CN216714313U - 一种用于复杂油气藏钻井的聚晶金刚石复合片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于复杂油气藏钻井的聚晶金刚石复合片，属于超硬材料技术领域，一种用于复杂油气藏钻井的聚晶金刚石复合片，包括硬质合金层和设置在硬质合金层顶部的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层的顶部设有弧面结构，①本实用新型中采用单弧面结构、双弧面结构、多弧面结构、平面弧面结构或者其组合结构可以根据岩层硬度及复杂性进行调整，克服了常规聚晶金刚石复合片在复杂油气藏钻井应用的崩裂、分层等问题；②本实用新型的聚晶金刚石复合片采用多种形状的组合，在保持极高的抗冲击性能的同时，兼具进尺效率，综合降低钻进成本。

Description

一种用于复杂油气藏钻井的聚晶金刚石复合片

技术领域

本实用新型涉及超硬材料技术领域，具体涉及一种用于复杂油气藏钻井的聚晶金刚石复合片。

背景技术

在硬质合金基体上烧结一层金刚石层形成的复合材料为聚晶金刚石复合片（简称为PDC）。PDC既具有金刚石的硬度及耐磨性，又具有硬质合金的强度、抗冲击韧性与良好的可焊接性，是一种卓越的切削工具材料，现已广泛应用于石油、煤炭、地质钻探、机械加工等诸多领域。

深井、超深井钻井技术是勘探和开发深部油气等资源必不可少的关键技术。随着深井、超深井数量的不断增多，深部地层和深部井段钻速慢的问题日益突出，PDC钻头其刮切破岩机理能有效解决钻速慢问题，但其对地层性质等钻井条件的变化十分敏感，如可钻性较差的硬地层，高研磨地层，塑性地层，软硬交错的互层，含砾等严重不均匀地层，大倾角的高陡地层，加上复杂的井深结构和钻井工艺，钻头在钻进过程中的复杂振动都会导致PDC齿发生脆性崩裂，分层从而加快钻头的失效。

因此针对常规复合片出现脆性崩裂，分层等问题，需要提供一种用于复杂油气藏钻井的聚晶金刚石复合片，以满足深井、超深井复杂油气藏钻井技术要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种用于复杂油气藏钻井的聚晶金刚石复合片，不仅解决了聚晶金刚石复合片崩裂、分层的问题，而且提高了进尺效率，降低了钻进成本。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于复杂油气藏钻井的聚晶金刚石复合片，包括硬质合金层和设置在硬质合金层顶部的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层的顶部设有弧面结构。

优选地，所述弧面结构包括弧形状的聚晶金刚石层的顶面，定义顶面为单弧形面。

优选地，所述单弧形面的半径为4-500mm。

优选地，所述聚晶金刚石层的顶面与聚晶金刚石层的圆周面之间倒角连接。

优选地，所述弧面结构包括设在聚晶金刚石层顶部的第二弧形面和连接在第二弧形面与聚晶金刚石层圆周面之间的第一弧形面。

优选地，所述第一弧形面、第二弧形面的半径范围均为4-500mm。

优选地，所述弧面结构包括平面状的聚晶金刚石层的顶面，定义顶面为平面，所述平面的半径为聚晶金刚石层半径的1/2，所述聚晶金刚石层的顶面与聚晶金刚石层的圆周面之间倒角连接。

优选地，所述硬质合金层与聚晶金刚石层通过添加有结合剂的金刚石粉末一次烧结而成，并形成结合界面。

优选地，所述硬质合金层与聚晶金刚石层的烧结温度为1000-3000℃，压强为3.0-20Gpa。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：①本实用新型中采用单弧面结构、双弧面结构、多弧面结构、平面弧面结构或者其组合结构可以根据岩层硬度及复杂性进行调整，克服了常规聚晶金刚石复合片在复杂油气藏钻井应用的崩裂、分层等问题；②本实用新型的聚晶金刚石复合片采用多种形状的组合，在保持极高的抗冲击性能的同时，兼具进尺效率，综合降低钻进成本。

附图说明

图1为本实用新型中实施例1的具体实施例的结构示意图；

图2为本实用新型中实施例2的具体实施例的结构示意图；

图3为本实用新型中实施例3的具体实施例的结构示意图。

图中：1、硬质合金层；2、聚晶金刚石层；3、第一弧形面；4、第二弧形面；5、结合界面；6、单圆弧面；7、平面。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图1-3，对本实用新型实施例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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

如图1所示：所述用于复杂油气藏钻井的聚晶金刚石复合片，包括硬质合金层1和设置在硬质合金层1顶部的聚晶金刚石层2，聚晶金刚石层2的顶部设有弧面结构。

本实施例中，弧面结构包括弧形状的聚晶金刚石层的顶面，定义顶面为单弧形面3。

本实施例中，单弧形面3的半径为60mm，在其它实施例中，单弧形面的半径还可以是70mm。

为方便加工，本实施例中，聚晶金刚石层2的顶面与聚晶金刚石层2的圆周面之间倒角连接，倒角的角度为90°，另外，倒角的角度可以根据岩层情况进行适当调整，其次，还可以将倒角替换为圆角过渡。

本实施例中，硬质合金层1与聚晶金刚石层2通过添加有结合剂的金刚石粉末一次烧结而成，并形成结合界面5，在其它实施例中，还可以采用砂轮机械加工、电火花、激光灯方式对硬质合金层与聚晶金刚石层进行加工。

本实施例中，硬质合金层1与聚晶金刚石层2的烧结温度为1000-3000℃，压强为3.0-20Gpa，硬质合金层1与聚晶金刚石层2的烧结温度为1600℃，压强为9 Gpa。

采用烧结的形式并使用添加有结合剂的金刚石粉末，以及按照上述的烧结温度和压强，对硬质合金层与聚晶金刚石层进行加工，实验室检测结果表明冲击性提升23%，总钻进进尺深度提升29%。

本实用新型的工作原理：本实用新型在使用时，根据实际岩层情况在聚晶金刚石层的顶部加工不同的弧面结构，不仅克服了常规聚晶金刚石复合片在复杂油气藏钻井应用的崩裂、分层等问题，而且在保持极高的抗冲击性能的同时，兼具进尺效率，综合降低钻进成本。

实施例2：

如2所示，实施例2与实施例1的不同之处在于：弧面结构包括设在聚晶金刚石层顶部的第二弧形面4和连接在第二弧形面4与聚晶金刚石层2圆周面之间的第一弧形面3，在本实施例中，第一弧形面的半径为90mm，第二弧形面的半径为30mm，实验室检测结果表明冲击性提升30%，总钻进进尺深度提升40%。

实施例3：

如图3所示，实施例3与实施例1的不同之处在于：弧面结构包括平面状的聚晶金刚石层的顶面，定义顶面为平面7，平面7的半径为聚晶金刚石层2半径的1/2，实验室检测结果表明其冲击性提升25%，总钻进进尺深度提升31%。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于复杂油气藏钻井的聚晶金刚石复合片，包括硬质合金层和设置在硬质合金层顶部的聚晶金刚石层，其特征在于：所述聚晶金刚石层的顶部设有弧面结构，所述弧面结构包括设在聚晶金刚石层顶部的第二弧形面和连接在第二弧形面与聚晶金刚石层圆周面之间的第一弧形面。

2.如权利要求1所述的用于复杂油气藏钻井的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述第一弧形面、第二弧形面的半径范围均为4-500mm。

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