[實(shí)用新型]一種聚晶金剛石復(fù)合片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200920243478.1
• 申請(qǐng)日: 2009-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN201593380U
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專利權(quán)）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(xué);四川川石·克銳達(dá)金剛石鉆頭有限公司
• 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)用新型涉及鉆井工具，特別是破巖工具技術(shù)領(lǐng)域的聚晶金剛石復(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特別是聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭(即PDC鉆頭)等破巖工具上使用的切削元件，簡稱為復(fù)合片或PDC齒。

聚晶金剛石復(fù)合片由聚晶金剛石層1與基體2(基體材料通常為硬質(zhì)合金)復(fù)合而成。基體2的外表面包括一個(gè)側(cè)面和底面，側(cè)面通常為圓柱面，也可為橢圓柱面等其他回轉(zhuǎn)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(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)合片的工作面與側(cè)面的交線為復(fù)合片的切削刃輪廓線(在忽略復(fù)合片工作面邊緣倒角時(shí)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(gè)聚晶金剛石復(fù)合片作為切削元件，各復(fù)合片通過焊接等方式連接在鉆頭體上。當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，多個(gè)復(fù)合片同時(shí)工作以實(shí)現(xiàn)鉆頭對(duì)巖石的切削。

在實(shí)際鉆進(jìn)過程中，鉆頭除了旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)運(yùn)動(dòng)外，通常還存在各種復(fù)雜的振動(dòng)，而井底巖石的形貌又是十分復(fù)雜的。因此，不僅各復(fù)合片的金剛石工作平面會(huì)與巖石發(fā)生接觸，而且復(fù)合片的側(cè)面也可能與巖石相接觸。通常，PDC齒的側(cè)面與巖石之間的接觸是應(yīng)當(dāng)盡量避免的。因?yàn)镻DC齒側(cè)面與巖石的接觸會(huì)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(duì)巖石的吃入能力。

另一方面，隨著鉆頭鉆進(jìn)過程的不斷延續(xù)，PDC齒不斷發(fā)生磨損。最典型的磨損方式是在PDC齒與巖石相接觸的區(qū)域磨出一個(gè)平面或接近于平面的區(qū)域，一般稱該區(qū)域?yàn)镻DC齒的磨損平面或磨損面。隨著PDC齒磨損面的形成和不斷擴(kuò)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(shí)磨損速度顯著加快，這種現(xiàn)象稱為PDC齒的熱磨損。如果鉆井液或其他循環(huán)介質(zhì)對(duì)PDC齒的冷卻效果不佳，就可能發(fā)生熱磨損現(xiàn)象，嚴(yán)重降低鉆頭的工作壽命。

本實(shí)用新型提出一種聚晶金剛石復(fù)合片，這種復(fù)合片的側(cè)面開有兩個(gè)凹槽，凹槽減少了復(fù)合片側(cè)面與巖石相接觸的機(jī)會(huì)，此外，當(dāng)復(fù)合片在切削巖石過程中發(fā)生磨損時(shí)，凹槽能減小PDC復(fù)合片磨損面的承壓面積，增加與PDC復(fù)合片磨損面相作用的巖石上的比壓，因而有利于增強(qiáng)復(fù)合片吃入地層的能力，提高鉆頭的破巖效率。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于，提供一種聚晶金剛石復(fù)合片，以減小復(fù)合片側(cè)面與巖石接觸的可能性，并減小復(fù)合片磨損面的面積，從而達(dá)到增強(qiáng)復(fù)合片吃入地層的能力，提高鉆頭破巖效率的目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，在復(fù)合片的側(cè)面上開兩個(gè)凹槽。具體方案如下：

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

所述的凹槽(3)沿橫向、縱向或斜向布置在復(fù)合片基體(2)上。

所述的凹槽(3)的曲面與復(fù)合片外表面的交線全部位于基體(2)的側(cè)面上。

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

所述的兩個(gè)凹槽彼此互為空間鏡像對(duì)稱結(jié)構(gòu)，對(duì)稱面為一個(gè)通過復(fù)合片中心線的平面。

所述的兩個(gè)凹槽彼此互為空間旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，對(duì)稱軸為復(fù)合片中心線。

所述的兩個(gè)凹槽的結(jié)構(gòu)彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。

當(dāng)PDC齒位于鉆頭體上時(shí)，其基體側(cè)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(fù)合片基體上。構(gòu)成凹槽的曲面與復(fù)合片基體外表面的交線全部或者部分位于基體的側(cè)面上。兩個(gè)凹槽為對(duì)稱結(jié)構(gòu)或不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是：

1、復(fù)合片的側(cè)面開設(shè)兩個(gè)凹槽，凹槽減少了復(fù)合片側(cè)面與巖石相接觸的機(jī)會(huì)，有利于增加有效工作鉆壓，提高鉆頭的破巖效率。

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

3、兩個(gè)凹槽之間的基體部分能起到對(duì)金剛石層的支撐作用，有利于減少由于開槽導(dǎo)致的復(fù)合片強(qiáng)度及剛度的弱化效應(yīng)。