CN112832688A - 一种减震复合片 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种减震复合片，属于石油、天然气钻井设备技术领域，包括：硬质合金基体和附着粘结在硬质合金基体顶部的聚晶金刚石复合层，聚晶金刚石复合层的顶部设有齿端面，齿端面的四周为切削刃；锥形凸起，其位于聚晶金刚石复合层的齿端面上，且锥形凸起的根部与聚晶金刚石复合层四周的切削刃之间预设有设定距离。本申请在聚晶金刚石复合层顶部的齿端面上设置锥形凸起，在聚晶金刚石复合层四周的切削刃切削地层时，锥形凸起因凸出接近地层，起到减震和辅助冲压作用，可以有效预先破碎岩石，分散聚晶金刚石复合层四周的切削刃在破岩时的应力。锥形凸起具有良好的抗冲击性能，可以提高减震复合片整体抗冲击性能。

Description

一种减震复合片

技术领域

本申请涉及石油、天然气钻井设备技术领域，特别涉及一种减震复合片。

背景技术

在近年来的石油和天然气资源的勘探开发中，深井和超深井钻井成为提高油气资源开发的主力，在这样的油气钻井中，常常会遇到硬地层和夹层地层，而且随着井深增加，钻井成本越来越高，因此提高钻头在硬地层和夹层地层的钻井速度，成为缩短钻井周期和降低钻井成本的重要途径和方法。

但是钻头的改进已经到达一定的瓶颈，各种针对性的钻头结构优化只能一定程度上提升进尺，难以满足钻井的提速提效目标，而复合片是钻头的核心切削元件，其性能的提升直接影响钻头的使用效果，因此，复合片性能提升是满足需求的一种重要突破方向。

近几年，各种异形复合片层出不穷，一些齿形取得一定突破，如屋脊齿和锥形齿已经得到一定的市场验证，而常规的圆形复合片通过多年工艺完善虽然一定程度上提升抗冲击性能和耐磨性能，但是其性能提升有限。反而屋脊齿利用其自有的脊形结构，在切削地层时，改变了圆形复合片单一的刮削破碎，起到了同时犁削和刮削的破岩效果，一定程度上提升了复合片的抗冲击性性能。

锥形齿是典型的点冲压破碎方式，其在复杂地层中具有一定的适应能力，锥形齿和圆形复合片这两种齿形合理搭配使用可以进一步提升钻头的进尺能力和机械钻速。但是通过实践证明，两种齿形毕竟是分开使用，无法极大发挥切削和冲压效果，在硬地层和软硬交错地层依然难以满足大幅提升进尺和机械钻速的需求，于是需要一种结合了多种齿形优点的复合片的需求较为迫切。

