CN210622716U - 一种具有凹槽结构的金刚石复合片 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及石油钻探技术领域，尤其涉及一种具有凹槽结构的金刚石复合片。其中，本申请的金刚石复合片，包括硬质合金基底和复合在所述硬质合金基底上的金刚石复合层，所述金刚石复合层端面设有两组凹槽结构；其中，第一组凹槽结构包括多个相互平行的第一凹槽，第二组凹槽结构包括多个相互平行的第二凹槽，且所述第一凹槽相交于所述第二凹槽；每一所述第一凹槽的两端与每一所述第二凹槽的两端均延伸到所述金刚石复合层边缘。本申请实施例通过凹槽结构形成的切削刃的工作方式为犁削方式，故可以减少工作钻齿与岩层的接触面积，也减少了摩擦产生的高温高热，提高了钻探效率，提高了金刚石复合片的寿命。

Description

一种具有凹槽结构的金刚石复合片

技术领域

本实用新型涉及石油钻探技术领域，尤其涉及一种具有凹槽结构的金刚石复合片。

背景技术

金刚石复合片是由硬质合金基底和金刚石复合层在超高压、高温条件下烧结而成，这种产品具有高强度、高耐磨性以及优良的冲击韧性和可焊接性，广泛使用于勘探、采矿、石油、煤炭等行业。

目前，PDC钻头等破岩工具上所使用的一般为平板状金刚石复合片。这种平板状金刚石复合片由金刚石复合层和硬质合金基体复合而成，金刚石复合层为平板状，其作为主切削刃。在实际切削过程中，平板状金刚石复合片存在一些缺陷：由于存在受力集中的问题，金刚石复合层的周边容易出现崩边或脱层的现象，导致钻头提前失效，使用寿命短；并且，金刚石复合层作为主切削刃，为圆形的平板状结构，主切削刃与岩层接触区域较宽，金刚石复合片深入岩层较难，造成钻头破岩的效率低下。

实用新型内容

本实用新型实施例公开一种具有凹槽结构的金刚石复合片，以解决现有的平板状金刚石复合片容易崩边，且钻头破岩效率低下的问题。

为了达到上述目的，本实用新型实施例提供一种具有凹槽结构的金刚石复合片，包括硬质合金基底和复合在所述硬质合金基底上的金刚石复合层，所述金刚石复合层端面设有两组凹槽结构；其中，第一组凹槽结构包括多个相互平行的第一凹槽，第二组凹槽结构包括多个相互平行的第二凹槽，且所述第一凹槽相交于所述第二凹槽；每一所述第一凹槽的两端与每一所述第二凹槽的两端均延伸到所述金刚石复合层边缘。

优选的，在一实施例中，所述相邻的两个第一凹槽与位于所述金刚石复合层端面最外侧的第二凹槽所形成的凸台结构形成切削刃。

优选的，在一实施例中，所述金刚石复合层上的第一凹槽和第二凹槽均为两条。

优选的，在一实施例中，所述第一凹槽和所述第二凹槽相交的锐角角度为大于等于60度；或者所述第一凹槽和所述第二凹槽垂直相交。

优选的，在一实施例中，所述金刚石复合层包括第一基面和第二基面；所述第一基面复合在所述硬质合金基底上，且所述第二基面位于所述第一基面上方；所述第一组凹槽结构和所述第二组凹槽结构均经过所述第二基面的上端面、外端面，延伸到所述第一基面的外端面。

优选的，在一实施例中，所述硬质合金基底为圆柱形、扇柱形或椭圆形。

优选的，在一实施例中，所述金刚石复合层边缘设置倒角，所述倒角为斜倒角或圆弧倒角。

优选的，在一实施例中，所述硬质合金基底和所述金刚石复合层的结合面为非平面结构。

优选的，在一实施例中，所述硬质合金基底上开设有凸台结构，所述凸台结构深入到所述金刚石复合层中形成硬质合金骨架。

优选的，在一实施例中，所述凸台结构的横截面为矩形、圆形、三角形、水滴形和/或梯形。

本实用新型实施例所揭示的具有凹槽结构的金刚石复合片，存在以下有益效果：

本申请实施例通过凹槽结构形成的切削刃的工作方式为犁削方式，故可以减少工作钻齿与岩层的接触面积，也减少了摩擦产生的高温高热，相比于现有的平板状金刚石复合片用于钻探中切削的工作方式，提高了钻探效率，提高了金刚石复合片的寿命；另外，在硬质合金基底和金刚石复合层的结合面上设置凹槽、凸台或者锥形台等结构，增加了基底和金刚石层的接触面积，同时还可以增加加工后的金刚石复合片的轴向受压能力，提高其连接强度。

参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的具有凹槽结构的金刚石复合片的结构示意图；

图2为图1所示实施例的具有凹槽结构的金刚石复合片的俯视图；

图3为本实用新型另一实施例的具有凹槽结构的金刚石复合片的俯视图；

图4为本实用新型又一实施例的具有凹槽结构的金刚石复合片的俯视图；

图5为安装有本申请实施例的具有凹槽结构的金刚石复合片的钻头的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

