CN207453880U - 一种用于油气钻探的多功能非平面聚晶金刚石复合片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种用于油气钻探的多功能非平面聚晶金刚石复合片，其包括聚晶金刚石层以及与聚晶金刚石层相粘结的硬质合金基体；所述聚晶金刚石层为非平面结构，其是由两曲面间以及两曲面与外缘表面间以一定角度所构成的曲面；所述两曲面间以一定角度构成的锋利切削刃齿，针对极硬/硬岩层等复杂地层有极强的攻击性及钻进性；而所述两曲面与外缘表面间以一定角度构成的宽钝凸起切削刃齿，针对中硬岩层等软质地层有极高的钻进效率。
Description
技术领域
本实用新型属于超硬复合材料技术领域，其主要涉及油气钻探、工程掘进、探矿用工具及设备等等，尤其涉及一种用于油气钻探的多功能非平面聚晶金刚石复合片。
背景技术
聚晶金刚石复合片是将优质的金刚石微粉与硬质合金基体经高温高压工艺烧结制备而成，其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。目前，聚晶金刚石复合片以其优异的综合性能被认为是理想的钻进材料，在石油、天然气等钻探中是重要的支撑性材料。然而，随着钻探理念的革新，极需求更优异的聚晶金刚石复合片适用于更为复杂、较深地层钻探的应用。本领域技术人员及制造商改善聚晶金刚石复合片性能的方法各不相同，而通过调整聚晶金刚石复合片的聚晶层结构是提高综合性能的重要途径之一。
专利201520471001.4公开一种低切削阻力曲面结构聚晶金刚石复合片，其解决了复杂地层的钻进效率，但利用率及排屑效果并不理想。专利201521102644.8公开一种多刃异形结构聚晶金刚石复合片，其解决了复杂地层的钻进效率及利用率，但存在排屑通道不畅等问题。鉴于上述问题，本实用新型提出一种用于油气钻探的多功能非平面聚晶金刚石复合片，不但为解决复杂难钻进地层提供可行性方案，而且实现排屑通道顺畅以及不同岩层提供针对性解决方案，实现一齿多地层应用，大大改善金刚石钻头选齿、地层选齿复杂化问题，可针对不同硬质地层为客户提供双重选择。
实用新型内容
本实用新型的目的在于通过改善聚晶金刚石复合片的聚晶层表面结构，提供一种高利用率、高效排屑且单一选齿解决不同地层钻进的多功能非平面聚晶金刚石复合片，使得此多功能非平面聚晶复合片在钻进复杂地层变得简单化，且大幅度提高金刚石钻头寿命、降低钻井综合成本。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种用于油气钻探的多功能非平面聚晶金刚石复合片，其包括聚晶金刚石层及与聚晶金刚石层相粘结的硬质合金基体；其中，所述聚晶金刚石层是非平面结构，所述非平面结构是由两曲面间以及两曲面与外缘表面间以一定角度所构成的曲面；所述两曲面间以一定角度构成的锋利切削刃齿，此角度范围为10°~179°。
进一步，所述两曲面以弧面或非弧面过渡相连接。
进一步，所述两曲面与外缘表面间以一定角度构成的宽钝凸起切削刃齿，此角度范围为10°~179°。
进一步，所述宽钝凸起切削刃齿的角度范围为10°~179°。
进一步，所述非平面聚晶金刚石层设有倒角或无倒角。
进一步，所述非平面聚晶金刚石层采用一次烧结成型法制备，比如高温高压烧结成型法等。
进一步，所述非平面聚晶金刚石层采用接触式加工、非接触式加工成型法或及其组合，比如电火花加工成型法、激光加工成型法等。
本实用新型的有益效果为：本实用新型提供一种结构简单、高利用率、高效排屑且单一选齿解决不同地层钻进的多功能非平面聚晶金刚石复合片。在实际油气钻探过程中，利用此类多功能非平面聚晶金刚石复合片作为支撑材料，其结构以曲面形成排屑通道且同时存在锋利切削刃齿和宽钝凸起切削刃齿可针对不同岩层钻进等等，锋利切削刃齿可利用其尖端刃齿部位应用于极硬的复杂地层，快速破岩、提高钻进效率；宽钝凸起的切削刃齿可应用于较软地层，利用其刃齿形状挖掘大块岩层、提高钻进效率，同时该复合片布局均还有双重刃齿，可重复使用、降低成本等。另一方面，此非平面结构不存在应力集中区域亦可大大降低聚晶金刚石复合片在应用中出现的崩齿、脱层等严重失效现象。
附图说明
图1是本实用新型中实施例的结构示意图；
图2是图1的左视图。
具体实施方式
为了更清楚地理解本实用新型，下面将结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅局限于下面的实施例。基于本实用新型中实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前体下所获得其它所有实施例，均将属于本实用新型保护的范畴。
如图1和图2所示，本实用新型包括聚晶金刚石层100及与其相粘结的硬质合金基体200，聚晶金刚石层100为非平面结构，其是由两曲面101、101’间和两曲面101、101’与外缘表面300间以一定角度构成的曲面。两曲面101、101’以一定角度构成锋利切削刃齿104，而两曲面101、101’与外缘表面300间以一定角度构成宽钝凸起切削刃齿103。此非平面聚晶金刚石层设有倒角102。
实施例
本实施例中选取的多功能非平面聚晶金刚石复合片的直径为15.88 mm、高度为13.2 mm。此多功能聚晶金刚石层采用高温高压烧结成型法结合激光加工成型法制备而成，其中两曲面构成的锋利切削刃齿夹角为148.5°，两曲面与外缘表面以68.9°构成宽钝凸起切削刃齿的夹角为169.3°。非平面聚晶金刚石层倒角为0.56 mm，最低聚晶金刚石层厚度约为2.0 mm。此多功能聚晶金刚石复合片与对照组（同规格的传统平面结构聚晶金刚石复合片）进行实验室对比试验。
对比测试结果表明，相对于传统平面结构聚晶金刚石复合片，此多功能非平面聚晶金刚石复合片利用锋利切削刃齿磨削洛氏硬度8-9级岩石时，切削阻力降低38 %、岩石去除效率提高56 %，且未出现崩齿、脱层等失效现象。
对比测试结果表明，相对于传统平面结构聚晶金刚石复合片，此多功能非平面聚晶金刚石复合片利用宽钝凸起切削刃齿磨削洛氏硬度6级左右岩石时，在相同磨削载荷力条件下岩石去除效率提高83 %，且未出现崩齿、脱层等失效现象。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案前提下，还可做出若干修改或等同替代，这均视为本实用新型的保护范畴。
Claims (4)
1.一种用于油气钻探的多功能非平面聚晶金刚石复合片，其特征在于：包括聚晶金刚石层及与聚晶金刚石层相粘结的硬质合金基体；其中，所述聚晶金刚石层是非平面结构，所述非平面结构是由两曲面间以及两曲面与外缘表面间以一定角度所构成的曲面；所述两曲面间以一定角度构成的锋利切削刃齿，此角度范围为10°~179°。
2.根据权利要求1所述的一种用于油气钻探的多功能非平面聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述两曲面以弧面或非弧面过渡相连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于油气钻探的多功能非平面聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述两曲面与外缘表面间以一定角度构成的宽钝凸起切削刃齿，此角度范围为10°~179°。
4.根据权利要求1所述的一种用于油气钻探的多功能非平面聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述非平面聚晶金刚石层设有倒角或无倒角。
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