系数为260 W/（m.k），磨耗比为38万，抗冲击韧性为800J，耐热温度为750℃，与传统石油钻探用聚晶金刚石复合片相比，导热系数提高50%，耐磨性提高18%，抗冲击韧性提高了37%，耐热温度提高25%，说明页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片具有优异的力学和热学性能。
本实施例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片和同规格传统石油钻探用金刚石复合片，制作成标准钻头各1只，采用相同钻井参数（钻压70 KN、转速70r/min、排量40 L/S、机械钻速20m/h）。在页岩油/页岩气地层中，本发明页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片钻头钻进4243m后因崩损严重才而不可使用，与传统石油钻探用聚晶金刚石复合片钻头相比，使用寿命提高41.4%，钻井效率提升明显。
本实施例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，通过美国SONIX超声波扫描显微镜对复合片界面进行超声波扫描检查，结果见图6。从图6可以看出，本实施例复合片的聚晶金刚石层和硬质合金基体之间界面结合较好，没有裂纹、脱层、结合剂局部团聚等缺陷。
对比例1
该对比例的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体以及依次设于硬质合金基体上的第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层；所述聚晶金刚石层由下述重量百分含量的原料组成：石墨烯包覆金刚石微粉91%、碳纳米管1%和结合剂8%；所述第一过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉80%、立方氮化硼粉17%、碳纳米管1%和结合剂2%；所述第二过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉65%、石墨烯包覆金刚石微粉20%、立方氮化硼微粉11%、碳纳米管1%和结合剂3%；所述第三过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉24%、石墨烯包覆金刚石微粉73%、碳纳米管1%和结合剂2%；所述第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层的质量比为0.5：0.5：0.5：5；所述石墨烯包覆金刚石微粉是在金刚石表面原位生长石墨烯；所述石墨烯为单层结构或多层结构；所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管；所述单壁碳纳米管的外径为3～5nm、长度为5～30μm；所述多壁碳纳米管的外径为5～8nm、长度为5～30μm；所述双壁碳纳米管的外径为2～4nm、长度为5～20μm；所述结合剂由下述重量百分含量的原料组成：Co粉93%、Ti粉3%、Si粉3%和稀土Sc粉1%；所述Co粉、Ti粉、Si粉、Sc粉的粒径为20～40nm；所述硬质合金基体或硬质合金粉由下述重量百分含量的原料组成：WC粉90%、Co粉4%、Zr粉2%、TiC0.7N0.3粉2%、TaC粉1%和Gd粉 1%；所述WC粉的粒径为2.3～2.5µm，Co粉、Zr粉、TiC0.7N0.3粉、TaC粉和Gd粉的粒径均为1.3～1.5µm；所述石墨烯包覆金刚石微粉和立方氮化硼微粉的粒径均有三种分布，一种是2～4µm范围，第二种是5～10µm范围但不包含10µm，第三种是10～20µm范围；所述三种粒径分布各自在石墨烯包覆金刚石微粉和立方氮化硼微粉中重量百分含量均为：2～4µm范围的占7%，5～10µm范围但不包含10µm的占30%，10～20µm范围的占63%。
所述页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片的制备方法同实施例1。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片进行测试，测试的方法同实施例1，经测试：导热系数为290 W/（m.k），磨耗比为39万，抗冲击韧性为830J，耐热温度为780℃，与传统石油钻探用聚晶金刚石复合片（导热系数为260 W/（m.k），磨耗比为38万，抗冲击韧性为800J，耐热温度为750℃）相比导热系数仅提高11.5%，耐磨性仅提高2.6%，抗冲击韧性仅提高了3.7%，耐热温度仅提高4%，性能提升也不明显。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片和同规格传统石油钻探用聚晶金刚石复合片，制作成标准钻头各1只，采用相同钻井参数（钻压70 KN、转速70r/min 、排量40 L/S、机械钻速20m/h）。在页岩油/页岩气地层中，本发明页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片钻头钻进3118m后因崩损严重而不可使用，页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片钻头与传统石油钻探用聚晶金刚石复合片钻头相比，使用寿命仅提高了4%，钻井效率提升也不明显。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，通过美国SONIX超声波扫描显微镜对复合片界面进行超声波扫描查检，结果见图7。从图7可以看出，本对比例复合片的聚晶金刚石层和硬质合金基体之间界面出现了分层开裂缺陷（分层开裂区域为边缘黑色部分）。
