CN213478230U - 金刚石复合片及钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种金刚石复合片及钻头。具体的，复合片包括：硬质合金基体及金刚石层；所述金刚石层的端面上成型有一个或两个以上切削部，每个切削部包括在金刚石层上间隔布置的两个以上切削刃，每个切削刃由从金刚石层的端面上凸起的脊形成；构成相邻的两个切削刃的两个脊之间具有沟槽，所述沟槽的宽度在由金刚石层的边缘向中部的方向上逐渐增大。本实用新型的金刚石复合片其金刚石层的端面上成型的切削部包括两个以上切削刃，破岩效果较高，而且相邻的两个切削刃之间的沟槽的宽度在由金刚石层的边缘向中部的方向上逐渐增大，这样就避免了在切削过程中岩屑沿沟槽排出的过程中堵塞在沟槽内导致排屑不畅，影响复合片切削的问题。

Description

金刚石复合片及钻头

技术领域

本实用新型涉及金刚石钻头领域，尤其涉及一种金刚石复合片及钻头。

背景技术

PDC钻头依靠安装在钻头体上的聚晶金刚石复合片切削地层，复合片主要由硬质合金基体及设于硬质合金基体上的聚晶金刚石层组成，使用时在钻压和扭矩作用下克服地层应力吃入地层，地下岩层在复合片的作用下被剪切破碎，从而实现钻头的钻进。

在实际产业应用中，随着对页岩油气的开发，钻采条件愈发苛刻，传统的平面结构复合片耐磨性差、破岩能力差、使用寿命短、钻进效率低等缺点逐渐显现，针对此问题，国内外相继对石油钻探用复合片开展了多方位的研发。其中，非平面齿复合片的开发应用取得了较好的效果，因此也越来越受到领域内人士的关注，具有较为广阔的市场。

例如申请公布号为CN108661564A、申请名称为一种多棱斧形齿面金刚石复合片及其制造方法公开的金刚石复合片，其聚晶金刚石层的上表面在靠近中部位置成型有两条平行的凸棱，两条凸棱的端部分别形成具有两个切削刃的两个切削部，两条凸棱的中部沟槽构成用于在切削时供岩屑排出的排屑槽。这种金刚石复合片在使用时，由于沟槽在其长度方向上的宽度一直不变，很容易在沟槽的中部位置出现堵屑的现象，导致排屑不畅的问题，影响金刚石复合片的使用效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种金刚石复合片，用以解决现有技术中的金刚石复合片排屑不畅的问题。

同时，本实用新型的目的还在于提供一种使用本文描述的金刚石复合片的钻头，用以解决现有的钻头在使用时排屑不畅的问题。

本实用新型的金刚石复合片包括：

硬质合金基体及处于硬质合金基体上的金刚石层；

所述金刚石层的端面上成型有一个或两个以上切削部，每个切削部包括在金刚石层上间隔布置的两个以上切削刃，每个切削刃由从金刚石层的端面上凸起的脊形成；

构成相邻的两个切削刃的两个脊之间具有沟槽，所述沟槽的宽度在由金刚石层的边缘向中部的方向上逐渐增大，以便排屑。

本实用新型的金刚石复合片其金刚石层的端面上成型的切削部包括两个以上切削刃，破岩效果较高，而且相邻的两个切削刃之间的沟槽的宽度在由金刚石层的边缘向中部的方向上逐渐增大，这样就避免了在切削过程中岩屑沿沟槽排出的过程中堵塞在沟槽内导致排屑不畅，影响复合片切削的问题。

进一步的，每个切削部有两个切削刃。这样能够在降低复合片复杂程度、降低制造成本的同时，保证破岩效果，使复合片的成本和使用效果达到较优的匹配程度。

作为一种优化的方案，金刚石层的端面上成型有两条平行的脊，两条脊在一端构成所述切削部，沟槽沿脊延伸，且从脊的一端至另一端宽度之间增大。这样沟槽的另一端具有更大的槽内空间，为岩屑的排出提供更加便利的条件，而且复合片的结构较为简单，制造成本低。

