CN220551066U - 聚晶金刚石复合片钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及石油天然气勘探开发钻井工具领域，其公开了一种斜面聚晶金刚石复合片及聚晶金刚石复合片钻头，包括基体和聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层设置在基体的顶端并形成端部的切削面，基体的侧部设置有斜面，该斜面延伸至基体的底端并向底端倾斜。由于斜面聚晶金刚石的侧壁上设置又斜面，因此其在安装后可以采用负后角，其斜面让出的空间刚好不会与切削平面干涉，从而既提高了剪切效率，也避免了干涉。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油天然气勘探开发钻井工具领域，尤其涉及一种聚晶金刚石复合片钻头。
背景技术
聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact，简称PDC)兼顾了金刚石的高硬度、高耐磨以及硬质合金的高抗冲击的综合性能，其被认为是比较理想的钻井材料。从上世纪八十年代左右，国内外在石油、天然气等钻探中逐渐采用聚晶金刚石复合片作为主要切削元件，目前刀翼式的PDC钻头应用最为广泛。
PDC钻头对地层的适应性较广，在可钻性较好的软地层中，或是塑性较强较均质的塑性泥岩中，往往会采用较小的后角作为工作角度，提升钻头的剪切效率，从而提升钻头的机械钻速。由于目前的聚晶金刚石复合片的硬质合金层多为一个圆柱体，在后角小于0°时，硬质合金层会与岩石发生干涉，限制了剪切效率更高的负后角的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高剪切效率的斜面聚晶金刚石复合片。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括基体和聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层设置在基体的顶端并形成端部的切削面，基体的侧部设置有斜面，该斜面延伸至基体的底端并向底端倾斜。基体的基本形状通常为回转体，例如圆柱体、圆台，其侧部的斜面可认为是从基体的底端向顶端斜切而形成的面，斜面可以到达顶端，也可以仅到达侧部。带有此斜面的聚晶金刚石复合片可以负后角安装在聚晶金刚石复合片钻头上，其斜面让出的空间刚好不会与切削平面干涉，从而既提高了剪切效率，也避免了干涉。
具体的，所述斜面为平面、曲面或者由多段平面构成。斜面整体上是向底端倾斜的，斜面通常采用单一的平面即可，在有其它要求的情况下，可以设置为曲面或者多段平面构成即可。
进一步的是，基体的侧部沿周向设置有多个斜面。多个斜面的倾斜角度可以为不同，在安装时可以选择不同的倾斜角度，从而适应不同的切削要求。
具体的，所述斜面的角度范围为15°≤a≤30°。
本发明另一个要解决的技术问题是提供一种提高剪切效率的聚晶金刚石复合片钻头。
该聚晶金刚石复合片钻头包括钻头本体和接头，所述钻头本体上设置有圆台形状的聚晶金刚石复合片或/和前述的斜面聚晶金刚石复合片；所述圆台形状的聚晶金刚石复合片的基体呈圆台状，其大端设置有聚晶金刚石层；所述斜面聚晶金刚石复合片的斜面朝向切削面；所述聚晶金刚石复合片在安装后的后角b＜0°。斜面聚晶金刚石复合片和圆台形状的聚晶金刚石复合片的侧壁均有空间让位于切削平面，从而在设置负后角后，其在切削时不会与切削平面干涉。
进一步的是，圆台形状的聚晶金刚石复合片的侧壁倾斜角度范围为15°≤a≤30°。
进一步的是，所述斜面聚晶金刚石复合片和圆台形状的聚晶金刚石复合片的后角范围为-15°≤b＜0°。
进一步的是，所述a＝30°，后角范围为-10°≤b≤-5°。
本实用新型的有益效果是：由于斜面聚晶金刚石的侧壁上设置又斜面，因此其在安装后可以采用负后角，其斜面让出的空间刚好不会与切削平面干涉，从而既提高了剪切效率，也避免了干涉。
附图说明
图1为聚晶金刚石复合片钻头的示意图；
图2为聚晶金刚石复合片钻头的俯视图；
图3为斜面聚晶金刚石复合片的示意图；
图4为斜面聚晶金刚石复合片的半剖图；
图5是聚晶金刚石复合片钻头的工作示意图；
图6是现有技术的聚晶金刚石复合片钻头的工作示意图；