对比例2
该对比例的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体以及依次设于硬质合金基体上的第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层；所述聚晶金刚石层由下述重量百分含量的原料组成：石墨烯包覆金刚石微粉99%、碳纳米0%和结合剂1%；所述第一过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉60%、立方氮化硼粉39.7%、碳纳米管0%和结合剂0.3%；所述第二过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉45%、石墨烯包覆金刚石微粉35%、立方氮化硼微粉19.8%、碳纳米管0%和结合剂0.2%；所述第三过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉45%、石墨烯包覆金刚石微粉54.8%、碳纳米管0%和结合剂0.2%；所述第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层的质量比为0.5：0.5：0.5：3.5。所述石墨烯包覆金刚石微粉是在金刚石表面原位生长石墨烯；所述石墨烯为单层结构或多层结构；所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管；所述单壁碳纳米管的外径为3～5nm、长度为5～30μm；所述多壁碳纳米管的外径为5～8nm、长度为5～30μm；所述双壁碳纳米管的外径为2～4nm、长度为5～20μm；所述结合剂由下述重量百分含量的原料组成：Co粉99.5%、Ti粉0.2%、Si粉0.2%和稀土0.1%，所述稀土粉为Sc、Y、La中的任一种；所述Co粉、Ti粉、Si粉、稀土粉的粒径为20～40nm；所述硬质合金基体或硬质合金粉由下述重量百分含量的原料组成：WC粉80%、Co粉19.4%、Zr粉0.2%、TiC0.7N0.3粉0.2%、TaC粉0.1%和Gd粉 0.1%；所述WC粉的粒径为2.3～2.5µm，Co粉、Zr粉、TiC0.7N0.3粉、TaC粉和Gd粉的粒径均为1.3～1.5µm；所述石墨烯包覆金刚石微粉和立方氮化硼微粉的粒径均有三种分布，一种是2～4µm范围，第二种是5～10µm范围但不包含10µm，第三种是10～20µm范围；所述三种微粉各自在石墨烯包覆金刚石微粉和立方氮化硼微粉中重量百分含量均为：2～4µm范围但不包含10µm的占21%，5～10µm范围的占34.5%，10～20µm范围的占44.5%。
所述页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片的制备方法同实施例2。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片进行测试，测试的方法同实施例1，经测试：导热系数为285 W/（m.k），磨耗比为40万，抗冲击韧性为850J，耐热温度为765℃，与传统石油钻探用聚晶金刚石复合片（导热系数为260 W/（m.k），磨耗比为38万，抗冲击韧性为800J，耐热温度为750℃）相比导热系数仅提高9.6%，耐磨性仅提高5.2%，抗冲击韧性仅提高了6.2%，耐热温度仅提高2%，性能提升也不明显。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片和同规格传统石油钻探用聚晶金刚石复合片，制作成标准钻头各1只，采用相同钻井参数（钻压70 KN、转速70r/min 、排量40 L/S、机械钻速20m/h）。在页岩油/页岩气地层中，本发明页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片钻头钻进3159m后因崩损严而不可使用，页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片钻头与传统石油钻探用聚晶金刚石复合片钻头相比，使用寿命仅提高了5%，钻井效率提升也不明显。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，通过美国SONIX超声波扫描显微镜对复合片界面进行超声波扫描检查，结果见图8。从图8可以看出，本对比例复合片的聚晶金刚石层和硬质合金基体之间界面出现了分层开裂缺陷（分层开裂区域为边缘黑色部分）。
对比例3
该对比例的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，物料及其配比和制备方法参照实施例2；不同之处在于：原料中涉及的石墨烯包覆金刚石微粉统一用金刚石微粉替换，并省略制备石墨烯包覆金刚石微粉的步骤1）。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片进行测试，测试的方法同实施例1，经测试：导热系数为265 W/（m.k），磨耗比为43万，抗冲击韧性为840J，耐热温度为770℃，与传统石油钻探用聚晶金刚石复合片（导热系数为260 W/（m.k），磨耗比为38万，抗冲击韧性为800J，耐热温度为750℃）相比导热系数仅提高1.9%，耐磨性仅提高13%，抗冲击韧性仅提高了5%，耐热温度仅提高2.6%，性能提升效果也不明显。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片和同规格传统石油钻探用聚晶金刚石复合片，制作成标准钻头各1只，采用相同钻井参数（钻压70 KN、转速70r/min 、排量40 L/S、机械钻速20m/h）。在页岩油/页岩气地层中，本发明页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片钻头钻进3349m后因崩损严重而不可使用，页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片钻头与传统石油钻探用聚晶金刚石复合片钻头相比，使用寿命仅提高了12%，钻井效率提升也不明显。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，通过美国SONIX超声波扫描显微镜对复合片界面进行超声波扫描检查，结果见图9。从图9可以看出，本对比例复合片的聚晶金刚石层和硬质合金基体之间界面出现了分层开裂缺陷（分层开裂区域为边缘黑色部分）。
