CN209293690U - 金刚石复合片和pdc钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金刚石复合片，包括聚晶金刚石层和硬质合金基体，聚晶金刚石层的切削面上设置有多条凹型流道，凹型流道由聚晶金刚石层一侧端面边缘向另一侧端面边缘延伸而成，凹型流道为深度均匀变化的流道，凹型流道深度自聚晶金刚石层切削面的边缘向中心逐渐递增，凹型流道沿流道轨迹方向的切面为圆弧形。本实用新型进一步公开了一种PDC钻头，其包括上述的金刚石复合片。本实用新型提出的金刚石复合片和PDC钻头，在提高金刚石复合片寿命的同时，还提高了其排屑及冷却能力。

Description

金刚石复合片和PDC钻头

技术领域

本实用新型涉及地质钻探用钻井工具技术领域，尤其涉及一种金刚石复合片和PDC钻头。

背景技术

目前，在地下资源钻探工程中，最常使用的钻头包括牙轮钻头和PDC钻头，而这两种钻头在钻井过程中，通常都使用钻井液（即泥浆）来冷却钻头并将破碎了的岩屑从井底携带出地面。PDC钻头在破岩效率及耐磨性方便具有显著的优势，但是其在工作过程中，金刚石复合片始终与地下的岩石接触，摩擦发热量大，容易导致复合片产生热裂纹而破损，这样会使得PDC钻头的耐磨性及强度急剧下降。PDC钻头在钻进过程中，由于切削面对岩层的切削会产生大量的岩屑，岩屑会对刀翼表面造成冲击，严重时会冲蚀刀翼，并且这些岩屑在排屑不畅的情况下会附着在刀翼表面，随着钻头的钻进在刀翼表面重复循环累积，以致堵塞排屑槽，使钻头出现泥包现象，影响钻头的正常使用，减少了钻头的使用寿命。因此，发明设计一种具有较好排屑及冷却能力的金刚石复合片，以提高其使用寿命，进而提高钻头使用寿命成为一种迫切需要。

申请号201520345530.X的中国专利公开了一种带内部冷却孔的聚晶金刚石复合片，其在硬质合金基体和聚晶金刚石层上穿透硬质合金基体和聚晶金刚石层开有穿透性冷却通孔，通过该冷却通孔达到冷却PDC钻头聚晶金刚石复合片的切削刃口的效果，但是其缺点是在硬质合金基体和聚晶金刚石层上设置通孔，容易导致金刚石复合片的崩裂，影响钻头的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种金刚石复合片和PDC钻头，旨在提高金刚石复合片的寿命，同时提高其排屑及冷却能力。

为实现上述目的，本实用新型提供一种金刚石复合片，包括聚晶金刚石层和硬质合金基体，所述聚晶金刚石层的切削面上设置有多条凹型流道，凹型流道由聚晶金刚石层一侧端面边缘向另一侧端面边缘延伸而成，凹型流道为深度均匀变化的流道，凹型流道深度自聚晶金刚石层切削面的边缘向中心逐渐递增，凹型流道沿流道轨迹方向的切面为圆弧形。

