CN217439960U - 一种脊型聚晶金刚石复合片及钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及土层或岩石的钻进技术领域，尤其涉及一种脊型聚晶金刚石复合片及钻具。这种复合片的聚晶金刚石层的背向硬质合金基体的端面为工作面，工作面上具有关于直径对称设置的两主切削面，两主切削面在所述直径位置相接并形成凸脊，凸脊的脊顶构成主切削刃，所述工作面上还在凸脊的至少一侧设有阶梯结构，阶梯结构从工作面的边缘朝向主切削刃逐阶延伸至主切削面，阶梯结构的每一阶均弦向延伸，每一阶的台阶面构成副切削面，每一阶的棱边构成副切削刃，相邻台阶面之间所形成的长槽结构构成排屑槽。本实用新型的复合片通过阶梯结构的设置，切削能力强、钻进效率高，使用寿命较长。

Description

一种脊型聚晶金刚石复合片及钻具

技术领域

本实用新型涉及土层或岩石的钻进技术领域，尤其涉及一种脊型聚晶金刚石复合片及钻具。

背景技术

聚晶金刚石复合片是由硬质合金基体与聚晶金刚石微粉在高温高压条件下烧结而成，具有超强的硬度和耐磨性，从而使其具有优越的破岩性能，作为高效切削材料广泛地应用于石油勘探与开发、地质勘探和机械加工等领域。

但随着钻采环境的愈发苛刻，传统圆形平面结构的聚晶金刚石复合片已无法满足实际需求，逐渐显现耐磨性差、破岩能力差、使用寿命短、钻进效率低等缺点。目前已经有各种异型的金刚石复合片来克服圆形平面金刚石复合片的不足，其中以脊型金刚石复合片的性能较突出而得到广泛的应用。

如授权公告号为CN212508094U的中国实用新型专利所公开的金刚石复合片，其工作面互成一定的角度形成屋脊形状，更容易吃入地层，破岩时屋脊产生犁削作用，相比传统圆形平面的金刚石复合片破岩效率更高。而申请公布号为CN111364919A的中国发明专利申请所公开的金刚石复合片，其使脊型金刚石复合片的脊线两侧的主切削面为弧面，这种结构设计，在提高破岩效率的同时，还使得金刚石复合片的抗冲击性能有所提高。但是以上介绍的这些复合片，在使用于难打地层、复杂地层、硬地层、夹层等钻采环境较为恶劣的情况时，仍会表现出钻进效率低、耐温能力差等不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种脊型聚晶金刚石复合片，用于解决现有的脊型聚晶金刚石复合片的钻进效率低、耐温能力差的问题。同时，本实用新型的目的还在于提供一种使用该脊型聚晶金刚石复合片的钻具。

本实用新型的脊型聚晶金刚石复合片采用如下技术方案：

一种脊型聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体和聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层的背向硬质合金基体的端面为工作面，工作面上具有关于直径对称设置的两主切削面，两主切削面在所述直径位置相接并形成凸脊，凸脊的脊顶构成主切削刃，所述工作面上还在凸脊的至少一侧设有阶梯结构，阶梯结构从工作面的边缘朝向主切削刃逐阶延伸至主切削面，阶梯结构的每一阶均弦向延伸，每一阶的台阶面构成副切削面，每一阶的棱边构成副切削刃，相邻台阶面之间所形成的长槽结构构成排屑槽。

本实用新型的聚晶金刚石复合片在工作面上除了主切削面和主切削刃的设置，还通过阶梯结构形成了副切削刃和副切削面，在使用时，副切削面和副切削刃同样能够起到破岩切削的作用，提高了钻进效率，而且阶梯结构所形成的长槽能够在复合片切削过程中，引导岩屑流动，起到排屑槽的作用，便于排屑，这样也能够提高钻进效率，此外，通过阶梯结构的设置，增大了工作面与岩层接触的面积，进而增大了散热面积，提高了复合片的耐温性能，保证了复合片的切削能力和使用寿命。

进一步的，所述工作面上在凸脊的两侧均设有所述阶梯结构。这样能够在工作面上形成更多的副切削面和副切削刃，提高钻进效率，同时也能够在一定程度上保持复合片的主切削刃两侧受力均匀。