对比例4
该对比例的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，物料及其配比和制备方法参照实施例1；不同之处在于：第一、二过渡层各原料的重量百分比均与第三过渡层相同，即设置单一的普通过渡层，而非本申请中采用第一、二、三过渡层呈梯度的过渡连接设计。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片进行测试，测试的方法同实施例1，经测试：导热系数为310 W/（m.k），磨耗比为44万，抗冲击韧性为820J，耐热温度为820℃，与传统石油钻探用聚晶金刚石复合片（导热系数为260 W/（m.k），磨耗比为38万，抗冲击韧性为800J，耐热温度为750℃）相比导热系数仅提高19%，耐磨性仅提高15.7%，抗冲击韧性仅提高了2.5%，耐热温度仅提高9%，性能提升也不明显。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片和同规格传统石油钻探用聚晶金刚石复合片，制作成标准钻头各1只，采用相同钻井参数（钻压70 KN、转速70r/min 、排量40 L/S、机械钻速20m/h）。在页岩油/页岩气地层中，本发明页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片钻头钻进3254m后因崩损严重而不可使用，页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片钻头与传统石油钻探用聚晶金刚石复合片钻头相比，使用寿命仅提高了8.5%，钻井效率提升也不明显。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，通过美国SONIX超声波扫描显微镜对复合片界面进行超声波扫描检查，结果见图10。从图10可以看出，本对比例复合片的聚晶金刚石层和硬质合金基体之间界面出现了分层开裂缺陷（分层开裂区域为边缘黑色部分）。
对比例5
该对比例的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，物料及其配比同实施例3。
其制备方法，包括以下步骤：
1）沉积石墨稀：同实施例3；
2）混料：按比例分别称取第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层、聚晶金刚石层各原料，
之后，在球磨机上分别对第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层、聚晶金刚石层各原料进行球磨，球料质量比6∶1，球磨介质为无水乙醇，球磨研体为镍合金球，球磨罐为镍合金罐，采用顺时针逆时针交替运转的方式，顺时针运转时转速为85 r/min，逆时针运转时转速为95 r/min，顺时针运转时时间为18min，逆时针运转时时间为17min，顺、逆时针交替运转时中间间隔待机时间为7 min，球磨时间25h，经真空干燥后分别得到第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层混合粉末；3）复合体组装：同实施例3；
4）复合体净化处理：同实施例3；
5）高温高压烧结：将步骤4）净化复合体组件置于合成组装块内，用六面顶压机进行高温高压烧结，烧结时，先以速率为0.6GPa/min升至烧结压力7GPa，再以10℃/min的升温速率升温至1530℃进行烧结，待烧结600S后以20℃/min降温速率降至常温，以0.3GPa/min的降压速率从高压降至常压；
6）时效处理：同实施例3；
7）脱钴处理：同实施例3。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片进行测试，测试的方法同实施例1，经测试：导热系数为300 W/（m.k），磨耗比为42万，抗冲击韧性为870J，耐热温度为880℃，与传统石油钻探用聚晶金刚石复合片（导热系数为260 W/（m.k），磨耗比为38万，抗冲击韧性为800J，耐热温度为750℃）相比导热系数仅提高15%，耐磨性仅提高10%，抗冲击韧性仅提高了8.7%，耐热温度仅提高17%，性能提升也不明显。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片和同规格传统石油钻探用聚晶金刚石复合片，制作成标准钻头各1只，采用相同钻井参数（钻压70 KN、转速70r/min 、排量40 L/S、机械钻速20m/h）。在页岩油/页岩气地层中，本发明页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片钻头钻进3273m后因崩损严重而不可使用，页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片钻头与传统石油钻探用聚晶金刚石复合片钻头相比，使用寿命仅提高了9%，钻井效率提升也不明显。
