[發明專利]一種聚晶金剛石復合片

無效

• 申請號: 200910216309.3
• 申請日: 2009-11-24
• 公開（公告）號: CN102071878A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 朱寬亮;楊迎新;范曉勒;馬捷;何辛;周巖;王濤;裴竹;徐小峰
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司冀東油田分公司;西南石油大學;四川川石·克銳達金剛石鉆頭有限公司
• 主分類號: E21B10/55
• 分類號: E21B10/55
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鉆井工具，特別是破巖工具技術領域的聚晶金剛石復合片。

背景技術

聚晶金剛石復合片是鉆井工程中的鉆井工具特別是聚晶金剛石復合片鉆頭(即PDC鉆頭)等破巖工具上使用的切削元件，簡稱為復合片或PDC齒。

聚晶金剛石復合片由聚晶金剛石層1與基體2(基體材料通常為硬質合金)復合而成。基體2的外表面包括一個側面和底面，側面通常為圓柱面，也可為橢圓柱面等其他回轉曲面，底面通常為平面。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，由于聚晶金剛石層的硬度遠高于基體材料的硬度，在復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合片上最重要的切削工作表面，故稱為復合片的切削工作面或切削面。復合片的工作面與側面的交線為復合片的切削刃輪廓線(在忽略復合片工作面邊緣倒角時即為金剛石層外端面的輪廓線)。

PDC鉆頭等破巖工具上通常使用多個聚晶金剛石復合片作為切削元件，各復合片通過焊接等方式連接在鉆頭體上。當鉆頭鉆進時，多個復合片同時工作以實現鉆頭對巖石的切削。

在實際鉆進過程中，鉆頭除了旋轉鉆進運動外，通常還存在各種復雜的振動，而井底巖石的形貌又是十分復雜的。因此，不僅各復合片的金剛石工作平面會與巖石發生接觸，而且復合片的側面也可能與巖石相接觸。通常，PDC齒的側面與巖石之間的接觸是應當盡量避免的。因為PDC齒側面與巖石的接觸會降低作用在PDC齒工作平面上的有效工作鉆壓，從而減弱PDC齒對巖石的吃入能力。

另一方面，隨著鉆頭鉆進過程的不斷延續，PDC齒不斷發生磨損。最典型的磨損方式是在PDC齒與巖石相接觸的區域磨出一個平面或接近于平面的區域，一般稱該區域為PDC齒的磨損平面或磨損面。隨著PDC齒磨損面的形成和不斷擴展，磨損面的面積逐漸增大，越來越多的鉆壓被PDC齒的磨損面所承受，作用于PDC齒上的破巖有效鉆壓越來越小，吃入地層的能力就越來越差。

PDC齒的有效冷卻是保證PDC鉆頭正常工作的重要條件。PDC齒在局部溫度過高時磨損速度顯著加快，這種現象稱為PDC齒的熱磨損。如果鉆井液或其他循環介質對PDC齒的冷卻效果不佳，就可能發生熱磨損現象，嚴重降低鉆頭的工作壽命。

本發明提出一種聚晶金剛石復合片，這種復合片的側面開有兩個凹槽，凹槽減少了復合片側面與巖石相接觸的機會，此外，當復合片在切削巖石過程中發生磨損時，凹槽能減小PDC復合片磨損面的承壓面積，增加與PDC復合片磨損面相作用的巖石上的比壓，因而有利于增強復合片吃入地層的能力，提高鉆頭的破巖效率。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種聚晶金剛石復合片，以減小復合片側面與巖石接觸的可能性，并減小復合片磨損面的面積，從而達到增強復合片吃入地層的能力，提高鉆頭破巖效率的目的。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是，在復合片的側面上開兩個凹槽。具體方案如下：

一種聚晶金剛石復合片，包括聚晶金剛石層(1)和與之相復合的基體(2)，在復合片基體上開有兩個凹槽(3)。

所述的凹槽(3)沿橫向、縱向或斜向布置在復合片基體(2)上。

所述的凹槽(3)的曲面與復合片外表面的交線全部位于基體(2)的側面上。

所述的構成凹槽(3)的曲面與復合片外表面的交線的一部分位于基體的側面上，另一部分位于基體的其它外表面上。

所述的兩個凹槽彼此互為空間鏡像對稱結構，對稱面為一個通過復合片中心線的平面。

所述的兩個凹槽彼此互為空間旋轉對稱結構，對稱軸為復合片中心線。

所述的兩個凹槽的結構彼此獨立，互不相關。

當PDC齒位于鉆頭體上時，其基體側面上的凹槽的全部或大部分暴露在外。凹槽可沿橫向、縱向或斜向布置在復合片基體上。構成凹槽的曲面與復合片基體外表面的交線全部或者部分位于基體的側面上。兩個凹槽為對稱結構或不對稱結構。

本發明與現有技術相比，其有益效果是：

1、復合片的側面開設兩個凹槽，凹槽減少了復合片側面與巖石相接觸的機會，有利于增加有效工作鉆壓，提高鉆頭的破巖效率。

2、當復合片在切削巖石過程中發生磨損時，凹槽能減小復合片磨損面的承壓面積，增加與復合片磨損面相作用的巖石上的比壓，因而有利于增強復合片吃入地層的能力，提高鉆頭的破巖效率。

3、兩個凹槽之間的基體部分能起到對金剛石層的支撐作用，有利于減少由于開槽導致的復合片強度及剛度的弱化效應。