CN210460513U - 一种金刚石复合片及钻头 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种金刚石复合片及钻头，属于钻探领域。其包括硬质合金基体；金刚石复合层，设置在硬质合金基体上；金刚石复合层的端面在硬质合金基体的端面上的投影面位于硬质合金基体的端面内侧，金刚石复合层的端面在沿与轴线垂直的平面上的投影外轮廓依次由半圆边线、第一过渡边线、弧形边线以及第二过渡线首尾相连而构成，以使金刚石复合层的端面形成切削面。由该种结构制作而成的金刚石钻头，能够与钻头体牢固结合，有效地提高钻头的抗冲击损坏和耐高温磨损的性能，具有较好的加工性能和良好的钻进特性。

Description

一种金刚石复合片及钻头

技术领域

本申请涉及钻探领域，尤其涉及一种金刚石复合片及钻头。

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；其中，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。在钻遇泥岩时，常规尖型齿切削地层效率较高，取得了较好的效果。但由于井下地层复杂，钻头钻遇的地层越来越多，钻头除了会钻遇泥岩还会钻遇其它岩性，地层岩性软硬交错变化，常规尖型齿抗冲击能力差、耐磨能力差导致其应用范围较窄，不能适应单只钻头穿越多个层位并有较高机械钻速的需求。

实用新型内容

本申请的目的之一在于提供一种金刚石复合片及钻头，旨在改善现有技术中的钻头的使用性能较差的问题。

本申请的技术方案是：

一种金刚石复合片，包括：

硬质合金基体；

金刚石复合层，设置在所述硬质合金基体上；所述金刚石复合层的端面在所述硬质合金基体的端面上的投影面位于所述硬质合金基体的端面内侧，所述金刚石复合层的端面在沿与轴线垂直的平面上的投影外轮廓依次由半圆边线、第一过渡边线、弧形边线以及第二过渡线首尾相连而构成，以使所述金刚石复合层的端面形成切削面。

作为本申请的一种技术方案，所述弧形边线包括半椭圆边线。

作为本申请的一种技术方案，所述半圆边线由所述金刚石复合层向着所述硬质合金基体的方向延伸形成半圆柱侧面，所述半圆柱侧面与所述金刚石复合层在所述硬质合金基体上的连接面垂直。

作为本申请的一种技术方案，所述弧形边线与所述第一过渡边线或所述第二过渡边线连接为连接线，所述连接线由所述金刚石复合层向着所述硬质合金基体的方向延伸形成连接侧面，所述连接侧面与所述半圆柱侧面的中心线平行。

作为本申请的一种技术方案，所述弧形边线与所述第一过渡边线或所述第二过渡边线连接为连接线，所述连接线由所述金刚石复合层向着所述硬质合金基体的方向延伸形成连接侧面，所述连接侧面与所述半圆柱侧面的中心线呈夹角相交。

作为本申请的一种技术方案，所述连接侧面与所述半圆柱侧面的中心线之间的夹角为0～30°。

作为本申请的一种技术方案，所述金刚石复合层的端面由至少一条凸脊面和两个斜面构成，所述凸脊面的两侧均分布有所述斜面，两个所述斜面由所述金刚石复合层的两个相对边缘向上倾斜延伸交汇于所述凸脊面的两侧边。

作为本申请的一种技术方案，所述金刚石复合层的端面由多个依次连接的第一斜面、凸脊面、第二斜面以及凹谷面构成，所述第一斜面由所述金刚石复合层的边缘向上倾斜延伸交汇于所述凸脊面的一侧边，所述第二斜面由所述凹谷面的边缘向上倾斜延伸交汇于所述凸脊面的另一侧边。

作为本申请的一种技术方案，所述金刚石复合层的端面由多边形、多个凸脊面以及多个斜面构成，所述多边形设置在所述金刚石复合层的端面的中部，多个依次连接的所述凸脊面、所述斜面分布于所述多边形的周侧。

