CN114562211A - 一种抗冲击多切削刃金刚石复合片 - Google Patents

一种抗冲击多切削刃金刚石复合片 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗冲击多切削刃金刚石复合片，包括柱形硬质合金基体和金刚石复合层，所述的金刚石复合层设置在硬质合金基体的一端，两者相联成一体，其特征在于所述的金刚石复合层端面边缘设置有2种或2种以上不同的倒角，以形成不同的切削刃，至少存在1个攻击性强切削刃，在攻击性强切削刃两侧设置抗冲击切削刃，在金刚石复合层端面中间设置有导流腔。本发明同一复合片不同边缘具有不同的攻击能力及抗冲击能力，攻击性强切削刃具有较高的切削效率，其两侧具有较强的侧向抗冲击能力，使复合片在砾石地层具有较好的切削性能和侧面抗冲击能力，延长复合片的使用寿命。

Description

一种抗冲击多切削刃金刚石复合片
技术领域
本发明涉及一种抗冲击多切削刃金刚石复合片，用作金刚石钻头的切削元件，属于石油钻探工具技术领域。
背景技术
上世纪80年代开始，金刚石钻头被广泛地用于石油天然气钻井工程。金刚石钻头主要由钻头体和切削元件构成，金刚石钻头根据切削元件分成三类：PDC(聚晶金刚石)钻头、TSP(热稳定聚晶金刚石)钻头及天然金刚石钻头。PDC钻头主要用于软至中硬地层钻进，经过不断的技术进步，PDC钻头的适用范围越来越广，具有较好的经济价值。TSP钻头主要用于中硬至极硬地层钻进。目前，石油天然气钻井工程中深井作业逐步增多，钻遇的地层也越来越复杂。
金刚石复合片由柱形硬质合金基体和金刚石复合层构成，金刚石复合层端面边缘倒角形成复合片的切削刃，金刚石钻头在钻进过程中，不同的区域钻遇的地层不一样，所需要复合片的攻击性与抗冲击能力不一样，在一些砾石地层钻进过程中，常会出现金刚石复合片法线切削面正常磨损、而其侧面崩齿失效较为严重，进而导致钻头复合片整体失效。从这些现象可以看出，金刚石复合片切削面与侧面所需要的抗冲击能力不一样，而现有的复合片切削刃倒角都是单一的周向倒角结构，难以适应复杂地层的钻进需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种抗冲击多切削刃金刚石复合片，它不仅切削面攻击性强，而且侧面抗冲击能力强，使用寿命长，能适应复杂地层的钻进需求。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括柱形硬质合金基体和金刚石复合层，所述的金刚石复合层设置在硬质合金基体的一端，两者相联成一体，其特征在于所述的金刚石复合层端面边缘设置有2种或2种以上不同的倒角，以形成不同的切削刃，至少存在1个攻击性强切削刃，在攻击性强切削刃两侧设置抗冲击切削刃，在金刚石复合层端面中间设置有导流腔。
按上述技术方案，所述金刚石复合层端面边缘有2～4种不同的倒角，以形成2～4种不同的切削刃；所述的倒角坡面为斜面倒角、弯折面倒角、曲面倒角的一种或几种。
按上述技术方案，所述的斜面倒角的坡面与金刚石复合层端平面的夹角为20～70°，所述的金刚石复合层端平面与柱形硬质合金基体轴线相垂直，所述的弯折面倒角为2种斜面倒角的内外复合，且外斜面倒角的夹角大于内斜面倒角的夹角。
按上述技术方案，所述的曲面倒角为曲率半径不同的圆弧倒角。
按上述技术方案，所述倒角的轴向高度为0.2～3mm，或者所述倒角的单边径向深度为0.2～5mm。
按上述技术方案，所述的不同倒角沿周向布设且首尾相接，每个倒角对应一个圆心角。
按上述技术方案，所述金刚石复合层端面为平面、内凹面或外凸面。
按上述技术方案，所述的攻击性强切削刃为单边径向深度小等于0.4mm夹角45°的斜面倒角，或单边径向深度大于0.4mm夹角小于30°的斜面倒角，或单边径向深度大于0.4mm内斜面倒角夹角小于30°的弯折面倒角，所述的每个攻击性强切削刃的倒角对应的圆心角为50～70°。
按上述技术方案，所述抗冲击切削刃为单边径向深度0.5～2mm夹角大等于45°的斜面倒角，或曲率半径为0.5～2mm的圆弧倒角。
按上述技术方案，所述的导流腔包括向上敞开的凹腔和向端面边缘及上方延伸收缩的引流槽。
按上述技术方案，所述的导流腔与复合层端面的相交面呈棱形或三角形，所述导流腔的引流槽指向攻击性强切削刃。
按上述技术方案，所述的金刚石复合层的径向截面与硬质合金基体径向截面相同，为圆形或椭圆形或正多边形。
按上述技术方案，所述的硬质合金基体与金刚石复合层之间的粘结面为平面、凹凸面起或沟槽面、环形沟槽面等形状。
按上述技术方案，所述的金刚石复合层为聚晶金刚石复合层或热稳定聚晶金刚石复合层。