进一步的，处于凸脊两侧的阶梯结构关于凸脊对称设置。这样能够使复合片在主切削刃两侧的破岩能力保持一致，进而保证两侧受力一致，优化了复合片在钻头胎体上的受力。

进一步的，所述阶梯结构的每一阶的延伸方向均与主切削刃的延伸方向平行。这样的结构便于加工，使主副切削刃在切削过程中受力方向尽可能保持一致，优化复合片的承力效果。

进一步的，所述阶梯结构至少包括两阶。这样能够在工作面上形成更多的副切削面和副切削刃，提高钻进效率。

进一步的，所述主切削面为上凸弧面或下凹弧面或上凸球面或下凹球面。采用这种结构形式的主切削面，复合片的抗冲击能力较好，而且相较主切削面采用平面结构，增大了主切削面的面积，提升了散热性能。

进一步的，所述主切削刃的截面轮廓形状为弧形或角形。这样能够在提高主切削刃的锋利程度的同时，保证主切削刃的结构强度。

进一步的，所述主切削刃在其长度方向上呈弧形或锥形或锯齿形或波浪形。这种结构的主切削刃较为锋利，破岩效果较好。

进一步的，所述主切削刃在其长度方向上呈上凸的弧形，且弧形的最高点处于中间位置；或者，所述主切削刃在其长度方向上为角形，且角形的顶点处于中间位置。这种结构形式的主切削刃在具有一定锋利度的情况下结构强度较高，使用寿命较长。

本实用新型的钻具采用如下技术方案：

一种钻具，包括钻头胎体以及镶嵌在钻头胎体上的聚晶金刚石复合片，聚晶金刚石复合片为脊型聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体和聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层的背向硬质合金基体的端面为工作面，工作面上具有关于直径对称设置的两主切削面，两主切削面在所述直径位置相接并形成凸脊，凸脊的脊顶构成主切削刃，所述工作面上还在凸脊的至少一侧设有阶梯结构，阶梯结构从工作面的边缘朝向主切削刃逐阶延伸至主切削面，阶梯结构的每一阶均弦向延伸，每一阶的台阶面构成副切削面，每一阶的棱边构成副切削刃，相邻台阶面之间所形成的长槽结构构成排屑槽。

本实用新型的钻具上的聚晶金刚石复合片，在工作面上除了主切削面和主切削刃的设置，还通过阶梯结构形成了副切削刃和副切削面，在使用时，副切削面和副切削刃同样能够起到破岩切削的作用，提高了钻进效率，而且阶梯结构所形成的长槽能够在复合片切削过程中，引导岩屑流动，起到排屑槽的作用，便于排屑，这样也能够提高钻进效率，此外，通过阶梯结构的设置，增大了工作面与岩层接触的面积，进而增大了散热面积，提高了复合片的耐温性能，保证了复合片的切削能力和使用寿命。

进一步的，所述工作面上在凸脊的两侧均设有所述阶梯结构。这样能够在工作面上形成更多的副切削面和副切削刃，提高钻进效率，同时也能够在一定程度上保持复合片的主切削刃两侧受力均匀。

进一步的，处于凸脊两侧的阶梯结构关于凸脊对称设置。这样能够使复合片在主切削刃两侧的破岩能力保持一致，进而保证两侧受力一致，优化了复合片在钻头胎体上的受力。

进一步的，所述阶梯结构的每一阶的延伸方向均与主切削刃的延伸方向平行。这样的结构便于加工，使主副切削刃在切削过程中受力方向尽可能保持一致，优化复合片的承力效果。

进一步的，所述阶梯结构至少包括两阶。这样能够在工作面上形成更多的副切削面和副切削刃，提高钻进效率。

进一步的，所述主切削面为上凸弧面或下凹弧面或上凸球面或下凹球面。采用这种结构形式的主切削面，复合片的抗冲击能力较好，而且相较主切削面采用平面结构，增大了主切削面的面积，提升了散热性能。

进一步的，所述主切削刃的截面轮廓形状为弧形或角形。这样能够在提高主切削刃的锋利程度的同时，保证主切削刃的结构强度。

进一步的，所述主切削刃在其长度方向上呈弧形或锥形或锯齿形或波浪形。这种结构的主切削刃较为锋利，破岩效果较好。

进一步的，所述主切削刃在其长度方向上呈上凸的弧形，且弧形的最高点处于中间位置；或者，所述主切削刃在其长度方向上为角形，且角形的顶点处于中间位置。这种结构形式的主切削刃在具有一定锋利度的情况下结构强度较高，使用寿命较长。