优选地，所述凹型流道的深度为所述金刚石层厚度的5%-15%。

优选地，所述凹型流道的数量为4-8个。

优选地，多条所述凹型流道平行设置。

优选地，所述凹型流道沿垂直流道轨迹方向的切面为圆角矩形。

优选地，所述凹型流道沿垂直流道轨迹方向的切面为圆角倒三角形。

优选地，所述凹型流道的轨迹方向与聚晶金刚石层的轴线方向垂直设置。

优选地，所述聚晶金刚石层远离硬质合金基体一侧的切削面为平面。

优选地，沿凹型流道的长度方向上，凹型流道的宽度先增加后减小。

本实用新型进一步提出一种PDC钻头，包括如上所述的金刚石复合片。

本实用新型提出的金刚石复合片，具有以下有益效果：

1）凹型流道为深度均匀变化的流道，流道深度自切削面的边缘向中心逐渐递增，凹型流道沿流道轨迹方向的切面为圆弧形，这样的设置增大了携带岩屑的泥浆与金刚石复合片的接触面积和接触深度，增强了对钻头的冷却效果，避免复合片因高温产生热裂纹而损坏，延长其使用寿命，同时增大了排屑空间，钻头自传时产生的岩屑通过泥浆携带经凹型圆弧流道的一侧快速进入流道然后顺势沿另一侧排出，排泄方向指向排屑槽中心上返部位，远离刀翼表面，更利于排屑，避免出现泥包现象，影响钻头的正常使用；

2）凹型流道沿流道轨迹方向的切面为圆角矩形或圆角倒三角形的设计相比现有技术中的直角来说，能够使岩屑在流道里流通更为顺畅，防止岩屑在直角部位堆积，更有利于排屑；

3）金刚石复合片上设置的多个凹型流道，减小了钻井过程中复合片与井壁的接触面积，减小了复合片受到的摩擦阻力，增强复合片吃入地层的能力，提高了复合片的切削效率。

附图说明

图1为本实用新型金刚石复合片优选实施例的切面图；

图2为本实用新型金刚石复合片优选实施例的俯视图；

图3为本实用新型金刚石复合片优选实施例的侧视图；

图4为图3所示A处一实施方式的放大示意图；

图5为图3所示A处另一实施方式的放大示意图。

图中，1、硬质合金基体； 2、聚晶金刚石层；21、聚晶金刚石层的切削面；22、聚晶金刚石层的底面；3、凹型流道。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，并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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型提出一种金刚石复合片。

参照图1至图5，本实施例中，金刚石复合片包括聚晶金刚石层2和硬质合金基体1，聚晶金刚石层的切削面21上设置有多条凹型流道3，凹型流道3贯穿聚晶金刚石层2的径向设置。凹型流道3由聚晶金刚石层2一侧端面边缘向另一侧端面边缘延伸而成，即凹型流道3的两端位于聚晶金刚石层2的端面（圆周）上，这样当钻头自转时产生的岩屑通过泥浆携带经凹型流道3的一侧快速进入后，顺势沿另一侧排出。

本实施例中，参照图1，凹型流道3为深度均匀变化的流道，凹型流道3深度自聚晶金刚石层的切削面21的边缘向中心逐渐递增，凹型流道3沿流道轨迹方向的切面为圆弧形。另外，在聚晶金刚石层的切削面21外缘进行了倒角处理。硬质合金基体1的底部也进行了倒角处理。聚晶金刚石层2和硬质合金基体1通过高温高压烧结成一体。另外，凹型流道3在其长度方向上，凹型流道3宽度向中心逐渐增加，随后中心向边缘逐渐减少。

参照图2，凹型流道3的数量为4-8个（图2以设置4个为例说明）。凹型流道3的数量越多，排屑能力越强，携带有岩屑的泥浆对复合片的冷却效果越好，但是耐磨性会逐渐降低，反之，凹型流道3的数量越少，耐磨性增强，但是排屑能力减弱，冷却效果降低。因此，凹型流道3的数量应选择合适的值，同时兼顾耐磨性、排屑能力和冷却效果。

凹型流道3的深度为金刚石层厚度的5%-15%。其中，凹型流道3在切削面边缘的流道深度范围为：金刚石层厚度的5%-8%，即可以为金刚石层厚度的5%、6%、7%或8%中或之间的任意值。而凹型流道3在切削面中心的流道深度为金刚石层厚度的15%。凹型流道3其长度方向上深度的变化范围越大，说明金刚石复合片与井壁接触时的环空面积越大，排屑能力越强，且携带有岩屑的泥浆与复合片的接触深度越深，冷却效果越好。因凹型流道3在切削面中心的深度过深会导致岩屑堆积、不易排出，过浅则会降低冷却效果，所以凹型流道3深度的选择应兼顾冷却能力和排屑能力。