下面参考本实用新型的若干代表性实施方式，详细阐释本实用新型的原理和精神。

图1为本实用新型实施例的具有凹槽结构的金刚石复合片的结构示意图。图2为图1所示实施例的具有凹槽结构的金刚石复合片的俯视图。如图1和图2所示，本实施例的金刚石复合片包括硬质合金基底1和金刚石复合层2。其中，所述金刚石复合层2端面设有两组凹槽结构，第一组凹槽结构包括多个相互平行的第一凹槽3，第二组凹槽结构包括多个相互平行的第二凹槽4，且所述第一凹槽3相交于所述第二凹槽4；每一所述第一凹槽3的两端与每一所述第二凹槽4的两端均延伸到所述金刚石复合层2边缘处。

正如背景技术中所提及，金刚石复合层的外端面是复合片上最重要的切削刃，切削刃形状与其吃入地层的难易程度密切相关。目前金刚石复合片钻头使用的金刚石复合层切削刃一般为平面，这样的话在钻探过程中容易产生应力集中的问题，而且边缘部分切削速度快，受到岩层阻力大，金刚石复合层周边容易出现金刚石复合层层的崩片，严重甚至导致金刚石复合层的脱落，导致钻头失效，出现钻头使用寿命较短现象。

在本申请实施例中，所述相邻的两个第一凹槽与位于所述金刚石复合层端面最外侧的第二凹槽所形成的凸台结构形成切削刃。本实施例中形成的切削刃的工作方式为犁削方式，减少了与工作钻齿与岩层的接触面积，也减少了摩擦产生的高温高热，相比于现有的金刚石复合片用于钻探中切削的工作方式，提高了钻探效率。

在一个具体实施例中，如图1和图2所示，金刚石复合层上的第一凹槽和第二凹槽均为两条。因此，本实施例中，如图1和图2所示，可以生成8个切削刃，当某一切削刃损坏时，还可以使用剩下完好的切削刃。当然，本实用新型不对第一凹槽和第二凹槽的数量进行限制，并且，第一凹槽和第二凹槽的数量可以相同，也可以不同。在另一个实施例中，如图3所示，金刚石复合层上的第一凹槽数量和第二凹槽数量均可以为三条，此时生成的切削刃数量更多，应力也更加分散，但是并不是说凹槽数量越多越好，在实际应用时，需要根据具体情况具体分析。

在图1-图3所示的实施例中，所述第一凹槽和所述第二凹槽均是垂直相交。当然，如图4所示，第一凹槽和第二凹槽也可以不是垂直相交，并且优选的是，第一凹槽和第二凹槽相交的锐角角度为大于等于60度。

在一个优选的实施例中，所述金刚石复合层2可以包括两层基面；所述第一基面复合在所述硬质合金基底1上，且所述第二基面位于所述第一基面上方；所述第一组凹槽结构和所述第二组凹槽结构均经过所述第二基面的上端面、外端面，延伸到所述第一基面的外端面。本实施例中，在第一基面和第二基面的边缘处都可以形成切削刃，在使用的时候，第二基面与岩石接触后接触面积较小，受力较整个刀头平面低，在第二基面切入岩石后，经过第二基面的切削已经对岩石作用力有了部分缓冲，后续第一基面与岩石接触时对刀具和设备冲击比较小，可以延长设备的使用寿命。

上述实施例中，可以采用金刚石研磨、金刚石砂镀、电腐蚀以及激光高温碳化金刚石等方法将常规平面圆柱形的金刚石复合层端面加工出凹槽结构或者双层基面结构，以改善金刚石复合片的受力性能和热性能，提高产品的钻进尺度。并且，相对于其他改变金刚石复合层的端面形状以形成切削刃的方法，通过凹槽实现切削刃的加工工艺要简单易操作的多，并且工艺成本也可以大大降低。

本申请中，只要通过在金刚石复合层上通过开设凹槽的方式形成有可以以犁削方式工作的切削刃，均在本实用新型的保护范围之内。

本申请中，所述硬质合金基底的结构可以是多种形状，例如常规的圆柱形，也可以是椭圆形和多边形等，本申请并不对其基底形状做任何限定。在一种实施例中，所述硬质合金基底1可以为扇柱形结构。扇柱形结构的硬质合金基底1和金刚石复合层2在结合的时候，接触面积大大增加，故减少了内部应力；同时在使用的时候，金刚石复合片切削进入岩石，硬质合金基底1与金刚石复合层2之间的圆锥形凸起，有效提高了金刚石复合片的抗冲击强度，硬质合金基底1与聚晶金刚石复合层2之间的连接更加稳固，钻进过程中，扇形立柱结构和倾角设计使得金刚石复合片钻头具有更好的抗冲击，从而提高了钻进效率。