附图说明

图1为本实用新型的脊型聚晶金刚石复合片的实施例一的结构示意图。

图中：1、硬质合金基体；2、聚晶金刚石层；20、主切削面；21、主切削刃；22、阶梯结构；220、台阶面；221、棱边；222、排屑槽。

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。

本实用新型的钻具的具体实施例1：

本实施例的钻具包括钻头胎体，钻头胎体上具有喷嘴，并镶嵌有一定数量的聚晶金刚石复合片，且这些聚晶金刚石复合片中有部分或者全部为脊型聚晶金刚石复合片。本实施例的钻具相比现有技术主要在于复合片的结构，因此，下文中主要对本实施例中的脊型聚晶金刚石复合片做详细说明。而且，为了便于说明，以下中所涉及的“上”、“下”、“左”、“右”均以图中所示的方位为准，并不限定复合片实际的方位。

如图1所示，本实施例的脊型聚晶金刚石复合片主要包括硬质合金基体1以及聚晶金刚石层2，硬质合金基体1为圆柱体结构，聚晶金刚石层2处于圆柱体的硬质合金基体1的端面上，且聚晶金刚石层2为外轮廓为圆形的层结构，而将硬质合金基体1的端面覆盖，硬质合金基体1主要用于与钻具胎体上的安装槽固定连接，聚晶金刚石层2的背向硬质合金基体1的侧面做为工作面，与地层或岩层接触进行切削。

较为特别的，本实施例中，聚晶金刚石层2的工作面上具有关于硬质合金基体1的截面圆的某一直径对称设置的两主切削面20，两主切削面20在该直径位置相接并形成凸脊，凸脊的两端分别延伸至聚晶金刚石层2的边缘位置，凸脊的脊顶构成主切削刃21。其中，主切削刃21的垂直于长度方向的截面轮廓形状为上凸的弧形。采用这种形状，能够提高主切削刃21的抗冲击性能，避免使用不久就碎裂的情况。当然，在其他实施例中，主切削刃21的垂直于长度方向的截面轮廓也可以为角形，角形的顶点朝上，这样能够使主切削刃21具有更好的锋利度，破岩能力较强。

本实施例中，主切削面20为下凹的弧面，其在垂直于主切削刃21长度方向上的截面轮廓为下凹的弧形，这种结构的主切削面20在复合片切削时，能够很好的将切削作用力进行分散，避免应力集中，进而提高了复合片的抗冲击能力，延长了复合片的使用寿命。而且，这种形状的主切削面20相较于平面结构，能够增大主切削面20的面积，进而增大与地层或岩层的接触面积，提升散热性能。当然，在其他实施例中，主切削面20还可以为上凸的弧面，即在垂直于主切削刃21长度方向上的截面轮廓为上凸的弧形，或者在其他实施例中，主切削面20还可以为上凸球面或下凹球面。这些不同的结构都能够在不同程度上提高复合片的抗冲击能力。当然，本实用新型并不排除主切削面20为倾斜平面结构。

而且，本实施例中，主切削刃21在其长度方向上具有一定弧度，为中间高、两端低的弧形，相应的，主切削面20也随主切削刃21在主切削刃21的长度方向呈弧形延伸。这样也能够在一定程度上提高复合片的破岩能力和抗冲击性能。当然，在其他实施例中，主切削刃21在其长度方向上也可以为中间高两端低的角形，或者主切削刃21在其长度方向上为锯齿形或波浪形，这些不同的结构设计都能在不同程度上达到提高复合片的破岩能力和抗冲击性能的效果。

更有特点的是，本实施例中的脊型聚晶金刚石复合片的工作面上，还在主切削刃21的左右两侧分别设有阶梯结构22，左右两侧的阶梯结构22关于主切削刃21对称，阶梯结构22从工作面的边缘朝向主切削刃21逐阶延伸，直至延伸至主切削面20，如图所示结构中，阶梯结构22有两阶，阶梯结构22的每一阶的长度方向都为硬质合金基体1的截面圆的弦向，阶梯结构22的每一阶的棱边221都构成副切削刃，阶梯结构22的每一阶的台阶面220都构成副切削面，这样在复合片使用过程中，除了主切削刃21和主切削面20进行切削工作，副切削刃和副切削面也同样能够进行切削工作，很大程度上提高了复合片的破岩能力、切削能力，有助于提高钻具的钻进效率。当然，在其他实施例中，可以仅在主切削刃21的一侧设置阶梯结构22，或者主切削刃21两侧设置的阶梯结构22并不对称，例如，一侧为两阶，另一侧为三阶，或两侧虽然阶数相同，但是台阶的跨距或高度不同。