或者，作为另一种优化的方案，金刚石层的端面上成型有三条脊，三条脊的布置方式对应正三角形的三条边，三条脊中相邻的两条脊的相邻端构成所述切削部，所述沟槽有三条，三条沟槽处于三条脊围成的三角形区域内且在内端交汇连通而整体呈三角星形。

此外，所述沟槽的至少一个槽壁为弧线形。这样能够使岩屑的排出更加流畅。

本实用新型的钻头包括：

钻头基体以及安装在钻头基体上的多个金刚石复合片；

金刚石复合片包括硬质合金基体及处于硬质合金基体上的金刚石层；

所述金刚石层的端面上成型有一个或两个以上切削部，每个切削部包括在金刚石层上间隔布置的两个以上切削刃，每个切削刃由从金刚石层的端面上凸起的脊形成；

构成相邻的两个切削刃的两个脊之间具有沟槽，所述沟槽的宽度在由金刚石层的边缘向中部的方向上逐渐增大，以便排屑。

本实用新型的钻头在使用时，复合片的金刚石层端面上成型的切削部包括两个以上切削刃，破岩效果较高，而且相邻的两个切削刃之间的沟槽的宽度在由金刚石层的边缘向中部的方向上逐渐增大，这样就避免了在切削过程中岩屑沿沟槽排出的过程中堵塞在沟槽内导致排屑不畅造成泥包，优化了钻头的使用效果。

进一步的，每个切削部有两个切削刃。这样能够在降低复合片复杂程度、降低制造成本的同时，保证破岩效果，使复合片的成本和使用效果达到较优的匹配程度。

作为一种优化的方案，金刚石层的端面上成型有两条平行的脊，两条脊在一端构成所述切削部，沟槽沿脊延伸，且从脊的一端至另一端宽度之间增大。这样沟槽的另一端具有更大的槽内空间，为岩屑的排出提供更加便利的条件，而且复合片的结构较为简单，制造成本低。

或者，作为另一种优化的方案，金刚石层的端面上成型有三条脊，三条脊的布置方式对应正三角形的三条边，三条脊中相邻的两条脊的相邻端构成所述切削部，所述沟槽有三条，三条沟槽处于三条脊围成的三角形区域内且在内端交汇连通而整体呈三角星形。

此外，所述沟槽的至少一个槽壁为弧线形。这样能够使岩屑的排出更加流畅。

附图说明

图1为本实用新型的一种金刚石复合片的实施例一的立体图；

图2为图1所示的金刚石复合片的俯视图；

图3为本实用新型的一种金刚石复合片的实施例二的立体图；

图4为图3所示的金刚石复合片的俯视图。

图1中：1-硬质合金基体；2-金刚石层；20-切削部；21-脊；22-沟槽。

图2中：20-切削部；21-脊；22-沟槽。

图3中：1-硬质合金基体；2-金刚石层；20-切削部；21-脊；22-沟槽。

图4中：20-切削部；21-脊；22-沟槽。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即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。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

本实用新型的金刚石复合片的具体实施例一：

如图1-2所示，金刚石复合片包括圆柱形的硬质合金基体1以及处于硬质合金基体1一端端面上的金刚石层2，金刚石层2的端面上成型有一个切削部20，该切削部20包括两个在金刚石层2上间隔布置的切削刃。在钻头钻进过程中，金刚石复合片的切削部的两个切削刃同时工作，进行切削破岩。

切削部20的两个切削刃主要是由金刚石层2的端面上凸起的两条脊21形成，具体的，脊21的靠近金刚石层2外围的一段作为切削刃主要起到破岩切削的作用。每一条脊都是由两个斜面相交形成，两条脊21相互平行且之间具有沟槽22，沟槽22沿脊21延伸。复合片破岩切削过程中产生的岩屑从脊的两侧滑过，滑入两条脊之间岩屑通过沟槽22排出。一般情况下，复合片的切削速度往往大于岩屑的排出速度，为了避免沿沟槽流动的岩屑堵塞在沟槽内，保证岩屑排出的流畅性，沟槽22的宽度在由切削部所在的金刚石层边缘向另一端的方向上逐渐增大。

