CN211692325U

CN211692325U - 异型齿金刚石复合片和钻头

Info

Publication number: CN211692325U
Application number: CN202020208952.3U
Authority: CN
Inventors: 牛有全; 张全文; 张海波
Original assignee: Guangdong Juxin New Material Technology Co ltd
Current assignee: Guangdong Juxin New Material Technology Co ltd
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2030-02-25

Abstract

本实用新型提供一种异型齿金刚石复合片和钻头，钻头上设有该复合片，金刚石复合片包括金刚石层和合金基体，金刚石层上设置有绕金刚石层的中心轴线旋转对称的三个表面结构，两个相邻的表面结构的交汇处设置有一个切削刃，切削刃位于金刚石层的外边缘；表面结构包括第一斜面、第二斜面和第三斜面，第一斜面、第二斜面和第三斜面沿金刚石层的径向由金刚石层的中心至外周依次连接，第一斜面与金刚石层的基准平面之间的夹角小于第二斜面与该基准平面之间的夹角，基准平面垂直于金刚石层的中心轴线,第二斜面与基准平面之间的夹角小于第三斜面与基准平面之间的夹角，采用以上结构，三个斜面逐步进行切削，避免金刚石层一次过量切削，延长切削刃的寿命。

Description

异型齿金刚石复合片和钻头

技术领域

本实用新型涉及超硬复合材料技术领域，具体是涉及一种异型齿金刚石复合片和钻头。

背景技术

聚晶金刚石复合片(PDC)是由聚晶金刚石微粉与硬质合金基体在高温高压环境下烧结而成，其问世成为聚晶金刚石应用技术发展史上一个重要的里程碑。目前，PDC作为超耐磨切削元件广泛应用于石油、天然气钻探等领域。

随着勘探理念的创新发展，非常规油气勘探取得迅速发展，较深复杂地层使用的钻头设计及PDC的性能需要不断提升，尤其是在钻进极硬、塑性等难钻进地层，标准的平面齿金刚石复合片钻头因自锐性较差原因，导致钻头容易出现打滑而较难破岩入地层，而出现钻进慢甚至卡钻等问题。为提高钻头在极硬、塑性等难钻进地层的吃入能力及钻进效率，申请号为“201910473205.4”的中国发明专利公开一种石油钻探用非平面聚晶金刚石复合片，该专利中的金刚石复合片包括聚晶金刚石层、复合包裹于聚晶金刚石层底部的硬质合金基体及切削刃，切削刃的两侧聚晶金刚石层及硬质合金基体上分布有一体延伸的非平面结构，由于分别对聚晶金刚石层和硬质合金基体进行切削，形成一个突出的切削刃，从而降低PDC工作区域的磨削热，提高岩层吃入能力及机速。但是该种结构为突出切削刃，导致聚晶金刚石层和基体的切削量大，尤其是硬质合金基体过早的磨损，使得聚晶金刚层的结构不稳定，抗冲击性能较低，缩短PDC的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的第一目的是提供一种提高硬质岩层高抗冲击性的异型齿金刚石复合片。

本实用新型的第二目的是提供一种提高硬质岩层高抗冲击性的钻头。

为了实现上述的第一目的，本实用新型提供的异型齿金刚石复合片包括金刚石层和合金基体，金刚石层设置在合金基体上，金刚石层上设置有绕金刚石层的中心轴线旋转对称的三个表面结构，表面结构之间相互背离，沿金刚石层的周向，两个相邻的表面结构的交汇处设置有一个切削刃，切削刃位于金刚石层的外边缘；表面结构包括第一斜面、第二斜面和第三斜面，第一斜面、第二斜面和第三斜面沿金刚石层的径向由金刚石层的中心至金刚石层的外周依次连接，第一斜面与金刚石层的基准平面之间的夹角小于第二斜面与金刚石层的基准平面之间的夹角，基准平面垂直于金刚石层的中心轴线,第二斜面与基准平面之间的夹角小于第三斜面与基准平面之间的夹角。

有上述方案可见，在金刚石层上逐步切割出三个斜面，由三个斜面的倾斜角度不同，在两个表面结构之间能够突出切削刃，便于突出的切削刃的锋利度和抗冲击性能，从而进行对岩石的切削，保证岩层较好的吃入能力及较高的机速，同时三个斜面逐步进行切削，避免在金刚石层的一次过量切削，从而减少切削量，使得金刚石层的结构更稳定，提高金刚石复合片的抗冲击性能的同时，也延长了PDC的使用寿命。