本对比例制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，通过美国SONIX超声波扫描显微镜对复合片界面进行超声波扫描检查，结果见图11。从图11可以看出，本对比例复合片的聚晶金刚石层和硬质合金基体之间界面出现了分层开裂缺陷（分层开裂区域为边缘黑色部分）。
综上可明显得出：本发明实施例1～3制得的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，能够在页岩油/页岩气地层的应用，与传统石油钻探用金刚石复合片相比，使用寿命提高41～48%，节约成本，节省时间，能够大幅度提升钻井效率。
最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，其特征在于，包括硬质合金基体以及依次设于硬质合金基体上的第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层；所述聚晶金刚石层由下述重量百分含量的原料组成：石墨烯包覆金刚石微粉94.8～97%、碳纳米管0.1～0.2%和结合剂2.9～5%。
2.根据权利要求1所述的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，其特征在于，
所述第一过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉64～74%、立方氮化硼粉25.4～34.8%、碳纳米管0.1～0.2%和结合剂0.5～1%；
所述第二过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉50～59%、石墨烯包覆金刚石微粉25～30%、立方氮化硼微粉15.4～18.8%、碳纳米管0.2～0.3%和结合剂0.4～0.9%；
所述第三过渡层由下述重量百分含量的原料组成：硬质合金粉30～40%、石墨烯包覆金刚石微粉59.4～68.8%、碳纳米管0.3～0.4%和结合剂0.3～0.8%。
3.根据权利要求1所述的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层的质量比为0.5：0.5：0.5：3～3.5。
4.根据权利要求1或2所述的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管；所述单壁碳纳米管的外径为3～5nm、长度为5～30μm；所述双壁碳纳米管的外径为2～4nm、长度为5～20μm；所述多壁碳纳米管的外径为5～8nm、长度为5～30μm。
5.根据权利要求1或2所述的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述结合剂由下述重量百分含量的原料组成：Co粉97～99%、Ti粉0.5～1.2%、Si粉0.4～1.5%和稀土粉0.1～0.3%，所述稀土粉为Sc、Y和La中的任一种；所述Co粉、Ti粉、Si粉、稀土粉的粒径为20～40nm。
6.根据权利要求1或2所述的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述硬质合金基体或硬质合金粉由下述重量百分含量的原料组成：WC粉84～88%、Co粉10.5～13%、Zr粉0.5～1%、TiC0.7N0.3粉0.5～1%、TaC粉0.3～0.5%和Gd粉 0.2～0.5%；所述WC粉的粒径为2.3～2.5µm，Co粉、Zr粉、TiC0.7N0.3粉、TaC粉和Gd粉的粒径均为1.3～1.5µm。
7.根据权利要求1或2所述的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述石墨烯包覆金刚石微粉和立方氮化硼微粉的粒径均有三种分布，一种是2～4µm范围，第二种是5～10µm范围，第三种是10～20µm范围；三种粒径分布各自在石墨烯包覆金刚石微粉、立方氮化硼微粉中的重量百分含量均为：2～4µm范围的占10～20%，5～10µm范围的占35～40%，10～20µm范围的占45～50%。
8.权利要求1至7任一所述页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）混料：先将碳纳米管加入去离子水中，超声波震荡分散25～30min，得到碳纳米管分散液；之后对碳纳米管分散液进行磁力搅拌，30～35min后，进行真空干燥，得到分散碳纳米管粉末；再按比例分别称取第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层、聚晶金刚石层各原料，之后，在球磨机上分别对第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层、聚晶金刚石层各原料进行球磨，球料质量比4～8∶1，球磨介质为无水乙醇，采用顺时针逆时针交替运转的方式，顺时针运转时转速为80～90 r/min，逆时针运转时转速为90～100 r/min，顺时针运转时时间为15～20min，逆时针运转时时间为15～20min，，球磨时间20～30h，经真空干燥后分别得到第一过渡层、第二过渡层、第三过渡层和聚晶金刚石层混合粉末；
2）复合体组装：在金属杯中，先铺放聚晶金刚石层混合粉末，刮平；紧接着聚晶金刚石层铺放第三过渡层混合粉末，刮平；紧接着第三过渡层铺放第二过渡层混合粉末，刮平；紧接着第二过渡层铺放第一过渡层混合粉末，刮平；紧接着第一过渡层放入硬质合金基体，并置于预压模内，使用液压机在15Mpa压力下预压5～10min，得到复合体组件；