从图1和图2中还可以明显看出，沟槽22的两相对槽壁均为弧线形，这样不仅岩屑在沿槽壁流动时更加顺滑，而且沟槽宽度增大的程度在沟槽的延伸方向上逐渐增大，更不易发生堵塞现象。

本实用新型的金刚石复合片的具体实施例二：

如图3-4所示，金刚石复合片包括圆柱形的硬质合金基体1以及处于硬质合金基体1一端端面上的金刚石层2，金刚石层2的端面上成型有三个切削部20，切削部20包括两个在金刚石层2上间隔布置的切削刃。在钻头钻进过程中，金刚石复合片的切削部的两个切削刃同时工作，进行切削破岩。

具体的，金刚石层2的上端面上成型有三条脊21，三条脊21的布置方式对应正三角形的三条边，且该三条脊所在正三角形的中心与金刚石层的外周面同心，三条脊中相邻的两条脊的相邻端构成所述的切削部20。每一条脊都是由两个斜面相交形成，相邻的两条脊21之间中部位置具有沟槽22，沟槽22沿两条脊的对称中心线延伸。沟槽22共有三条，三条沟槽22处于三条脊围成的三角形区域内且在内端即三条脊构成的正三角形的中心位置交汇连通而整体呈三角星形。

复合片破岩切削过程中产生的岩屑从脊的两侧滑过，滑入两条脊之间岩屑通过沟槽22排出。一般情况下，复合片的切削速度往往大于岩屑的排出速度，为了避免沿沟槽流动的岩屑堵塞在沟槽内，保证岩屑排出的流畅性，沟槽22的宽度在由切削部所在的金刚石层边缘向另一端的方向上逐渐增大，即沟槽在交汇位置处宽度最大。

从图3和图4中还可以明显看出，沟槽22的两相对槽壁均为弧线形，这样不仅岩屑在沿槽壁流动时更加顺滑，而且沟槽宽度增大的程度在沟槽的延伸方向上逐渐增大，更不易发生堵塞现象。

本实用新型的金刚石复合片的具体实施例三：

与上述介绍的金刚石复合片的具体实施例一相类似，金刚石复合片包括圆柱形的硬质合金基体以及处于硬质合金基体一端端面上的金刚石层，金刚石层的端面上成型有两个切削部，切削部包括两个在金刚石层上间隔布置的切削刃。在钻头钻进过程中，金刚石复合片的切削部的两个切削刃同时工作，进行切削破岩。

切削部的两个切削刃主要是由金刚石层的端面上凸起的两条脊形成，具体的，脊的靠近金刚石层外围的一段作为切削刃主要起到破岩切削的作用。每一条脊都是由两个斜面相交形成，两条脊相互平行且之间具有沟槽，沟槽沿脊延伸。复合片破岩切削过程中产生的岩屑从脊的两侧滑过，滑入两条脊之间岩屑通过沟槽排出。一般情况下，复合片的切削速度往往大于岩屑的排出速度，为了避免沿沟槽流动的岩屑堵塞在沟槽内，保证岩屑排出的流畅性，沟槽的宽度在由切削部所在的金刚石层边缘向金刚石层的中部的方向上逐渐增大。具体的，沟槽的两相对槽壁均为折线形，且两条槽壁在中部位置处距离最大，两条槽壁在端部位置处距离最小，从而形成的沟槽中间宽度最大，两端宽度最小。

