一种聚晶金刚石复合片制造技术

一种聚晶金刚石复合片，属于钻井工程中的钻井工具特别是破岩工具技术领域。本发明专利技术提供的聚晶金刚石复合片是由聚晶金刚石层（１）和与其相复合的基体（２）组成，其特点是：聚晶金刚石复合片的侧面开有两个凹槽。这种复合片的优点为：凹槽减少了复合片侧面与岩石相接触的机会，并且当复合片在切削岩石过程中发生磨损时，凹槽能减小ＰＤＣ复合片底部磨损面的承压面积，增加与ＰＤＣ复合片底部磨损面相作用的岩石上的比压，因而有利于增强复合片吃入地层的能力，提高钻头的破岩效率。此外，凹槽增加了复合片侧面的散热面积，有利于复合片的冷却。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钻井工具，特别是破岩工具
的聚晶金刚石复合片。
技术介绍
聚晶金刚石复合片是钻井工程中的钻井工具特别是聚晶金刚石复合片钻头(即 PDC钻头)等破岩工具上使用的切削元件，简称为复合片或PDC齿。聚晶金刚石复合片由聚晶金刚石层1与基体2 (基体材料通常为硬质合金)复合 而成。基体2的外表面包括一个侧面和底面，侧面通常为圆柱面，也可为椭圆柱面等其他回 转曲面，底面通常为平面。聚晶金刚石层极高的硬度使其具有很好的耐磨损能力。同时，由 于聚晶金刚石层的硬度远高于基体材料的硬度，在复合片切削岩石的过程中，聚晶金刚石 层的磨损速度低于基体的磨损速度，所以复合片具有良好的磨损自锐功能。聚晶金刚石层 的外端面是复合片上最重要的切削工作表面，故称为复合片的切削工作面或切削面。复合 片的工作面与侧面的交线为复合片的切削刃轮廓线(在忽略复合片工作面边缘倒角时即 为金刚石层外端面的轮廓线)。PDC钻头等破岩工具上通常使用多个聚晶金刚石复合片作为切削元件，各复合片 通过焊接等方式连接在钻头体上。当钻头钻进时，多个复合片同时工作以实现钻头对岩石 的切削。在实际钻进过程中，钻头除了旋转钻进运动外，通常还存在各种复杂的振动，而井 底岩石的形貌又是十分复杂的。因此，不仅各复合片的金刚石工作平面会与岩石发生接触， 而且复合片的侧面也可能与岩石相接触。通常，PDC齿的侧面与岩石之间的接触是应当尽量 避免的。因为PDC齿侧面与岩石的接触会降低作用在PDC齿工作平面上的有效工作钻压， 从而减弱PDC齿对岩石的吃入能力。另一方面，随着钻头钻进过程的不断延续，PDC齿不断发生磨损。最典型的磨损 方式是在PDC齿与岩石相接触的区域磨出一个平面或接近于平面的区域，一般称该区域为 PDC齿的磨损平面或磨损面。随着PDC齿磨损面的形成和不断扩展，磨损面的面积逐渐增 大，越来越多的钻压被PDC齿的磨损面所承受，作用于PDC齿上的破岩有效钻压越来越小， 吃入地层的能力就越来越差。PDC齿的有效冷却是保证PDC钻头正常工作的重要条件。PDC齿在局部温度过高 时磨损速度显著加快，这种现象称为PDC齿的热磨损。如果钻井液或其他循环介质对PDC 齿的冷却效果不佳，就可能发生热磨损现象，严重降低钻头的工作寿命。本专利技术提出一种聚晶金刚石复合片，这种复合片的侧面开有两个凹槽，凹槽减少 了复合片侧面与岩石相接触的机会，此外，当复合片在切削岩石过程中发生磨损时，凹槽能 减小PDC复合片磨损面的承压面积，增加与PDC复合片磨损面相作用的岩石上的比压，因而 有利于增强复合片吃入地层的能力，提高钻头的破岩效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种聚晶金刚石复合片，以减小复合片侧面与岩石接触 的可能性，并减小复合片磨损面的面积，从而达到增强复合片吃入地层的能力，提高钻头破 岩效率的目的。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是，在复合片的侧面上开两个凹槽。具体 方案如下一种聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层(1)和与之相复合的基体(2)，在复合 片基体上开有两个凹槽(3)。所述的凹槽(3)沿横向、纵向或斜向布置在复合片基体(2)上。所述的凹槽(3)的曲面与复合片外表面的交线全部位于基体(2)的侧面上。所述的构成凹槽(3)的曲面与复合片外表面的交线的一部分位于基体的侧面上， 另一部分位于基体的其它外表面上。所述的两个凹槽彼此互为空间镜像对称结构，对称面为一个通过复合片中心线的平面。所述的两个凹槽彼此互为空间旋转对称结构，对称轴为复合片中心线。所述的两个凹槽的结构彼此独立，互不相关。当PDC齿位于钻头体上时，其基体侧面上的凹槽的全部或大部分暴露在外。凹槽 可沿横向、纵向或斜向布置在复合片基体上。构成凹槽的曲面与复合片基体外表面的交线 全部或者部分位于基体的侧面上。两个凹槽为对称结构或不对称结构。