一种钻头，包括以上所述的金刚石复合片。

本申请的有益效果：

本申请的金刚石复合片以及钻头中，由于金刚石复合层的端面在沿与轴线垂直的平面上的投影外轮廓依次由半圆边线、第一过渡边线、弧形边线以及第二过渡线首尾相连而构成，因此，由此构成的金刚石复合层的切削面的投影为椭圆面，其相对常规尖型齿具有更好的耐磨能力，能够有效地延长钻头的使用寿命；同时，半椭圆尖型齿结构中有一半的圆柱面，使具有该种结构的钻头具有较好的加工性能，方便使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请第一实施例提供的金刚石复合片结构示意图；

图2为本申请第一实施例提供的金刚石复合片俯视图；

图3为本申请第一实施例提供的金刚石复合片前视图；

图4为本申请第二实施例提供的金刚石复合片结构示意图；

图5为本申请第三实施例提供的金刚石复合片结构示意图；

图6为本申请第三实施例提供的金刚石复合片俯视图；

图7为本申请第三实施例提供的金刚石复合片前视图；

图8为本申请第四实施例提供的金刚石复合片结构示意图；

图9为本申请第四实施例提供的金刚石复合片俯视图；

图10为本申请第四实施例提供的金刚石复合片前视图；

图11为本申请第五实施例提供的金刚石复合片结构示意图；

图12为本申请第六实施例提供的金刚石复合片结构示意图；

图13为本申请第七实施例提供的金刚石复合片结构示意图；

图14为本申请第八实施例提供的金刚石复合片结构示意图。

图标：101-金刚石复合层；102-硬质合金基体；103-第一半圆状边线；104-椭圆状边线；105-第一过渡边线；106-第二过渡边线；107-第一连接侧面；108-第二连接侧面；207-第三连接侧面；208-第四连接侧面；209-定位槽；309-第一凸脊面；310-第一斜面；311-第二斜面；407-第五连接侧面；408-第六连接侧面；501-第三斜面；502-第二凸脊面；503-凹槽面；504-第三凸脊面；505-第四斜面；603-第二半圆状边线；604-第三过渡边线；605-第四过渡边线；606-第五过渡边线；701-多边形；702-第四凸脊面；703-第五斜面；801-第五凸脊面；802-第六斜面。

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展示出的本申请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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

此外，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

第一实施例：

请参照图1，配合参照图2和图3，本申请提供一种钻头，其采用金刚石复合片制作而成，该金刚石复合片的切削面在沿金刚石复合片的周向方向上的投影为椭圆面，其相对常规尖型齿具有更好的耐磨能力，能延长钻头的使用寿命。

该金刚石复合片包括金刚石复合层101和硬质合金基体102，金刚石复合层101复合设置在硬质合金基体102的上表面上；金刚石复合层101的上端面的周侧边缘由第一半圆状边线103、第一过渡边线105、椭圆状边线104以及第二过渡边线106首尾相连围设而构成。

需要说明的是，在本实施例中，第一半圆状边线103从金刚石复合层101的上端面向金刚石复合层101的底面的方向上进行延伸一定的厚度，从而形成半圆柱侧面，该半圆柱侧面与金刚石复合层101的底面垂直。

需要说明的是，在本实施例中，由椭圆状边线104和第一过渡边线105由金刚石复合层101向着硬质合金基体102的方向延伸形成第一连接侧面107，第一连接侧面107与半圆柱侧面的中心线平行；由椭圆状边线104和第二过渡边线106由金刚石复合层101向着硬质合金基体102的方向延伸形成第二连接侧面108，第二连接侧面108与半圆柱侧面的中心线平行。

