CN211874402U - 自锐式聚晶金刚石复合片 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种自锐式聚晶金刚石复合片，应用于PDC钻头，包括硬质合金基底以及在所述硬质合金基底上高温高压烧结而成的多晶金刚石层，所述多晶金刚石层的外圆周面上开设有一组凹槽，以形成一组锯齿状的切削刃；所述凹槽内还填充有填充体，所述填充体与所述硬质合金基体一体成型。本实用新型的有益效果主要体现在：结构精巧，在硬地层钻进时，切削刃和填充体将会发生磨损，而填充体的耐磨性弱于切削刃的耐磨性，所以填充体的磨损速度将远远大于切削刃的磨损速度，使得填充体逐渐消失，凹槽逐渐成型，随着凹槽的成型，使得切削刃更加锋利，钻进的比压高，有利于增强PDC钻头吃入地层的能力，保证在硬地层中的钻速。

Description

自锐式聚晶金刚石复合片

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻探工程，具体而言，尤其涉及一种自锐式聚晶金刚石复合片。

背景技术

钻头是钻井过程中直接与岩石接触并通过切削、冲击等作用破碎岩石的工具。PDC(PolycrystallineDiamondCompact聚晶金刚石复合片)钻头作为现有钻头技术中的一个重要种类，在石油钻井、地质乃至建筑工程中的应用越来越广泛。PDC钻头通过PDC齿切削岩石进行破岩，在软至中硬地层中，能够获得理想的钻速，在油气钻井中到了广泛的应用。

随着浅层油气资源的开发殆尽，油气勘探开发的重点逐渐转向深层、深海。通常情况下，深部地层的岩石材料较硬、研磨性强，可钻性差。PDC钻头，在这些地层中钻进，往往不能获得较高的机械钻速，其中，最重要的一个原因就是受限于切削齿的吃入能力。特别是，随着地层深度的增加，硬-塑性地层越来越多，切削齿不能有效吃入地层，钻进效率低，且易发生振动，进而造成切削齿的快速失效。

特别的，制约PDC钻头在硬地层高效钻进的原因是钻头发生磨损后，切削齿与岩石的接触面积增加，切削齿的钻进比压急剧下降，钻进效率很低，甚至会因此造成起钻，增加钻井成本，延长钻井周期。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种自锐式聚晶金刚石复合片。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种自锐式聚晶金刚石复合片，应用于PDC钻头，包括硬质合金基底以及在所述硬质合金基底上高温高压烧结而成的多晶金刚石层，所述多晶金刚石层的外圆周面上开设有一组凹槽，以形成一组锯齿状的切削刃，且所述切削刃的固定端到所述切削刃的自由端逐渐变窄；所述凹槽内还填充有填充体，所述填充体的耐磨性弱于所述多晶金刚石层的耐磨性，且所述填充体与所述硬质合金基底一体成型。

优选的，所述凹槽呈三角锥形。

优选的，所述多晶金刚石层的外圆周面上开设有36个所述凹槽。

优选的，所述填充体和硬质合金基底均为碳化钨制作而成的结构体。

本实用新型的有益效果主要体现在：结构精巧，切削刃和填充体能够一起参与切削地层。在硬地层钻进时，切削刃和填充体将会发生磨损，而填充体的耐磨性弱于切削刃的耐磨性，所以填充体的磨损速度将远远大于切削刃的磨损速度，使得填充体逐渐消失，凹槽逐渐成型，随着凹槽的成型，将露出比较窄的切削刃，从而使得切削刃更加锋利，更具有侵略性的切削，钻进的比压高，有利于增强PDC钻头吃入地层的能力，保证在硬地层中的钻速。另外，该复合片加工简单，无需复杂工作，极大降低成本，具有较广的适用性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：

图1：本实用新型的立体图；

图2：本实用新型的立体图，此时，去除多晶金刚石层。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限于本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