本实用新型实施例中，所述金刚石复合层2的边缘可以设置倒角，所述倒角为斜倒角或者圆弧倒角。金刚石复合层边缘处的切削刃经过倒角设计，一定程度上也提高了其抗崩性能。

本实用新型实施例中，所述硬质合金基底1和所述金刚石复合层2的结合面为可以设计为非平面结构。通过非平面结构可以增加基底和金刚石复合层的接触面积，提高两者的连接强度，同时还可以增加加工后的金刚石复合片的轴向受压能力，提高其连接强度。

一种实施方式中，所述硬质合金基底1上可以开设有凸台结构，所述凸台结构深入到所述金刚石复合层中形成硬质合金骨架。利用聚晶金刚石层烧结后体积收缩的特点，在凸台周围形成一个箍筋内力，使得聚晶金刚石层与硬质合金基底的结合更加牢固。并且，所述凸台结构的横截面可以为矩形、圆形、三角形和/或梯形，本实用新型并不对凸台结构的形状做任何限定。

优选的，凸台结构可以为水滴形凸起，对应在金刚石层上开设水滴形凹陷，如此可增大聚晶金刚石层和硬质合金基底之间的接触面积，也使得聚晶金刚石层与硬质合金基体之间相互嵌入，有利于提高产品的耐磨性和抗冲击性。同时，根据几何结构及受力分析而言，水滴形的凸起和凹陷，可使所承受应力呈无方向性分布，分散界面应力，加强聚晶金刚石层与硬质合金基底之间的界面结合力，从而进一步提高产品的抗冲击性能。

图5为一种利用本申请实施例的具有凹槽结构的金刚石复合片的钻头的结构示意图。如图所示，若干个金刚石复合片100安装在钻头主体200上的刀翼300上。金刚石复合片100可以采用本申请图1-图4所示实施例的金刚石复合片，且金刚石复合片100被铜焊到或以其它方式固定在钻头主体200的外表面中形成的凹穴内。其中，多种类型的钻地工具(诸如滚子牙轮钻头、冲击钻头、混种钻头、扩孔器等)都可以使用如本申请实施例中所描述的金刚石复合片100作为切削刃工具。

综上所述，本实用新型实施例所揭示的金刚石复合片，使用凹槽结构形成多个可以以犁削方式工作的切削面，减少了与工作钻齿与岩层的接触面积，也减少了摩擦产生的高温高热，相比于现有的金刚石复合片用于钻探中切削的工作方式，提高了钻探效率。另外，在硬质合金基底和金刚石复合层的结合面上设置凹槽、凸台或者锥形台等结构，增加了基底和金刚石层的接触面积，同时还可以增加加工后的金刚石复合片的轴向受压能力，提高其连接强度。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种具有凹槽结构的金刚石复合片，包括硬质合金基底和复合在所述硬质合金基底上的金刚石复合层，其特征在于，所述金刚石复合层端面设有两组凹槽结构；其中，

第一组凹槽结构包括多个相互平行的第一凹槽，第二组凹槽结构包括多个相互平行的第二凹槽，且所述第一凹槽相交于所述第二凹槽；

每一所述第一凹槽的两端与每一所述第二凹槽的两端均延伸到所述金刚石复合层边缘。

2.根据权利要求1所述的具有凹槽结构的金刚石复合片，其特征在于，相邻的两个第一凹槽与位于所述金刚石复合层端面最外侧的第二凹槽所形成的凸台结构形成切削刃。

3.根据权利要求1所述的具有凹槽结构的金刚石复合片，其特征在于，所述金刚石复合层上的第一凹槽和第二凹槽均为两条。

4.根据权利要求1-3任一项所述的具有凹槽结构的金刚石复合片，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽相交的锐角角度为大于等于60度；或者

所述第一凹槽和所述第二凹槽垂直相交。

5.根据权利要求1-3任一项所述的具有凹槽结构的金刚石复合片，其特征在于，所述金刚石复合层包括第一基面和第二基面；

所述第一基面复合在所述硬质合金基底上，且所述第二基面位于所述第一基面上方；

所述第一组凹槽结构和所述第二组凹槽结构均经过所述第二基面的上端面、外端面，延伸到所述第一基面的外端面。

6.根据权利要求1所述的具有凹槽结构的金刚石复合片，其特征在于，所述硬质合金基底为圆柱形、扇柱形或椭圆形。

7.根据权利要求1所述的具有凹槽结构的金刚石复合片，其特征在于，所述金刚石复合层边缘设置倒角，所述倒角为斜倒角或圆弧倒角。

8.根据权利要求1-3任一项所述的具有凹槽结构的金刚石复合片，其特征在于，所述硬质合金基底和所述金刚石复合层的结合面为非平面结构。

9.根据权利要求8所述的具有凹槽结构的金刚石复合片，其特征在于，所述硬质合金基底上开设有凸台结构，所述凸台结构深入到所述金刚石复合层中形成硬质合金骨架。

10.根据权利要求9所述的具有凹槽结构的金刚石复合片，其特征在于，所述凸台结构的横截面为矩形、圆形、三角形、水滴形和/或梯形。

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