多条凹型流道3平行设置，即多条凹型流道3的流道轨迹方向平行设置。具体地，参照图3和图4，凹型流道3沿垂直流道轨迹方向的切面为圆角矩形。现有技术中，大部分流道都是直角设计，长期使用时容易造成岩屑堆积，而本流道为圆角矩形的设计，能够使岩屑在流道里流通更为顺畅，防止岩屑在直角部位堆积，更有利于排屑。

另外，参照图3和图5，凹型流道3沿垂直流道轨迹方向的切面也可为圆角倒三角形。这样的设置在增加岩屑排屑能力的同时，进一步提高了携带岩屑的泥浆对复合片的冷却效果，延长了复合片的使用寿命。

本实施例中，凹型流道3的轨迹方向与聚晶金刚石层2的轴线方向垂直设置。聚晶金刚石层2远离硬质合金基体一侧的切削面为平面，聚晶金刚石层的底面22也设置为平面。沿凹型流道3的长度方向上，凹型流道3的宽度先增加后减小，以进一步提高排屑效果。

本实施例提出的金刚石复合片，具有以下有益效果：

1）凹型流道3为深度均匀变化的流道，流道深度自切削面的边缘向中心逐渐递增，凹型流道3沿流道轨迹方向的切面为圆弧形，这样的设置增大了携带岩屑的泥浆与金刚石复合片的接触面积和接触深度，增强了对钻头的冷却效果，避免复合片因高温产生热裂纹而损坏，延长其使用寿命，同时增大了排屑空间，钻头自传时产生的岩屑通过泥浆携带经凹型圆弧流道的一侧快速进入流道然后顺势沿另一侧排出，排泄方向指向排屑槽中心上返部位，远离刀翼表面，更利于排屑，避免出现泥包现象，影响钻头的正常使用；

2）凹型流道3沿流道轨迹方向的切面为圆角矩形或圆角倒三角形的设计相比现有技术中的直角来说，能够使岩屑在流道里流通更为顺畅，防止岩屑在直角部位堆积，更有利于排屑；

3）金刚石复合片上设置的多个凹型流道3，减小了钻井过程中复合片与井壁的接触面积，减小了复合片受到的摩擦阻力，增强复合片吃入地层的能力，提高了复合片的切削效率。

本实用新型进一步提出一种PDC钻头。

本优选实施例中，一种PDC钻头，包括金刚石复合片，该金刚石复合片的具体结构和有益效果参照上述实施例，本实施例在此不再赘述。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种金刚石复合片，包括聚晶金刚石层和硬质合金基体，其特征在于，所述聚晶金刚石层的切削面上设置有多条凹型流道，凹型流道由聚晶金刚石层一侧端面边缘向另一侧端面边缘延伸而成，凹型流道为深度均匀变化的流道，凹型流道深度自聚晶金刚石层切削面的边缘向中心逐渐递增，凹型流道沿流道轨迹方向的切面为圆弧形；所述聚晶金刚石层远离硬质合金基体一侧的切削面为平面；沿凹型流道的长度方向上，凹型流道的宽度先增加后减小。

2.如权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述凹型流道的深度为所述金刚石层厚度的5%-15%。

3.如权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述凹型流道的数量为4-8个。

4.如权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，多条所述凹型流道平行设置。

5.如权利要求4所述的金刚石复合片，其特征在于，所述凹型流道沿垂直流道轨迹方向的切面为圆角矩形。

6.如权利要求4所述的金刚石复合片，其特征在于，所述凹型流道沿垂直流道轨迹方向的切面为圆角倒三角形。

7.如权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述凹型流道的轨迹方向与聚晶金刚石层的轴线方向垂直设置。

8.一种PDC钻头，其特征在于，包括如权利要求1至7中任意一项所述的金刚石复合片。