图中零部件、部位及编号：接头1、钻头本体2、斜面聚晶金刚石复合片3、基体31、聚晶金刚石层32、斜面33、刀翼4。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1和图2所示，聚晶金刚石复合片钻头，包括钻头本体2和接头1，接头1上有多个刀翼4，所述钻头本体2的刀翼4上设置有圆台形状的聚晶金刚石复合片或/和斜面聚晶金刚石复合片3；所述圆台形状的聚晶金刚石复合片的基体31呈圆台状，其大端设置有聚晶金刚石层32；所述斜面聚晶金刚石复合片3的斜面33朝向切削面；所述聚晶金刚石复合片在安装后的后角b＜0°。聚晶金刚石复合片通过钎焊的方式固定在具有相匹配齿孔的刀翼4上，通过钻头的旋转扭矩和钻压来犁削、剪切地层岩石。如图5和6所示，聚晶金刚石复合片的运动方向和聚晶金刚石复合片齿面的法向之间的夹角，称之为后角。当齿面法向与钻压方向的夹角为锐角，同时齿面法向与切削齿运动方向的夹角也为锐角时，后角值为正值，图6所示后角即为正后角；当齿面法向与钻压方向的夹角为钝角，同时齿面法向与切削齿运动方向的夹角也为锐角时，后角值为负值，图5所示后角即为负后角。后角值越小其剪切效率越高，但常规的聚晶金刚石复合片为一个圆柱体，如图6所示，在设置负后角的工作角度时，其基体与岩石发生严重的干涉，从而阻碍切削齿吃入岩石、切削岩石。但是对于本实用新型来说，圆台形状的聚晶金刚石复合片或/和斜面聚晶金刚石复合片3的侧壁均有空间让位于切削平面，从而在设置负后角后，其在切削时不会与切削平面干涉。
为了获得有效的负后角，所述斜面的角度范围为15°≤a≤30°，a＝30°作为优选；斜面聚晶金刚石复合片3可设置小于0°大于-15°的后角，以-5°至-10°作为优选。其中，a＝30°、后角b小于0°大于-15°的后角区间为最优实施方式。
前述的斜面聚晶金刚石复合片3包括基体31和聚晶金刚石层32，所述聚晶金刚石层32设置在基体31的顶端并形成端部的切削面，基体31的侧部设置有斜面33，该斜面33延伸至基体31的底端并向底端倾斜。其斜面33可以为平面、曲面或者由多段平面构成，可以根据实际要的要求进行选择，从而获得最优的效果。同时，基体31的侧部可以沿周向设置有多个斜面33，在进一步减少与地层岩石发生干涉的同时，还可以在安装时选择不同的斜面角度，即通过将所需的斜面33正对切削物，然后将斜面聚晶金刚石复合片3固定安装，配合不同角度的安装孔，从而获得不同的后角。
Claims (7)
1.聚晶金刚石复合片钻头，包括钻头本体(2)和接头(1)，其特征在于：所述钻头本体上设置有圆台形状的聚晶金刚石复合片或/和斜面聚晶金刚石复合片(3)；所述圆台形状的聚晶金刚石复合片的基体(31)呈圆台状，其大端设置有聚晶金刚石层(32)；所述斜面聚晶金刚石复合片包括基体(31)和聚晶金刚石层(32)，所述聚晶金刚石层(32)设置在基体(31)的顶端并形成端部的切削面，基体(31)的侧部设置有斜面(33)，该斜面(33)延伸至基体(31)的底端并向底端倾斜；所述斜面聚晶金刚石复合片(3)的斜面(33)朝向切削面；所述聚晶金刚石复合片在安装后的后角b＜0°。
2.如权利要求1所述的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于：圆台形状的聚晶金刚石复合片的侧壁倾斜角度范围为15°≤a≤30°。
3.如权利要求1所述的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于：所述斜面聚晶金刚石复合片(3)和圆台形状的聚晶金刚石复合片的后角范围为-15°≤b＜0°。
4.如权利要求2所述的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于：所述a＝30°，后角范围为-10°≤b≤-5°。
5.如权利要求1所述的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于：所述斜面(33)为平面、曲面或者由多段平面构成。
6.如权利要求1所述的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于：基体(31)的侧部沿周向设置有多个斜面(33)。
7.如权利要求1所述的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于：所述斜面的角度范围为15°≤a≤30°。
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