发明内容

本申请实施例提供一种减震复合片，以解决相关技术中锥形齿和圆形复合片难以满足大幅提升进尺和机械钻速需求的问题。

本申请实施例提供了一种减震复合片，包括：

硬质合金基体和附着粘结在所述硬质合金基体顶部的聚晶金刚石复合层，所述聚晶金刚石复合层的顶部设有齿端面，所述齿端面的四周为切削刃；

锥形凸起，所述锥形凸起位于所述聚晶金刚石复合层的齿端面上，且所述锥形凸起的根部与所述聚晶金刚石复合层四周的切削刃之间预设有设定距离。

在一些实施例中：所述锥形凸起为圆锥形凸起或多棱锥凸起，所述锥形凸起的顶部设有圆顶或平顶。

在一些实施例中：所述锥形凸起的锥角为20-120度，所述锥形凸起的根部直径为2～10mm，所述锥形凸起的顶部圆角为0～8mm。

在一些实施例中：所述齿端面为平面、凸弧面、凹弧面或凸脊面中的任意一种。

在一些实施例中：所述锥形凸起的根部距离所述聚晶金刚石复合层四周的切削刃之间的距离为1～10mm，所述锥形凸起顶部凸出于齿端面1～8mm。

在一些实施例中：所述锥形凸起设有一个或多个，一个所述锥形凸起位于所述聚晶金刚石复合层的任意位置，多个所述锥形凸起沿所述聚晶金刚石复合层的圆周方向间隔均布排列。

在一些实施例中：所述锥形凸起设有多个，多个所述锥形凸起沿所述聚晶金刚石复合层的圆周方向连成一体。

在一些实施例中：所述锥形凸起的轴线与所述硬质合金基体的轴线之间的夹角为-20～20度。

在一些实施例中：所述锥形凸起与所述聚晶金刚石复合层为一体成型结构，或所述锥形凸起为金刚石复合层与硬质合金层组合而成。

在一些实施例中：所述硬质合金基体与聚晶金刚石复合层之间的连接面为平面或凹凸面，所述聚晶金刚石复合层的厚度为1～6mm。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种减震复合片，由于本申请的减震复合片设置了硬质合金基体和固定在硬质合金基体顶部的聚晶金刚石复合层，聚晶金刚石复合层的顶部设有齿端面；在聚晶金刚石复合层的齿端面上设有锥形凸起，且锥形凸起的根部与聚晶金刚石复合层四周的切削刃之间预设有设定距离。

因此，本申请在聚晶金刚石复合层顶部的齿端面上设置锥形凸起，利用锥形凸起凸出于齿端面的特点，当聚晶金刚石复合层四周的切削刃切削地层时，锥形凸起因凸出接近地层，起到减震和辅助冲压作用，可以有效预先破碎岩石，分散聚晶金刚石复合层四周的切削刃在破岩时的应力。

锥形凸起具有良好的抗冲击性能，可以提高减震复合片整体抗冲击性能。同时锥形凸起具有限制聚晶金刚石复合层四周的切削刃吃入岩层深度作用，防止减震复合片在复杂地层吃入过深，在大扭矩作用下发生崩齿失效。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例设有两个锥形凸起的减震复合片的结构立体图；

图2为本申请实施例设有两个锥形凸起的减震复合片的结构主视图；

图3为本申请实施例减震复合片切削地层的工作状态示意图；

图4为本申请实施例设有一个锥形凸起的减震复合片的结构立体图；

图5为本申请实施例设有多个锥形凸起间隔布置的减震复合片的结构立体图；

图6为本申请实施例设有多个锥形凸起连成一体的减震复合片的结构立体图。

附图标记：

1、硬质合金基体；2、聚晶金刚石复合层；3、锥形凸起；4、齿端面；5、屋脊顶；6、切削刃；7、地层；8、砾石。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种减震复合片，其能解决相关技术中锥形齿和圆形复合片难以满足大幅提升进尺和机械钻速需求的问题。

参见图1和图2所示，本申请实施例提供了一种减震复合片，包括：

硬质合金基体1和附着粘结在硬质合金基体1顶部的聚晶金刚石复合层2，在聚晶金刚石复合层2的顶部设有齿端面4，齿端面4的四周为切削刃6。齿端面4根据实际需要可以设置为平面、凸弧面、凹弧面或凸脊面，在齿端面4上设有一条屋脊顶5。

锥形凸起3，锥形凸起3设有两个，两个锥形凸起3圆周对称位于聚晶金刚石复合层2的齿端面4上，且锥形凸起3的根部与聚晶金刚石复合层2四周的切削刃6之间预设有设定距离。当两个锥形凸起3中其中一个出现磨损失效后，可将减震复合片在钻头上更换安装位置，利用另一个锥形凸起3破碎砾石8，达到重复利用的目的。

本申请在聚晶金刚石复合层2顶部的齿端面4上设置锥形凸起3，利用锥形凸起3凸出于齿端面4的特点，锥形凸起3在聚晶金刚石复合层2四周的切削刃6切削地层7时，锥形凸起3因凸出接近地层7，起到减震和辅助冲压作用，可以有效预先破碎砾石8，分散聚晶金刚石复合层2四周的切削刃6在破岩时的应力。

