CN112324349A - 一种多重犁削的金刚石复合片及钻头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多重犁削的金刚石复合片及钻头。具体的，复合片包括：硬质合金基体及其一端设置的金刚石层，金刚石层包括上层和下层，且每层均具有切削部；上层具有尖角结构而由尖角结构形成上层切削部，下层的对应于上层切削部的外缘构成下层切削部；下层的上表面上还设有从尖角结构的尖端位置分别沿尖角结构的两侧边缘延伸的凸脊，凸脊的靠近尖角结构的一段构成辅助切削部，凸脊与尖角结构的对应侧边缘之间形成排屑沟槽。本发明的多重犁削的金刚石复合片具有较强的切削能力和较长的使用寿命，凸脊与上层尖角结构之间形成的排屑沟槽，能够流畅排屑。

Description

一种多重犁削的金刚石复合片及钻头

技术领域

本发明涉及金刚石钻头领域，尤其涉及一种多重犁削的金刚石复合片及钻头。

背景技术

PDC钻头依靠安装在钻头体上的聚晶金刚石复合片切削地层，复合片主要由硬质合金基体及设于硬质合金基体上的聚晶金刚石层组成，使用时在钻压和扭矩作用下克服地层应力吃入地层，地下岩层在复合片的作用下被剪切破碎，从而实现钻头的钻进。

随着钻采条件愈发苛刻，传统的平面结构复合片耐磨性差、破岩能力差、使用寿命短、钻进效率低等缺点逐渐显现，针对此问题，非平面齿复合片的开发应用取得了较好的效果。如公告号为US6045440A的美国专利公开的一种复合片，其硬质合金基体的端面上有金刚石层，其金刚石层又分为上下两层，下层整体为圆柱型，上层呈截面类似三角形的棱柱。使用时，上层的棱角位置构成切削刃，下层的与棱角位置对应的外缘构成切削刃，从而实现双层切削，提高了切削破岩效果。

但是上面介绍的这种复合片在使用时还存在一定的缺陷，即其上层切削刃虽然较为锋利，切削破岩效果较好，但抗冲击性能不足，而具有较强的抗冲击性能的下层却不够锋利，破岩效果较差，这就整体使得在整个复合片的使用寿命内，上层切削刃一旦受损，紧靠下层切削刃进行切削时，破岩效果较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多重犁削的金刚石复合片，用以解决现有的金刚石复合片的下层切削效果较差的问题。

同时，本发明还提供了一种使用上述的多重犁削的金刚石复合片的钻头，用以提高钻头的整体切削能力。

本发明的多重犁削的金刚石复合片包括：

硬质合金基体及其一端设置的金刚石层，金刚石层包括上层和下层，且每层均具有切削部；

上层具有尖角结构而由尖角结构形成上层切削部，下层的对应于上层切削部的外缘构成下层切削部，下层的外缘处设有倒角；

下层的上表面上还设有从尖角结构的尖端位置分别沿尖角结构的两侧边缘延伸的凸脊，凸脊的靠近尖角结构的一段构成辅助切削部，凸脊与尖角结构的对应侧边缘之间形成排屑沟槽。

本发明的多重犁削的金刚石复合片由于在下层上进一步设置的凸脊，并由凸脊的靠近尖角结构的一端构成辅助切削部，提高了下层的切削能力，使下层形成了多重犁削，而且由于辅助切削部的设置，间接分散了上层切削部的冲击力，延长了上层切削部的使用寿命，此外，凸脊与上层尖角结构之间形成排屑沟槽，有助于上、下层在切削过程中的流畅排屑，这也进一步提升了复合片的使用效果。

进一步的，所述上层具有三个尖角结构而构成三个上层切削部，三个上层切削部在金刚石层的圆周方向上均布，凸脊有三条，且相邻两条凸脊的相邻端分别处于一个上层切削部的两侧而构成所述辅助切削部。这种结构形式使复合片具有三个切削部，在复合片中的一个切削部磨损或崩裂之后，可以调整复合片在钻头上的安装角度并使用另一个切削部进行切削，大大延长了复合片的使用寿命。

更进一步的，所述上层的形状为由三条弧边围成的三角星形，对应于三条弧边的三条凸脊均为弧线形，凸脊与对应弧边分别处于两个同心圆上。这样的结构形式使对应于同一个切削部的两条排屑沟槽呈外扩的弧形，进而能够在复合片使用时，快速的将岩屑引导至金刚石层的两侧，提高了排屑能力。

