[實(shí)用新型]具有異形結(jié)構(gòu)特征的聚晶金剛石復(fù)合片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200720082068.4
• 申請(qǐng)日: 2007-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN201202407Y
• 公開（公告）日: 2009-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊迎新;伍開松;況雨春;李斌;林敏;張彩瑩;陳煉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B10/46
• 分類號(hào): E21B10/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及鉆井工程中的鉆井工具，特別是破巖工具用具有異形結(jié)構(gòu)特征的聚晶金剛石復(fù)合片。

背景技術(shù)

聚晶金剛石復(fù)合片是鉆井工程中的鉆井工具聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭(即PDC鉆頭)等破巖工具上使用的切削元件和耐磨元件，簡(jiǎn)稱為復(fù)合片或切削齒。

聚晶金剛石復(fù)合片由聚晶金剛石層與基體(基體材料通常為硬質(zhì)合金)復(fù)合而成。聚晶金剛石層極高的硬度使其具有很好的耐磨損能力。同時(shí)，由于聚晶金剛石層的硬度遠(yuǎn)高于基體材料的硬度，在復(fù)合片切削巖石的過程中，聚晶金剛石層的磨損速度低于基體的磨損速度，所以復(fù)合片具有良好的磨損自銳功能。聚晶金剛石層的外端面是復(fù)合片上最重要的切削工作表面，故稱為復(fù)合片的切削工作面或切削面。復(fù)合片的切削面與切削齒側(cè)面的交線(在忽略復(fù)合片切削面邊緣倒角時(shí)即為金剛石層外端面的輪廓線)為復(fù)合片的切削刃輪廓線。

復(fù)合片的長(zhǎng)度H、寬度W和厚度T是復(fù)合片的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。長(zhǎng)度H是復(fù)合片金剛石層在切削磨損進(jìn)程中的最大可磨損長(zhǎng)度尺寸，因此它是反映復(fù)合片的持續(xù)切削能力強(qiáng)弱的重要參數(shù)。在工作條件、結(jié)構(gòu)條件以及材質(zhì)相同或相近的條件下，鉆頭上的復(fù)合片的工作壽命在很大程度上取決于切削齒的長(zhǎng)度。復(fù)合片的寬度W代表了復(fù)合片在鉆頭體上所占據(jù)的布齒空間的大小。復(fù)合片的厚度T則主要與復(fù)合片在鉆頭體上的附著強(qiáng)度相關(guān)，厚度越大，復(fù)合片側(cè)面的表面積就越大，復(fù)合片與鉆頭體相聯(lián)接的強(qiáng)度也越大。

復(fù)合片的出露高度H₁是重要的鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)。出露高度H₁是復(fù)合片的切削刃輪廓線超出鉆頭體冠部表面4的高度尺寸。

目前，PDC鉆頭上所使用的一般均為圓形復(fù)合片。圓形復(fù)合片由切削刃輪廓線為圓形的聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金基體復(fù)合而成。圓形復(fù)合片的長(zhǎng)度和寬度相等，均等于復(fù)合片的直徑。一般而言，對(duì)于完整的圓形復(fù)合片而言，大直徑復(fù)合片的耐磨壽命比小直徑復(fù)合片更長(zhǎng)，同時(shí)占據(jù)的鉆頭布齒空間也比小直徑復(fù)合片更大。

復(fù)合片的切削刃輪廓形狀與其吃入地層的難易程度密切相關(guān)。通常情況下，切削刃輪廓線的曲率半徑越小，復(fù)合片吃入地層就越容易。對(duì)于圓形復(fù)合片而言，切削刃輪廓線上每一點(diǎn)的曲率半徑是相同的。因此，直徑小的復(fù)合片比直徑大的復(fù)合片更易于吃入地層。

在實(shí)際的鉆頭設(shè)計(jì)中，常常希望復(fù)合片既易于吃入地層，又能具有高的耐磨壽命。然而，這兩個(gè)目標(biāo)對(duì)復(fù)合片直徑的要求是相互矛盾的。前者要求減小復(fù)合片的直徑，而后者要求增加復(fù)合片的直徑。顯然，對(duì)于具有圓形切削刃的復(fù)合片而言，要解決這個(gè)矛盾十分困難。

本實(shí)用新型提出的異形復(fù)合片技術(shù)，可以達(dá)到在滿足復(fù)合片吃入地層難易性要求的同時(shí)，使復(fù)合片的工作長(zhǎng)度滿足耐磨壽命要求的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于，提供一種特殊結(jié)構(gòu)的聚晶金剛石復(fù)合片，以達(dá)到提高鉆頭切削齒的耐磨壽命并改善切削齒吃入地層特性的目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種具有異形結(jié)構(gòu)特征的聚晶金剛石復(fù)合片，包括聚晶金剛石層1和基體2，其特征在于：異形聚晶金剛石復(fù)合片的切削刃輪廓線是由不在同一個(gè)圓上的曲線構(gòu)成，復(fù)合片的長(zhǎng)度與寬度不相等。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下：

一、在寬度W相同的條件下，異形復(fù)合片的長(zhǎng)度H可大于圓形復(fù)合片，故異形復(fù)合片的切削工作壽命可比圓形復(fù)合片更高。

二、在長(zhǎng)度H相同的條件下，異形復(fù)合片的寬度W可小于圓形復(fù)合片，故異形復(fù)合片可比圓形復(fù)合片節(jié)省布齒空間。

三、異形復(fù)合片的切削刃與巖石相接觸部分的幾何形狀選擇余地大。因此，通過調(diào)整或選擇切削刃形狀，在鉆頭設(shè)計(jì)時(shí)可以更方便地根據(jù)地層的巖石性質(zhì)合理地控制切削齒吃入地層的難易性。

四、在埋入鉆頭體的深度相同的條件下，異形復(fù)合片的出露高度H₁可大于圓形復(fù)合片，既有利于改善切削齒的清洗條件，又有利于提高鉆頭的鉆進(jìn)效率和工作壽命。

五、在出露高度H₁相同的條件下，異形復(fù)合片可比圓形復(fù)合片埋入鉆頭體的深度更大，因而在出露于鉆頭體表面的切削刃嚴(yán)重磨損之后，異形復(fù)合片可比圓形復(fù)合片在相同的條件下鉆進(jìn)更長(zhǎng)的時(shí)間，有利于提高鉆頭在高硬度、高研磨性以及高不均質(zhì)性等難鉆地層的工作性能。

六、在寬度W以及切削齒厚度T相同的條件下，異形復(fù)合片可比圓形復(fù)合片具備更大的側(cè)面表面積，故有利于增加復(fù)合片與鉆頭體的聯(lián)接強(qiáng)度，減小發(fā)生掉片現(xiàn)象的可能性。

附圖說明

圖1為鉆頭上的聚晶金剛石復(fù)合片切削巖石工作狀態(tài)示意圖。