锥形凸起3具有良好的抗冲击性能，可以提高减震复合片整体抗冲击性能。同时锥形凸起3具有限制聚晶金刚石复合层2四周的切削刃6吃入岩层深度作用，防止减震复合片在复杂地层吃入过深，在大扭矩作用下发生崩齿失效。

在一些可选实施例中：参见图1和图2所示，本申请实施例提供了一种减震复合片，该减震复合片的锥形凸起3优选为圆锥形凸起或多棱锥凸起，当然锥形凸起3的结构本领域的技术人员还可以选用为将圆锥形凸起的锥面部分削平的锥形结构，在锥形凸起3的顶部设有圆顶或平顶。

锥形凸起3的锥角β为20～120度，锥形凸起3的锥角β优选为90度。锥形凸起3的轴线与硬质合金基体1的轴线之间的夹角α为-20～20度，锥形凸起3的轴线与硬质合金基体1的轴线之间的夹角α优选为0度。锥形凸起3的根部直径D为2～10mm，锥形凸起3的根部直径D优选为6mm。锥形凸起3的顶部圆角R为0～8mm，锥形凸起3的顶部圆角R优选为2mm。

锥形凸起3的根部距离聚晶金刚石复合层2四周的切削刃6之间的距离L为1～10mm，锥形凸起3的根部距离聚晶金刚石复合层2四周的切削刃6之间的距离L优选为1.5mm。锥形凸起3顶部凸出于齿端面3的高度H为1～8mm，锥形凸起3顶部凸出于齿端面3的高度H优选为4mm。

在一些可选实施例中：参见图4所示，本申请实施例提供了一种减震复合片，该减震复合片的锥形凸起3设有一个，一个锥形凸起3位于聚晶金刚石复合层2的任意位置，优选的，一个锥形凸起3位于聚晶金刚石复合层2的中心位置。当聚晶金刚石复合层2的齿端面4设置一个锥形凸起3时，锥形凸起3的根部距离切削刃6的距离最远；当减震复合片切削地层时，切削刃6可与更深的吃入地层，适用于软质地层的快速切削。

在一些可选实施例中：参见图5所示，本申请实施例提供了一种减震复合片，该减震复合片的锥形凸起3设有四个，四个锥形凸起3沿聚晶金刚石复合层2的圆周方向间隔均布排列。四个锥形凸起3沿聚晶金刚石复合层2的圆周方向间隔均布排列，对聚晶金刚石复合层2四周的切削刃6进行保护。

在一些可选实施例中：参见图6所示，本申请实施例提供了一种减震复合片，该减震复合片的锥形凸起3设有多个，多个锥形凸起3沿聚晶金刚石复合层2的圆周方向连成一体，形成扇形减震带。多个锥形凸起3沿聚晶金刚石复合层2的圆周方向连成一体对聚晶金刚石复合层2四周的切削刃6进行完整保护。

在一些可选实施例中：参见图1、图2、图4和图5所示，本申请实施例提供了一种减震复合片，该减震复合片的硬质合金基体1和聚晶金刚石复合层2均为圆柱体结构，硬质合金基体1和聚晶金刚石复合层2的直径相同，硬质合金基体1和聚晶金刚石复合层2之间通过高温烧结成一完整的整体，两者之间无明显的间隙。硬质合金基体1与聚晶金刚石复合层2之间的连接面为凹凸面，增强硬质合金基体1与聚晶金刚石复合层2之间的粘结强度。聚晶金刚石复合层2的厚度为1～6mm，优选的聚晶金刚石复合层2的厚度为5mm。锥形凸起3与聚晶金刚石复合层2为一体成型结构，锥形凸起3还可以为金刚石复合层与硬质合金层组合而成，再与聚晶金刚石复合层2连接成一体。