本发明的有益效果在于：1、通过在金刚石复合层端面边缘设置不同的倒角，形成金刚石复合片端面周向的多切削刃，实现同一复合片不同边缘具有不同的攻击能力及抗冲击能力，攻击性强切削刃具有较高的切削效率，其两侧具有较强的侧向抗冲击能力，使复合片在砾石地层具有较好的切削性能和侧面抗冲击能力，延长复合片的使用寿命。2、由于金刚石复合层端面边缘倒角形成复合片的多种不同性能的切削刃，使得同一金刚石复合片能应对不同地层钻进需求，将其合理的布设于金刚石钻头上，可使金刚石钻头适应复杂地层的钻进需求。3、在金刚石复合层端面中间设置有导流腔能借助水流使复合片在切削时具有较好的冷却效果，从而提高钻进速率，延长复合片使用寿命。
附图说明
图1至图3分别是本发明实施例一的立体图、俯视图和A-A旋转剖视图。
图4至图6分别是本发明实施例二的立体图、俯视图和A-A旋转剖视图。
图7至图9分别是本发明实施例三的立体图、俯视图和A-A旋转剖视图。
图10是本发明实施例四的的立体图。
图11是本发明实施例五的的立体图。
图12是本发明实施例六的的立体图。
具体实施方式
下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容。
实施例一如图1至图3所示，包括柱形硬质合金基体102和金刚石复合层101，所述的金刚石复合层设置在硬质合金基体的一端，所述的金刚石复合层为聚晶金刚石复合层，金刚石复合层和硬质合金基体通过超高温高压烧结相联成一体，所述金刚石复合层端108为平面，所述的金刚石复合层端面边缘设置4个倒角103、104、105、106，其中2个倒角103、105的结构相同，为轴向高度为0.3mm的45度斜面倒角，每个倒角对应的圆心角各占60°(Л/3)，形成攻击性强切削刃，另2个倒角104、106的结构相同，为轴向高度为1mm的45度斜面倒角，每个倒角对应的圆心角各占120°(2Л/3)，形成抗冲击切削刃，在金刚石复合层端面中间设置有导流腔107，所述的导流腔包括向上敞开的凹腔和向端面边缘及上方延伸收缩的引流槽，所述的导流腔与复合层端面108的相交面呈棱形，所述导流腔的2个引流槽(小于90°的锐角)指向攻击性强切削刃。本实施例各倒角沿周向布设且首尾相接，各倒角之间平滑过渡，金刚石复合片径向截面为圆形，直径为15.8mm，圆柱高度13.2mm。
实施例二如图4至图6所示，其与实施例一的不同之处在于2个倒角203、205的结构相同，为轴向高度为0.8mm夹角α为22.5°的斜面倒角，每个倒角对应的圆心角各占60°(Л/3)，形成攻击性强切削刃，另2个倒角204、206的结构相同，为轴向高度为1mm夹角β为45度的斜面倒角，每个倒角对应的圆心角各占120°(2Л/3)，形成抗冲击切削刃。其它结构包括导流腔207结构等与实施例一相同。
实施例三如图7至图9所示，其与实施例二的不同之处在于2个倒角303、305的结构相同，为内斜面倒角的轴向高度为0.8mm夹角θ为20°、外斜面倒角的轴向高度为0.2mm夹角δ为45度的的弯折面倒角，每个倒角对应的圆心角各占60°(Л/3)，形成攻击性强切削刃。其它结构包括另2个倒角304、306的结构和导流腔307结构等与实施例二相同。
实施例四如图10所示，其与实施例三的不同之处在于形成攻击性强切削刃的弯折面倒角403为1个，为内斜面倒角的轴向高度为0.8mm夹角θ为20°、外斜面倒角的轴向高度为0.2mm夹角δ为45度的的弯折面倒角，倒角对应的圆心角为60°(Л/3)，形成1个攻击性强切削刃，其余周向边缘均为轴向高度为1mm夹角为45度的斜面倒角404，形成抗冲击切削刃。其它结构与实施例三相同。
实施例五如图11所示，其与实施例三的不同之处在于有3个倒角503、505和507的结构相同，为内斜面倒角的轴向高度为0.8mm夹角θ为20°、外斜面倒角的轴向高度为0.2mm夹角δ为45度的的弯折面倒角，每个倒角对应的圆心角各占60°(Л/3)，形成3个攻击性强切削刃，在这3弯折面倒角之间分别设置3个结构相同的斜面倒角504、506和508，为轴向高度为1mm夹角为45度的斜面倒角，每个倒角对应的圆心角各占60°(Л/3)，形成抗冲击切削刃。相应的所述的导流腔509与复合层端面510的相交面呈等边三角形，所述导流腔的3个引流槽分别(小于90°的锐角)指向3个攻击性强切削刃。其它结构与实施例三相同。
实施例六如图12所示，其与实施例三的不同之处在于在金刚石复合层端面中间两侧设置有2个相互平行对称的导流腔607、608，所述的导流腔包括向上敞开的凹腔和向端面边缘及上方延伸收缩的引流槽，所述的导流腔与复合层端面的609相交面呈扁棱形，所述导流腔的引流槽(小于90°的锐角)指向攻击性强切削刃。其它结构包括2个弯折面倒角603、605，2个斜面倒角604、606结构与实施例三相同。