进一步的方案是，第一斜面可为斜平面，第一斜面与基准平面的夹角为1°～35°。

进一步的方案是，第二斜面可为斜平面，第二斜面与基准平面的夹角为5°～45°。

进一步的方案是，第三斜面可为斜平面或斜弧面，第三斜面的倾斜角度为15°～89°。

可见，第一斜面的倾斜角度小于第二斜面的倾斜角度,而第二斜面的倾斜角度小于第三斜面的倾斜角度，逐步突出切削刃，减少金刚石层的切割量。

进一步的方案是，第二斜面的面积大于第一斜面的面积。

进一步的方案是，第二斜面的面积大于第三斜面的面积。

可见，第二斜面的面积分别大于第一斜面和第三斜面的面积,在减少切割量的同时，可突出位于金刚石层外边缘的切削刃。

进一步的方案是，切削刃分别与两个相邻的表面结构中的第二斜面、第三斜面连接。

可见，切削刃仅仅与第二斜面、第三斜面进行连接，避免切削刃的切削量过大。

进一步的方案是，切削刃上设置有倒角。

可见，切削刃上设置有倒角，使得切削刃更加突出其抗冲击性能，在保证金刚石层的结构稳定的同时，进一步提高钻进整体的切削能力。

进一步的方案是，金刚石层的外边缘处设置有外缘面，外缘面沿金刚石层的周向设置，外缘面与切削刃连接，外缘面与第三斜面连接。

为了实现上述的第二目的，本实用新型提供的钻头包括如上述的异型齿金刚石复合片。

附图说明

图1是本实用新型异型齿金刚石复合片实施例的立体图。

图2是本实用新型异型齿金刚石复合片实施例的俯视图。

图3是图2沿A-A线剖切得到的剖视图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

本实用新型的金刚石复合片和钻头应用于钻探设备，钻探设备可应用于石油开发、隧道开凿等领域。

参见图1和图2，异型齿金刚石复合片包括金刚石层1和合金基体2，金刚石层1和合金基体2分别呈圆柱形，金刚石层1沿合金基体2的轴向设置在合金基体2上，金刚石层1的半径与合金基体2的半径相同。在本实施例中，金刚石层1上设置有三个表面结构3，三个表面结构3均呈扇形，三个扇形的表面结构3绕金刚石层1的中心轴线X120℃旋转对称设置。表面结构3朝外设置，三个表面结构3之间相互背离设置。

沿金刚石层1的周向，两个相邻的表面结构3的交汇处设置有切削刃4，两个相邻的切削刃4之间的距离相等，便于安装有金刚石复合片的钻头的作业。切削刃4作为金刚石复合片与被切割体的接触部分，金刚石复合层通过对表面结构3进行切割，从而突出两个相邻的表面结构3之间的切削刃4，通过减少对表面结构3的切割量，保证金刚石复合片的结构稳定的同时，切削刃4具有良好的切削性能和排屑能力，延长金刚石复合片的使用寿命。在本实施例中，金刚石层1上设置有三个切削刃4，三个切削刃4沿金刚石层1的周向分别位于金刚石层1的外边缘。在本实施例中，金刚石层1的外边缘处还设置有三个外缘面10，外缘面10沿金刚石层1的周向设置，三个外缘面10和切削刃4、表面结构3的外边缘连接，一个外缘面10对于一个表面结构3，两个外缘面10之间连接有一个切削刃4。

表面结构3包括第一斜面31、第二斜面32和第三斜面33，第一斜面31、第二斜面32、第三斜面33和外缘面10沿金刚石层1的径向由金刚石层1的中心轴线X至金刚石层1的外周依次连接。

参见图3,在金刚石层上设置一个基准平面L,该基准平面L与金刚石层的中心轴线X垂直，在本实施例中，基准平面L与合金基体2的底面21平行。在本实施例中，第一斜面31为斜平面，第一斜面31和基准平面L之间的夹角为1°～35°,在本实施例中,第一斜面31和基准平面L之间的夹角为1°～5°。

第二斜面32也可为斜平面，第一斜面31和基准平面L之间的夹角小于第二斜面32与基准平面L之间的夹角，第二斜面32与基准平面L之间的夹角为5°～45°,在本实施例中,第二斜面32和基准平面L之间的夹角为15°～20°。