或者作为另一种优化的方案，所述凸脊的高度低于上层的高度。这样在复合片使用过程中，上层切削部、辅助切削部以及下层切削部实现有梯度的切削，提升了破岩效果，提高了复合片的切削能力。

或者作为另一种优化的方案，所述凸脊由两个斜面相交形成。这样在提高辅助切削部锋利度的前提下，保证了辅助切削部的结构强度。

本发明的钻头包括钻头基体以及安装在钻头基体上的多重犁削的金刚石复合片，多重犁削的金刚石复合片包括：

硬质合金基体及其一端设置的金刚石层，金刚石层包括上层和下层，且每层均具有切削部；

上层具有尖角结构而由尖角结构形成上层切削部，下层的对应于上层切削部的外缘构成下层切削部，下层的外缘处设有倒角；

下层的上表面上还设有从尖角结构的尖端位置分别沿尖角结构的两侧边缘延伸的凸脊，凸脊的靠近尖角结构的一段构成辅助切削部，凸脊与尖角结构的对应侧边缘之间形成排屑沟槽。

本发明的钻头所使用的多重犁削的金刚石复合片由于在下层上进一步设置的凸脊，并由凸脊的靠近尖角结构的一端构成辅助切削部，提高了下层的切削能力，使下层形成了多重犁削，而且由于辅助切削部的设置，间接分散了上层切削部的冲击力，延长了上层切削部的使用寿命，此外，凸脊与上层尖角结构之间形成排屑沟槽，有助于上、下层在切削过程中的流畅排屑，这也进一步提升了复合片的使用效果。整体来看，本发明的钻头切削能力强、使用寿命长，提高了钻井效率，降低了施工成本。

进一步的，所述上层具有三个尖角结构而构成三个上层切削部，三个上层切削部在金刚石层的圆周方向上均布，凸脊有三条，且相邻两条凸脊的相邻端分别处于一个上层切削部的两侧而构成所述辅助切削部。这种结构形式使复合片具有三个切削部，在复合片中的一个切削部磨损或崩裂之后，可以调整复合片在钻头上的安装角度并使用另一个切削部进行切削，大大延长了复合片的使用寿命。

更进一步的，所述上层的形状为由三条弧边围成的三角星形，对应于三条弧边的三条凸脊均为弧线形，凸脊与对应弧边分别处于两个同心圆上。这样的结构形式使对应于同一个切削部的两条排屑沟槽呈外扩的弧形，进而能够在复合片使用时，快速的将岩屑引导至金刚石层的两侧，提高了排屑能力。

或者作为另一种优化的方案，所述凸脊的高度低于上层的高度。这样在复合片使用过程中，上层切削部、辅助切削部以及下层切削部实现有梯度的切削，提升了破岩效果，提高了复合片的切削能力。

或者作为另一种优化的方案，所述凸脊由两个斜面相交形成。这样在提高辅助切削部锋利度的前提下，保证了辅助切削部的结构强度。

附图说明

图1为本发明的多重犁削的金刚石复合片的实施例一的立体图；

图2为图1所示的多重犁削的金刚石复合片的俯视图。

图1中：1-硬质合金基体；2-下层；20-下层切削部；21-凸脊；22-辅助切削部；23-排屑沟槽；3-上层；30-上层切削部。

图2中：1-硬质合金基体；12-切削部；2-下层；20-下层切削部；21-凸脊；22-辅助切削部；23-排屑沟槽；3-上层；30-上层切削部。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的多重犁削的金刚石复合片的具体实施例一：

如图1-2所示，金刚石复合片包括圆柱形的硬质合金基体1以及处于硬质合金基体1一端端面上的金刚石层，金刚石层的端面上成型有三个切削部12，三个切削部12在金刚石层的圆周方向上均布，从而在复合片中的一个切削部磨损或崩裂之后，可以调整复合片在钻头上的安装角度并使用另一个切削部进行切削，大大延长了复合片的使用寿命。