工作原理

参见图3所示，本申请实施例的减震复合片以26°后倾角安装在钻头上工作时，其工作原理如下：在钻压作用下，由于锥形凸起3的根部距离聚晶金刚石复合层2四周的切削刃6之间的有一定的距离，锥形凸起3与切削刃6之间形成高度差，因此聚晶金刚石复合层2四周的切削刃6先于锥形凸起3压入地层7，切削刃6压入深度约2mm时，切削刃6在最底部刮削地层。

当减震复合片在刮削地层遇到砾石8时，由于锥形凸起3的凸出于聚晶金刚石复合层2的齿端面4的特点，其位置因先于切削刃6遇到砾石8，锥形凸起3可以对砾石8进行预先冲压破碎，可以有效破碎部分砾石8，分散减震复合片在破岩时的应力，起到减震和辅助冲压作用。

同时由于锥形凸起3的根部距离聚晶金刚石复合层2四周的切削刃6之间的有一定的距离，锥形凸起3与切削刃6之间形成高度差，锥形凸起3在切削刃6的上方，锥形凸起3具有限制切削刃6吃入深度作用，防止切削刃6压入过深，在大扭矩作用下，发生崩齿失效。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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申请的限制。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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“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。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种减震复合片，其特征在于，包括：

硬质合金基体(1)和附着粘结在所述硬质合金基体(1)顶部的聚晶金刚石复合层(2)，所述聚晶金刚石复合层(2)的顶部设有齿端面(4)，所述齿端面(4)的四周为切削刃(6)；

锥形凸起(3)，所述锥形凸起(3)位于所述聚晶金刚石复合层(2)的齿端面(4)上，且所述锥形凸起(3)的根部与所述聚晶金刚石复合层(2)四周的切削刃(6)之间预设有设定距离。

2.如权利要求1所述的一种减震复合片，其特征在于：

所述锥形凸起(3)为圆锥形凸起或多棱锥凸起，所述锥形凸起(3)的顶部设有圆顶或平顶。

3.如权利要求2所述的一种减震复合片，其特征在于：

所述锥形凸起(3)的锥角为20-120度，所述锥形凸起(3)的根部直径为2～10mm，所述锥形凸起(3)的顶部圆角为0～8mm。

4.如权利要求1所述的一种减震复合片，其特征在于：

所述齿端面(4)为平面、凸弧面、凹弧面或凸脊面中的任意一种。

5.如权利要求1所述的一种减震复合片，其特征在于：

所述锥形凸起(3)的根部距离所述聚晶金刚石复合层(2)四周的切削刃(6)之间的距离为1～10mm，所述锥形凸起(3)顶部凸出于齿端面(4)1～8mm。

6.如权利要求1所述的一种减震复合片，其特征在于：

所述锥形凸起(3)设有一个或多个，一个所述锥形凸起(3)位于所述聚晶金刚石复合层(2)的任意位置，多个所述锥形凸起(3)沿所述聚晶金刚石复合层(2)的圆周方向间隔均布排列。

7.如权利要求1所述的一种减震复合片，其特征在于：

所述锥形凸起(3)设有多个，多个所述锥形凸起(3)沿所述聚晶金刚石复合层(2)的圆周方向连成一体。

8.如权利要求1所述的一种减震复合片，其特征在于：

所述锥形凸起(3)的轴线与所述硬质合金基体(1)的轴线之间的夹角为-20～20度。

9.如权利要求1所述的一种减震复合片，其特征在于：

所述锥形凸起(3)与所述聚晶金刚石复合层(2)为一体成型结构，或所述锥形凸起(3)为金刚石复合层与硬质合金层组合而成。

10.如权利要求1所述的一种减震复合片，其特征在于：

所述硬质合金基体(1)与聚晶金刚石复合层(2)之间的连接面为平面或凹凸面，所述聚晶金刚石复合层(2)的厚度为1～6mm。

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