当然，本实用新型的金刚石复合片并不仅限于上述介绍的三种实施例，例如在其他实施例中，金刚石层的上端面成型有三条脊，且三条脊相互平行，三条脊的同侧端部共同形成一个切削部，从而在金刚石层上形成两个切削部。相邻的两条脊之间具有沟槽，沟槽的宽度在由金刚石层的边缘向中部的方向上逐渐增大。即可以为如金刚石复合片的具体实施例一中所介绍的，沟槽的宽度在由切削部所在的金刚石层边缘向另一端的方向上逐渐增大，也可以如金刚石复合片的具体实施例三中所介绍的，沟槽的两相对槽壁均为折线形，且两条槽壁在中部位置处距离最大，两条槽壁在端部位置处距离最小，从而形成的沟槽中间宽度最大，两端宽度最小。

本实用新型的钻头的具体实施例，包括钻头基体，钻头基体上设有多个安装槽，安装槽中安装有金刚石复合片，其中金刚石复合片的具体结构可以与上文介绍的各种金刚石复合片的实施例的结构相同，本文不再详细描述。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种金刚石复合片，包括：

硬质合金基体（1）及处于硬质合金基体（1）上的金刚石层（2）；

所述金刚石层（2）的端面上成型有一个或两个以上切削部（20），每个切削部（20）包括在金刚石层（2）上间隔布置的两个以上切削刃，每个切削刃由从金刚石层（2）的端面上凸起的脊（21）形成；

其特征是，

构成相邻的两个切削刃的两个脊（21）之间具有沟槽（22），所述沟槽（22）的宽度在由金刚石层（2）的边缘向中部的方向上逐渐增大，以便排屑。

2.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征是，每个切削部（20）有两个切削刃。

3.根据权利要求2所述的金刚石复合片，其特征是，金刚石层（2）的端面上成型有两条平行的脊（21），两条脊（21）在一端构成所述切削部（20），沟槽（22）沿脊（21）延伸，且从脊（21）的一端至另一端宽度之间增大。

4.根据权利要求2所述的金刚石复合片，其特征是，金刚石层（2）的端面上成型有三条脊（21），三条脊（21）的布置方式对应正三角形的三条边，三条脊（21）中相邻的两条脊（21）的相邻端构成所述切削部（20），所述沟槽（22）有三条，三条沟槽（22）处于三条脊（21）围成的三角形区域内且在内端交汇连通而整体呈三角星形。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的金刚石复合片，其特征是，所述沟槽（22）的至少一个槽壁为弧线形。

6.一种钻头，包括：

钻头基体以及安装在钻头基体上的多个金刚石复合片；

金刚石复合片硬质合金基体（1）及处于硬质合金基体（1）上的金刚石层（2）；

所述金刚石层（2）的端面上成型有一个或两个以上切削部（20），每个切削部（20）包括在金刚石层（2）上间隔布置的两个以上切削刃，每个切削刃由从金刚石层（2）的端面上凸起的脊（21）形成；

其特征是，

构成相邻的两个切削刃的两个脊（21）之间具有沟槽（22），所述沟槽（22）的宽度在由金刚石层（2）的边缘向中部的方向上逐渐增大，以便排屑。

7.根据权利要求6所述的钻头，其特征是，每个切削部（20）有两个切削刃。

8.根据权利要求7所述的钻头，其特征是，金刚石层（2）的端面上成型有两条平行的脊（21），两条脊（21）在一端构成所述切削部（20），沟槽（22）沿脊（21）延伸，且从脊（21）的一端至另一端宽度之间增大。

9.根据权利要求7所述的钻头，其特征是，金刚石层（2）的端面上成型有三条脊（21），三条脊（21）的布置方式对应正三角形的三条边，三条脊（21）中相邻的两条脊（21）的相邻端构成所述切削部（20），所述沟槽（22）有三条，三条沟槽（22）处于三条脊（21）围成的三角形区域内且在内端交汇连通而整体呈三角星形。

10.根据权利要求6-9任意一项所述的钻头，其特征是，所述沟槽（22）的至少一个槽壁为弧线形。

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