需要说明的是，在本实施例中，第一半圆状边线103呈半圆状线条结构，其直径为15.875mm；椭圆状边线104呈部分椭圆状线条结构，其大轴直径25mm，小轴直径为15.875mm；第一半圆状边线103与椭圆状边线104之间采用第一过渡边线105、第二过渡边线106进行过渡连接，该第一过渡边线105、第二过渡边线106均采用的是直线，两直线第一过渡边线105、第二过渡边线106之间的夹角为73°。

需要说明的是，在本实施例中，金刚石复合层101的边缘设置有倒角，该倒角为斜倒角。

需要说明的是，在本实施例中，金刚石复合层101与硬质合金基体102在超高压高温条件下烧结而成，对金刚石复合层101的端面进行加工成所需形状。

进一步地，金刚石复合层101为聚晶金刚石复合层或热稳定聚晶金刚石复合层等。

需要说明的是，在本实施例中，硬质合金基体102与金刚石复合层101之间的粘结面为平面、凹凸面起或沟槽面等。

第二实施例：

请参照图4，本实施例中的大部分结构与第一实施例中的相同，区别在于：

在本实施例中，椭圆状边线104和第一过渡边线105连线由金刚石复合层101向着硬质合金基体102的方向延伸形成第三连接侧面207，第三连接侧面207与半圆柱侧面的中心线相交，相交的夹角为10°；由椭圆状边线104和第二过渡边线106由金刚石复合层101向着硬质合金基体102的方向延伸形成第四连接侧面208，第四连接侧面208与半圆柱侧面的中心线相交，相交的夹角为10°。

需要说明的是，在本实施例中，在硬质合金基体102的周侧靠近底部的位置上开设有定位槽209，该定位槽209为在硬质合金基体102的周向定位标识。

第三实施例：

请参照图5，配合参照图6和图7，本实施例中的大部分结构与第一实施例中的相同，区别在于：

在本实施例中，金刚石复合层101的端面的表面是由至少一条第一凸脊面309、第一斜面310以及第二斜面311构成；其中，第一凸脊面309的两侧分别连接有第一斜面310、第二斜面311，第一斜面310、第二斜面311由金刚石复合层101的两个相对边缘向上倾斜延伸交汇于第一凸脊面309的两侧边。

第四实施例：

请参照图8，配合参照图9和图10，本实施例中的大部分结构与第三实施例中的相同，区别在于：

在本实施例中，由椭圆状边线104和第一过渡边线105由金刚石复合层101向着硬质合金基体102的方向延伸形成第五连接侧面407，第五连接侧面407与半圆柱侧面的中心线相交，相交的夹角为10°；由椭圆状边线104和第二过渡边线106由金刚石复合层101向着硬质合金基体102的方向延伸形成第六连接侧面408，第六连接侧面408与半圆柱侧面的中心线相交，相交的夹角为10°。

第五实施例：

请参照图11，本实施例中的大部分结构与第二实施例中的相同，区别在于：

在本实施例中，金刚石复合层101的端面是由第三斜面501、第二凸脊面502、凹槽面503、第三凸脊面504以及第四斜面505依次连接构成；其中，第三斜面501由金刚石复合层101的边缘向着中心向上倾斜延伸汇聚于第二凸脊面502的一侧边，第四斜面505由金刚石复合层101的边缘向着中心向上倾斜延伸汇聚于第三凸脊面504的一侧边；凹槽面503由其中部较低位置处分别向两侧向上倾斜延伸汇聚于第二凸脊面502的另一侧边、第三凸脊面504的另一侧边。

第六实施例：

请参照图12，本实施例中的大部分结构与第二实施例中的相同，区别在于：

在本实施例中，该金刚石复合片包括金刚石复合层101和硬质合金基体102，金刚石复合层101复合设置在硬质合金基体102的上表面上；金刚石复合层101的上端面的周侧边缘由第二半圆状边线603、第三过渡边线604、第四过渡边线605以及第五过渡边线606首尾相连围设而构成。

需要说明的是，在本实施例中，该第三过渡边线604、第四过渡边线605以及第五过渡边线606均采用的是弧线，第三过渡边线604、第五过渡边线606的直径为40mm，第四过渡边线605的直径为15.875mm。