不限于本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1至图2所示，本实用新型揭示了一种自锐式聚晶金刚石复合片，应用于PDC钻头，包括硬质合金基底1以及在所述硬质合金基底1上高温高压烧结而成的多晶金刚石层2，所述多晶金刚石层2的外圆周面上开设有一组凹槽21，优选的，所述多晶金刚石层2的外圆周面上开设有36个所述凹槽21，当然，可以开设其他数量的凹槽21，可根据实际需求做相应的调整，均属于本实用新型的保护范畴，不做过多的赘述。

上述中，在所述多晶金刚石层2外圆周面上开设有一组横截面呈三角形状的凹槽21，可使得所述多晶金刚石层2的外圆周面上形成一组锯齿状的切削刃22，所述切削刃22的固定端221到所述切削刃22的自由端222逐渐变窄，该设计可使得露出比较窄的切削刃，从而使得切削刃更加锋利，更具有侵略性的切削，钻进的比压高，有利于增强PDC钻头吃入地层的能力，保证在硬地层中的钻速。

本实用新型的另一设计要点在于：所述述凹槽21内还填充有填充体23，所述填充体23的耐磨性弱于所述多晶金刚石层2的耐磨性，且所述填充体23与所述硬质合金基底1一体成型。所述切削刃和填充体能够一起参与切削地层。在硬地层钻进时，切削刃和填充体将会发生磨损，而填充体的耐磨性弱于切削刃的耐磨性，所以填充体的磨损速度将远远大于切削刃的磨损速度，使得填充体逐渐消失，凹槽逐渐成型，随着凹槽的成型，将露出比较窄的切削刃，从而使得切削刃更加锋利，更具有侵略性的切削，钻进的比压高，有利于增强PDC钻头吃入地层的能力，保证在硬地层中的钻速。优选的，所述填充体23和硬质合金基底1均为碳化钨制作而成的结构体，使得填充体在较软地层中具备切削地层的能力。

本实用新型中，将硬质合金基底1和填充体23一体成型，待成型完成后，在硬质合金基底1和填充体23上高温高压烧结制得多晶金刚石层2，即可制得本复合片，该加工过程简单，无需复杂工作，极大降低成本，具有较广的适用性。与中国专利号CN110242221A所揭示的一种宽适用范围的PDC钻头相比，加工过程简单便捷，而且切削刃更加窄，使得切削刃更加锋利，更具有侵略性的切削。而加工中国专利号CN110242221A所揭示的一种宽适用范围的PDC钻头加工工艺比较复杂，行业内通常是利用特殊激光切割器或电火花切割器（EDM）制造或形成一个锋利切削刃，该操作是费时且比较昂贵的。另一种方法是通过直接产品压制而形成锋利尖锐的切削刃，这种方法通常需要特殊的昂贵的材质，例如一定形状的杯子和一定形状的盐杯和其他特殊形状的组成零件，如难熔金属杯型容器，来制造PDC锯齿，工艺复杂，加工昂贵。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.自锐式聚晶金刚石复合片，应用于PDC钻头，其特征在于：包括硬质合金基底（1）以及在所述硬质合金基底（1）上高温高压烧结而成的多晶金刚石层（2），所述多晶金刚石层（2）的外圆周面上开设有一组凹槽（21），以形成一组锯齿状的切削刃（22），且所述切削刃（22）的固定端（221）到所述切削刃（22）的自由端（222）逐渐变窄；所述凹槽（21）内还填充有填充体（23），所述填充体（23）的耐磨性弱于所述多晶金刚石层（2）的耐磨性，且所述填充体（23）与所述硬质合金基底（1）一体成型。

2.根据权利要求1所述的自锐式聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述凹槽（21）呈三角锥形。

3.根据权利要求1所述的自锐式聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述多晶金刚石层（2）的外圆周面上开设有36个所述凹槽（21）。

4.根据权利要求1所述的自锐式聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述填充体（23）和硬质合金基底（1）均为碳化钨制作而成的结构体。

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