本实施例中，阶梯结构22的每一阶的台阶面220均为平面结构，这样的结构较为简单，在其他实施例中，每一阶的台阶面220也可以为斜面或上凸或下凹的弧面，或者阶梯结构22的各阶呈波浪状。

而且阶梯结构22的设置使得工作面在边缘位置形成长槽结构，这些长槽结构的设置，不仅增大了工作面的面积，增大了复合片与地层或岩层的接触面，提高了复合片的散热效果，而且能够在切削钻进过程中对岩屑有一定的导流作用，作为排屑槽222使用，有助于排屑。

因为副切削刃和副切削面辅助主切削面20和主切削刃21进行切削，优选地，将副切削刃的长度方向设置为与主切削刃21的长度方向相平行，这样的结构一方面便于加工，而且使主副切削刃在切削过程中受力方向尽可能保持一致，优化复合片的承力效果。当然，在其他实施例中，副切削刃的延伸方向可以与主切削刃21的延伸方向呈一定夹角。

阶梯结构22的阶数不宜太少也不宜太多，如果阶数过少，则对于提高切削能力所起作用不够明显，如果阶数过多，则每一阶的结构尺寸较小，结构强度自然较差，很容易在钻进过程中的短时间内受力碎裂，缩短复合片的使用寿命，因此，阶梯结构22的阶数为1-3阶为好。本实施例中，优选阶数为两阶。

而且，优选的，阶梯结构22的每一阶在其长度方向上都随主切削刃21在长度方向上起伏延伸，如此复合片工作面的结构一致性较好，使用时的承力性较高，抗冲击能力较强。

本实施例的钻具在钻探过程中的切削和钻入能力较强，有利于钻探过程中快速排开岩石屑，减少钻头钻进过程中的阻力，提高钻头钻进过程的机械转速，大大提高钻头的钻探能力和效率，在难打地层、复杂地层、硬地层、夹层等地质结构的钻探能力和效率明显。

本实用新型的脊型聚晶金刚石复合片的具体实施例：其具体结构与上文介绍的钻具的实施例中的脊型聚晶金刚石复合片的结构相同，本文不再赘述。

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)

1.一种脊型聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体(1)和聚晶金刚石层(2)，所述聚晶金刚石层(2)的背向硬质合金基体(1)的端面为工作面，工作面上具有关于直径对称设置的两主切削面(20)，两主切削面(20)在所述直径位置相接并形成凸脊，凸脊的脊顶构成主切削刃(21)，其特征是，所述工作面上还在凸脊的至少一侧设有阶梯结构(22)，阶梯结构(22)从工作面的边缘朝向主切削刃(21)逐阶延伸至主切削面(20)，阶梯结构(22)的每一阶均弦向延伸，每一阶的台阶面(220)构成副切削面，每一阶的棱边(221)构成副切削刃，相邻台阶面(220)之间所形成的长槽结构构成排屑槽(222)。

2.根据权利要求1所述的脊型聚晶金刚石复合片，其特征是，所述工作面上在凸脊的两侧均设有所述阶梯结构(22)。

3.根据权利要求2所述的脊型聚晶金刚石复合片，其特征是，处于凸脊两侧的阶梯结构(22)关于凸脊对称设置。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的脊型聚晶金刚石复合片，其特征是，所述阶梯结构(22)的每一阶的延伸方向均与主切削刃(21)的延伸方向平行。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的脊型聚晶金刚石复合片，其特征是，所述阶梯结构(22)至少包括两阶。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的脊型聚晶金刚石复合片，其特征是，所述主切削面(20)为上凸弧面或下凹弧面或上凸球面或下凹球面。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的脊型聚晶金刚石复合片，其特征是，所述主切削刃(21)的截面轮廓形状为弧形或角形。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的脊型聚晶金刚石复合片，其特征是，所述主切削刃(21)在其长度方向上呈弧形或角形或锯齿形或波浪形。

9.根据权利要求8所述的脊型聚晶金刚石复合片，其特征是，所述主切削刃(21)在其长度方向上呈上凸的弧形，且弧形的最高点处于中间位置；或者，所述主切削刃(21)在其长度方向上为角形，且角形的顶点处于中间位置。

10.一种钻具，包括钻头胎体以及镶嵌在钻头胎体上的聚晶金刚石复合片，其特征是，所述聚晶金刚石复合片为权利要求1-9任意一项所述的脊型聚晶金刚石复合片。

Images