第七实施例：

请参照图13，本实施例中的大部分结构与第二实施例中的相同，区别在于：

在本实施例中，金刚石复合层101的端面是由一个多边形701、多个第四凸脊面702以及多个第五斜面703构成，多边形701设置在金刚石复合层101的端面的中部，多个依次连接的第四凸脊面702、第五斜面703分布于多边形701的周侧。

需要说明的是，在本实施例中，多个第四凸脊面702采用的是三个，多个第五斜面703采用的是三个，每个第四凸脊面702的两侧分别连接有一个第五斜面703，第五斜面703由金刚石复合层101的端面的边缘向上倾斜延伸至第四凸脊面702和多边形701的其中一侧边上，由此构成两个尖型齿的切削斜面。

第八实施例：

请参照图14，本实施例中的大部分结构与第二实施例中的相同，区别在于：

在本实施例中，金刚石复合层101的端面是由三条渐变的第五凸脊面801和三个第六斜面802连接而成构成，三条渐变的第五凸脊面801的一端分别间隔地分布在金刚石复合层101的端面的周侧上，并由周侧边缘向上倾斜延伸汇聚于金刚石复合层101的端面的中部；同时，每个第五凸脊面801的两侧均连接有一个第六斜面802，第六斜面802呈尖型齿状结构。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金刚石复合片，其特征在于，包括：

硬质合金基体；

金刚石复合层，设置在所述硬质合金基体上；所述金刚石复合层的端面在所述硬质合金基体的端面上的投影面位于所述硬质合金基体的端面内侧，所述金刚石复合层的端面在沿与轴线垂直的平面上的投影外轮廓依次由半圆边线、第一过渡边线、弧形边线以及第二过渡边线首尾相连而构成，以使所述金刚石复合层的端面形成切削面。

2.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述弧形边线包括半椭圆边线。

3.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述半圆边线由所述金刚石复合层向着所述硬质合金基体的方向延伸形成半圆柱侧面，所述半圆柱侧面与所述金刚石复合层在所述硬质合金基体上的连接面垂直。

4.根据权利要求3所述的金刚石复合片，其特征在于，所述弧形边线与所述第一过渡边线或所述第二过渡边线连接为连接线，所述连接线由所述金刚石复合层向着所述硬质合金基体的方向延伸形成连接侧面，所述连接侧面与所述半圆柱侧面的中心线平行。

5.根据权利要求3所述的金刚石复合片，其特征在于，所述弧形边线与所述第一过渡边线或所述第二过渡边线连接为连接线，所述连接线由所述金刚石复合层向着所述硬质合金基体的方向延伸形成连接侧面，所述连接侧面与所述半圆柱侧面的中心线呈夹角相交。

6.根据权利要求5所述的金刚石复合片，其特征在于，所述连接侧面与所述半圆柱侧面的中心线之间的夹角为0～30°。

7.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述金刚石复合层的端面由至少一条凸脊面和两个斜面构成，所述凸脊面的两侧均分布有所述斜面，两个所述斜面由所述金刚石复合层的两个相对边缘向上倾斜延伸交汇于所述凸脊面的两侧边。

8.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述金刚石复合层的端面由多个依次连接的第一斜面、凸脊面、第二斜面以及凹谷面构成，所述第一斜面由所述金刚石复合层的边缘向上倾斜延伸交汇于所述凸脊面的一侧边，所述第二斜面由所述凹谷面的边缘向上倾斜延伸交汇于所述凸脊面的另一侧边。

9.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征在于，所述金刚石复合层的端面由多边形、多个凸脊面以及多个斜面构成，所述多边形设置在所述金刚石复合层的端面的中部，多个依次连接的所述凸脊面、所述斜面分布于所述多边形的周侧。

10.一种钻头，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的金刚石复合片。

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