本专利技术与现有技术相比，其有益效果是1、复合片的侧面开设两个凹槽，凹槽减少了复合片侧面与岩石相接触的机会，有 利于增加有效工作钻压，提高钻头的破岩效率。2、当复合片在切削岩石过程中发生磨损时，凹槽能减小复合片磨损面的承压面 积，增加与复合片磨损面相作用的岩石上的比压，因而有利于增强复合片吃入地层的能力， 提高钻头的破岩效率。3、两个凹槽之间的基体部分能起到对金刚石层的支撑作用，有利于减少由于开槽 导致的复合片强度及刚度的弱化效应。4、凹槽使得PDC齿外露部分的表面积增加，有利于改善PDC齿的冷却效果，增强 PDC齿的抗热磨损能力。附图说明图1为钻头上的聚晶金刚石复合片切削岩石工作状态示意图。图2为常规聚晶金刚石复合片示意图。图3为本专利技术提出的双凹槽聚晶金刚石复合片示意图。图4为磨损后的常规聚晶金刚石复合片示意图。图5为本专利技术提出的双凹槽聚晶金刚石复合片磨损后磨损面示意图。图6为常规聚晶金刚石复合片磨损后形成的磨损面(图6-1)，以及本专利技术提出的 双凹槽聚晶金刚石复合片磨损后的磨损面(图6-2)。图7为装有双凹槽聚晶金刚石复合片的PDC钻头示意图(如图所示，钻头心部区域和中部区域的齿为双凹槽PDC齿，外部区域的齿为常规PDC齿)。图8是双凹槽聚晶金刚石复合片的一种，构成凹槽3的曲面为圆柱面，两个凹槽对 称沿纵向布置于复合片基体上。图9是双凹槽聚晶金刚石复合片的一种，构成凹槽3的曲面为椭圆柱面，两个凹槽 对称沿纵向布置于复合片基体上。图10是双凹槽聚晶金刚石复合片的一种，构成凹槽3的曲面为一段平面和一段圆 柱面，两个凹槽对称沿纵向布置于复合片基体上。图11是双凹槽聚晶金刚石复合片的一种，构成凹槽3的曲面为一段平面和一段椭 圆柱面，两个凹槽对称沿纵向布置于复合片基体上。图12是双凹槽聚晶金刚石复合片的一种，构成凹槽3的曲面为一段圆柱面和一段 椭圆柱面，两个凹槽对称沿纵向布置于复合片基体上。图13是双凹槽聚晶金刚石复合片的一种，构成凹槽3的曲面为两段平面和一段圆 柱面，两个凹槽对称沿纵向布置于复合片基体上。图14是双凹槽聚晶金刚石复合片的一种，构成凹槽3的曲面为两段平面和一段椭 圆柱面，两个凹槽对称沿纵向布置于复合片基体上。图15是双凹槽聚晶金刚石复合片的一种，构成凹槽3的曲面为圆柱面，两个凹槽 对称沿横向布置于复合片基体上。图16是双凹槽聚晶金刚石复合片的一种，构成凹槽3的曲面为椭球面，两个凹槽 对称沿横向布置于复合片基体上。图17是双凹槽聚晶金刚石复合片的一种，构成凹槽3的曲面为圆柱面，两个凹槽 对称斜向布置于复合片基体上。图18是双凹槽聚晶金刚石复合片的一种，构成凹槽3的曲面为椭圆柱面，两个凹 槽对称斜向布置于复合片基体上。图19是双凹槽聚晶金刚石复合片的一种，构成凹槽3的曲面为圆柱面，两个凹槽 对称纵向布置于复合片基体上，且凹槽的曲面与PDC复合片外表面的交线的一部分位于基 体的侧面上，另一部分位于基体的其它外表面上。图20是双凹槽聚晶金刚石复合片的一种，构成凹槽3的曲面为椭圆柱面，两个凹 槽对称纵向布置于复合片基体上，且凹槽的曲面与PDC复合片外表面的交线的一部分位于 基体的侧面上，另一部分位于基体的其它外表面上。图21是双凹槽聚晶金刚石复合片的一种，构成凹槽3的曲面为一段圆柱面和一段 椭圆柱面，两个凹槽对称纵向布置于复合片基体上，且构成凹槽曲面的圆柱面与PDC复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层（１）和与之相复合的基体（２），其特征在于：在复合片基体上开有两个凹槽（３）。

【技术特征摘要】
1.一种聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层(1)和与之相复合的基体O)，其特征在 于在复合片基体上开有两个凹槽(3)。2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于所述的凹槽C3)沿横向、纵 向或斜向布置在复合片基体( 上。3.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于所述的凹槽(3)的曲面与 复合片外表面的交线全部位于基体O)的侧面上。4.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于构成凹槽(3)的曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宽亮，杨迎新，范晓勒，马捷，何辛，周岩，王涛，裴竹，徐小峰，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司冀东油田分公司，西南石油大学，四川川石克锐达金刚石钻头有限公司，
类型：发明
国别省市：13