3）复合体净化处理：将步骤2）的复合体组件置于真空烧结炉内进行烧结，烧结时，先粗抽真空至炉内气压达6×10-2Pa 以下，加热至200～300℃保温20～30min，继续抽真空同时加热至800～850℃，至炉内气压稳定在3×10-4Pa以下，然后停止抽真空在800～850℃条件下向真空加热炉内充入炉内气压为25～30Mbar的一氧化碳气体对复合体组件还原处理0.5～1h，然后继续抽真空至炉内气压在3×10-4Pa以下，温度升至1200～1300℃保温2～3min后，停止抽真空，对真空加热炉进行间歇式的充入氢气，每次充气量相同且氢气充入量为炉内气压为30～40Mbar为限，每次充气结束后等待10～15min启动抽真空系统对真空加热炉进行抽真空至炉内气压在3×10-4Pa以下，抽真空结束后再次启动充入氢气程序和抽真空程序进行循环8～12次，得到净化复合体组件；
4）高温高压烧结：将步骤3）净化复合体组件置于合成组装块内，用六面顶压机进行高温高压烧结；
5）时效处理：将步骤4）烧结后得到的聚晶金刚石复合片置于真空烧结炉内，抽真空至炉内气压为3×10-3Pa，在3×10-3Pa的条件下，升温至400～450℃并保温0.5～1h，再次抽真空至炉内气压为3×10-5Pa，在3×10-5Pa的条件下，升温至480～530℃并保温1.5～2h，最后降至室温并真空储存；
6）脱钴处理：将步骤5）时效处理后的聚晶金刚石复合片封装在聚四氟乙烯夹具内，然后放入封闭的容器中，用40ml浓度为30～35%的硝酸和10ml浓度为45～50%的氢氟酸的混合液，在120～150℃温度下处理48～52h。
9.根据权利要求8所述的页岩油/页岩气深井钻探用聚晶金刚石复合片的制备方法，其特征在于，步骤4）在进行高温高压烧结时，先以速率为0.1～1GPa/min升至烧结压力7GPa，再以20～30℃/min的升温速率升温至1380～1420℃进行烧结，烧结50～100S，然后再以10～15℃/min的升温速率升温至1450～1480℃进行烧结，烧结150～200S，再以5～10℃/min的升温速率升温至1520～1550℃进行烧结，待烧结300～500S后以10～30℃/min降温速率降至常温，以0.1～0.5GPa/min的降压速率降至常压。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114029510A (zh) * 2021-11-08 2022-02-11 北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司 一种3d打印双螺旋结构金刚石复合材料节块及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080210473A1 (en) * 2006-11-14 2008-09-04 Smith International, Inc. Hybrid carbon nanotube reinforced composite bodies
CN105908041A (zh) * 2016-04-27 2016-08-31 富耐克超硬材料股份有限公司 高韧性聚晶复合材料和高韧性聚晶刀片及其制备方法
CN109482861A (zh) * 2018-12-25 2019-03-19 苏州思珀利尔工业技术有限公司 高韧性聚晶金刚石截齿的制备方法
CN110625123A (zh) * 2019-08-26 2019-12-31 中南钻石有限公司 一种高性能聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN111057925A (zh) * 2019-12-31 2020-04-24 富耐克超硬材料股份有限公司 聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080210473A1 (en) * 2006-11-14 2008-09-04 Smith International, Inc. Hybrid carbon nanotube reinforced composite bodies
CN105908041A (zh) * 2016-04-27 2016-08-31 富耐克超硬材料股份有限公司 高韧性聚晶复合材料和高韧性聚晶刀片及其制备方法
CN109482861A (zh) * 2018-12-25 2019-03-19 苏州思珀利尔工业技术有限公司 高韧性聚晶金刚石截齿的制备方法
CN110625123A (zh) * 2019-08-26 2019-12-31 中南钻石有限公司 一种高性能聚晶金刚石复合片及其制备方法
CN111057925A (zh) * 2019-12-31 2020-04-24 富耐克超硬材料股份有限公司 聚晶金刚石立方氮化硼复合片及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114029510A (zh) * 2021-11-08 2022-02-11 北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司 一种3d打印双螺旋结构金刚石复合材料节块及其制备方法
CN114029510B (zh) * 2021-11-08 2023-05-26 北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司 一种3d打印双螺旋结构金刚石复合材料节块及其制备方法

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