具体的，金刚石层为包括下层2和上层3的双层结构，下层2整体为圆形平台，上层3为从圆形平台的台面上凸出的凸台结构。下层2上对应设有三个下层切削部20，相应的，上层3上设有三个上层切削部30，下层切削部20和上层切削部30在金刚石层的圆周方向上位置对应。上层3具有尖角结构而形成所述的上层切削部30，下层切削部20主要由下层2的对应于上层切削部30的部分外缘构成，下层2的外缘处设有倒角，以避免边缘直接切削时容易崩刃的问题。本实施例中，倒角为45°角，在其他实施例中，还可以为30°角或倒圆角。从图1-2中可以较为明显的看出，上层3的形状为由三条弧边围成的三角星形，或者也可称之为“人”字形，三条弧边所对应的圆心均处于三角星形的外侧，三角星形的三个角即构成尖角结构。

下层2的台面上即上表面上还设有从上层3的尖角结构的尖端位置分别沿尖角结构的两侧边缘延伸的凸脊21。由于三角星形上层3的三条边均为弧形边，相应地，沿其延伸的凸脊21为弧形凸脊，且弧形凸脊与对应弧边分别处于两个同心圆上。凸脊21主要由从下层2的台面上隆起的两个倾斜面交汇形成，凸脊21的靠近尖角结构的一段构成辅助切削部22，凸脊21与尖角结构的对应侧边缘之间形成排屑沟槽23。这样本实施例的复合片的每个切削部就包含一个上层切削部30、处于上层切削部两侧的两个辅助切削部22以及两个下层切削部。

此外，本实施例中，每条凸脊21的高度都低于上层3的高度，这样在使用时，复合片的切削部所包含的三类切削部能够实现有梯度的切削，提升了破岩效果，提高了复合片的切削能力。

本实施例的多重犁削的金刚石复合片在下层上进一步设置的凸脊，并由凸脊的靠近尖角结构的一端构成辅助切削部，提高了下层的切削能力，使下层形成了由下层切削部和辅助切削部构成的多重犁削。而且由于辅助切削部的设置，间接分散了上层切削部的冲击力，延长了上层切削部的使用寿命；排屑沟槽的设置有助于上、下层在切削过程中的流畅排屑，这也进一步提升了金刚石复合片的使用效果。

本发明的多重犁削的金刚石复合片的具体实施例二：

与上文介绍的多重犁削的金刚石复合片的具体实施例一结构类似，包括圆柱形的硬质合金基体以及处于硬质合金基体一端端面上的金刚石层，金刚石层的端面上成型有两个切削部，两个切削部在金刚石层的圆周方向上均布。

具体的，金刚石层为包括下层和上层的双层结构，下层整体为圆形平台，上层为从圆形平台的台面上凸出的凸台结构。下层上对应设有两个下层切削部，相应的，上层上设有两个上层切削部，下层切削部和上层切削部在金刚石层的圆周方向上位置对应。上层具有尖角结构而形成所述的上层切削部，下层切削部主要由下层的对应于上层切削部的部分外缘构成。上层的形状为梭形，梭形的两端尖角构成所述的尖角结构。

下层的台面上即上表面上还设有从上层的尖角结构的尖端位置分别沿尖角结构的两侧边缘延伸的凸脊。由于梭形凸台的两侧边均为曲线形边，相应地，沿其延伸的凸脊也为曲线形。凸脊主要由从下层的台面上隆起的两个倾斜面交汇形成，凸脊的靠近尖角结构的一段构成辅助切削部，凸脊与尖角结构的对应侧边缘之间形成排屑沟槽。

本发明的多重犁削的金刚石复合片的具体实施例三：

与上文介绍的多重犁削的金刚石复合片的具体实施例一结构类似，包括圆柱形的硬质合金基体以及处于硬质合金基体一端端面上的金刚石层，金刚石层的端面上成型有四个切削部，四个切削部在金刚石层的圆周方向上均布。

具体的，金刚石层为包括下层和上层的双层结构，下层整体为圆形平台，上层为从圆形平台的台面上凸出的凸台结构。下层上对应设有四个下层切削部，相应的，上层上设有四个上层切削部，下层切削部和上层切削部在金刚石层的圆周方向上位置对应。上层具有尖角结构而形成所述的上层切削部，下层切削部主要由下层的对应于上层切削部的部分外缘构成。上层的形状为棱形，棱形的四角位置构成所述的尖角结构。

下层的台面上即上表面上还设有从上层的尖角结构的尖端位置分别沿尖角结构的两侧边缘延伸的凸脊。由于棱形凸台的四条边均为直线形，相应地，沿其延伸的凸脊也为直线形。凸脊主要由从下层的台面上隆起的两个倾斜面交汇形成，凸脊的靠近尖角结构的一段构成辅助切削部，凸脊与尖角结构的对应侧边缘之间形成排屑沟槽。