Claims (12)

1.一种抗冲击多切削刃金刚石复合片，包括柱形硬质合金基体和金刚石复合层，所述的金刚石复合层设置在硬质合金基体的一端，两者相联成一体，其特征在于所述的金刚石复合层端面边缘设置有2种或2种以上不同的倒角，以形成不同的切削刃，至少存在1个攻击性强切削刃，在攻击性强切削刃两侧设置抗冲击切削刃，在金刚石复合层端面中间设置有导流腔。
2.按权利要求1所述的抗冲击多切削刃金刚石复合片，其特征在于所述金刚石复合层端面边缘有2～4种不同的倒角，以形成2～4种不同的切削刃；所述的倒角坡面为斜面倒角、弯折面倒角、曲面倒角的一种或几种。
3.按权利要求2所述的抗冲击多切削刃金刚石复合片，其特征在于所述的斜面倒角的坡面与金刚石复合层端平面的夹角为20～70°，所述的金刚石复合层端平面与柱形硬质合金基体轴线相垂直，所述的弯折面倒角为2种斜面倒角的内外复合，且外斜面倒角的夹角大于内斜面倒角的夹角。
4.按权利要求2所述的抗冲击多切削刃金刚石复合片，其特征在于所述的曲面倒角为曲率半径不同的圆弧倒角。
5.按权利要求3或4所述的抗冲击多切削刃金刚石复合片，其特征在于所述倒角的轴向高度为0.2～3mm，或者所述倒角的单边径向深度为0.2～5mm。
6.按权利要求1或2所述的抗冲击多切削刃金刚石复合片，其特征在于所述的不同倒角沿周向布设且首尾相接，每个倒角对应一个圆心角。
7.按权利要求1所述的抗冲击多切削刃金刚石复合片，其特征在于所述金刚石复合层端面为平面、内凹面或外凸面。
8.按权利要求2所述的抗冲击多切削刃金刚石复合片，其特征在于所述的攻击性强切削刃为单边径向深度小等于0.4mm夹角45°的斜面倒角，或单边径向深度大于0.4mm夹角小于30°的斜面倒角，或单边径向深度大于0.4mm内斜面倒角夹角小于30°的弯折面倒角，所述的每个攻击性强切削刃的倒角对应的圆心角为50～70°。
9.按权利要求2所述的抗冲击多切削刃金刚石复合片，其特征在于所述抗冲击切削刃为单边径向深度0.5～2mm夹角大等于45°的斜面倒角，或曲率半径为0.5～2mm的圆弧倒角。
10.按权利要求1或2所述的抗冲击多切削刃金刚石复合片，其特征在于所述的导流腔包括向上敞开的凹腔和向端面边缘及上方延伸收缩的引流槽。
11.按权利要求10所述的抗冲击多切削刃金刚石复合片，其特征在于所述的导流腔与复合层端面的相交面呈棱形或三角形，所述导流腔的引流槽指向攻击性强切削刃。
12.按权利要求1或2所述的抗冲击多切削刃金刚石复合片，其特征在于所述的金刚石复合层的径向截面与硬质合金基体径向截面相同，为圆形或椭圆形或正多边形；所述的硬质合金基体与金刚石复合层之间的粘结面为平面、凹凸面起或沟槽面、环形沟槽面等形状。
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