第二斜面32与基准平面L之间的夹角小于第三斜面33与基准平面L之间的夹角，第三斜面33与基准平面L的夹角为15°～45°,在本实施例中,第二斜面33和基准平面L之间的夹角16°～20°。在扇形的表面结构3中，第二斜面32的面积大于第一斜面31的面积，第二斜面的面积也大于第三斜面的面积，在减少切割量的同时，可突出位于金刚石层外边缘的切削刃。在本实施例中，切削刃4分别与两个相邻的表面结构中的第二斜面32、第三斜面33连接，在完成第二斜面32和第三斜面33的切割后，由于第三斜面33与基准平面L的夹角大于第二斜面32与基准平面L的角度，并且第二斜面32的面积大于第三斜面33的面积，从而在第二斜面32和第三斜面33的交汇处的外边缘形成有一个突出，对该突出进行切割，从而在两个表面结构3上的被切割后的突出连接形成一个切削刃4，切削刃4位于金刚石层1的外边缘，使得切削刃4同时与两个相邻的表面的第二斜面32和第三斜面33连接。

第三斜面33可为斜平面或斜弧面，第三斜面33的倾斜角度为15°～89°；由于第三斜面33设置在表面结构3的最外层，呈弧形的第三斜面33更够更好地排走被切除的岩石。在本实施例中，外缘面10与基准平面L之间的夹角大于第三斜面33与基准平面L之间的夹角。

在本实施例中，切削刃4设有倒角，倒角可为直倒角和圆倒角。倒角后的切削刃4更加突出了其优异的抗冲击性能，在保证金刚石层1的结构稳定的同时，进一步提高了钻头的切削性能和延长切削寿命。

通过逐步对第一斜面31、第二斜面32、第三斜面33和外缘面10进行切割，同时表面结构3中最外层的第三斜面33与基准平面L的夹角大于第二斜面32与基准平面L的夹角，从而在金刚石层1的外边缘形成有切削刃4的同时，逐步切割可避免金刚石层1的一次过量切割，减少对金刚石层1的切割量，使得金刚石层1的结构更稳定，提高金刚石复合片的抗冲击性能，从而延长PDC的使用寿命。

本实用新型的钻头包括如上述的异型齿金刚石复合片，钻头可安装在钻探设备上。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.异型齿金刚石复合片，包括金刚石层和合金基体，所述金刚石层设置在所述合金基体上，其特征在于：

所述金刚石层上设置有绕所述金刚石层的中心轴线旋转对称的三个表面结构，所述表面结构之间相互背离，沿所述金刚石层的周向，两个相邻的所述表面结构的交汇处设置有一个切削刃，所述切削刃位于所述金刚石层的外边缘；

所述表面结构包括第一斜面、第二斜面和第三斜面，所述第一斜面、所述第二斜面和所述第三斜面沿所述金刚石层的径向由所述金刚石层的中心至所述金刚石层的外周依次连接；

所述第一斜面与所述金刚石层的基准平面之间的夹角小于所述第二斜面与所述金刚石层的基准平面之间的夹角，所述基准平面垂直于所述金刚石层的中心轴线,所述第二斜面与所述基准平面之间的夹角小于所述第三斜面与所述基准平面之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

所述第一斜面可为斜平面，所述第一斜面与所述基准平面的夹角为1°～35°。

3.根据权利要求1所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

所述第二斜面可为斜平面，所述第二斜面与所述基准平面的夹角为5°～45°。

4.根据权利要求1所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于:

所述第三斜面可为斜平面或斜弧面，所述第三斜面和所述基准平面之间的角度为15°～89°。

5.根据权利要求1所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

所述第二斜面的面积大于所述第一斜面的面积。

6.根据权利要求5所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

所述第二斜面的面积大于所述第三斜面的面积。

7.根据权利要求1至6任一项所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

所述切削刃分别与两个相邻的所述表面结构中的所述第二斜面、所述第三斜面连接。

8.根据权利要求7所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

所述切削刃上设置有倒角。

9.根据权利要求7所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

所述金刚石层的外边缘处设置有外缘面，所述外缘面沿所述金刚石层的周向设置，所述外缘面与所述切削刃连接，所述外缘面与所述第三斜面连接。

10.钻头，其特征在于：包括如权利要求1至9任一项所述的异型齿金刚石复合片。