当然，本发明的多重犁削的金刚石复合片并不仅限于上文介绍的具体实施例，在其他实施例中，凸脊的截面形状可以为波峰状，即由隆起的波浪面形成，或者，凸脊的两侧坡面中背向上层的为倾斜面，朝向上层的为垂直与下层的垂直面。或者，在其他实施例中，凸脊的高度也可以等于上层的高度。

以上所列举的实施例中，金刚石层均为仅包括上层、下层的双层结构，下层均直接与硬质合金基体固结，在其他实施例中，金刚石层还可以为三层结构，上层为处于金刚石层顶部的一层，下层为与上层紧挨的一层，下层的下侧还设有直接与硬质合金基体固结的一层金刚石层。

本发明的钻头的具体实施例，包括钻头基体，钻头基体上设有多个安装槽，安装槽中安装有金刚石复合片，其中金刚石复合片的具体结构可以与上文介绍的各种多重犁削的金刚石复合片的实施例的结构相同，本文不再详细描述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多重犁削的金刚石复合片，包括：

硬质合金基体（1）及其一端设置的金刚石层，金刚石层包括上层（3）和下层（2），且每层均具有切削部；

上层（3）具有尖角结构而由尖角结构形成上层切削部（30），下层（2）的对应于上层切削部（30）的外缘构成下层切削部（20），下层（2）的外缘处设有倒角；

其特征是，

下层（2）的上表面上还设有从尖角结构的尖端位置分别沿尖角结构的两侧边缘延伸的凸脊（21），凸脊（21）的靠近尖角结构的一段构成辅助切削部（22），凸脊（21）与尖角结构的对应侧边缘之间形成排屑沟槽（23）。

2.根据权利要求1所述的多重犁削的金刚石复合片，其特征是，所述上层（3）具有三个尖角结构而构成三个上层切削部（30），三个上层切削部（30）在金刚石层的圆周方向上均布，凸脊（21）有三条，且相邻两条凸脊（21）的相邻端分别处于一个上层切削部（30）的两侧而构成所述辅助切削部（22）。

3.根据权利要求2所述的多重犁削的金刚石复合片，其特征是，所述上层（3）的形状为由三条弧边围成的三角星形，对应于三条弧边的三条凸脊（21）均为弧线形，凸脊（21）与对应弧边分别处于两个同心圆上。

4.根据权利要求1或2或3所述的多重犁削的金刚石复合片，其特征是，所述凸脊（21）的高度低于上层的高度。

5.根据权利要求1或2或3所述的多重犁削的金刚石复合片，其特征是，所述凸脊（21）由两个斜面相交形成。

6.一种钻头，包括钻头基体以及安装在钻头基体上的多重犁削的金刚石复合片，多重犁削的金刚石复合片包括：

硬质合金基体（1）及其一端设置的金刚石层，金刚石层包括上层（3）和下层（2），且每层均具有切削部；

上层（3）具有尖角结构而由尖角结构形成上层切削部（30），下层（2）的对应于上层切削部（30）的外缘构成下层切削部（20），下层（2）的外缘处设有倒角；

其特征是，

下层（2）的上表面上还设有从尖角结构的尖端位置分别沿尖角结构的两侧边缘延伸的凸脊（21），凸脊（21）的靠近尖角结构的一段构成辅助切削部（22），凸脊（21）与尖角结构的对应侧边缘之间形成排屑沟槽（23）。

7.根据权利要求6所述的钻头，其特征是，所述上层（3）具有三个尖角结构而构成三个上层切削部（30），三个上层切削部（30）在金刚石层的圆周方向上均布，凸脊（21）有三条，且相邻两条凸脊（21）的相邻端分别处于一个上层切削部（30）的两侧而构成所述辅助切削部（22）。

8.根据权利要求7所述的钻头，其特征是，所述上层（3）的形状为由三条弧边围成的三角星形，对应于三条弧边的三条凸脊（21）均为弧线形，凸脊（21）与对应弧边分别处于两个同心圆上。

9.根据权利要求6或7或8所述的钻头，其特征是，所述凸脊（21）的高度低于上层的高度。

10.根据权利要求6或7或8所述的钻头，其特征是，所述凸脊（21）由两个斜面相交形成。

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