[發明專利]一種具有二次破碎功能的異形聚晶金剛石復合片

有效

• 申請號: 202110333646.1
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113006705B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 石昌帥;范美筠
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B10/54
• 分類號: E21B10/54;E21B10/43;E21B10/60;E21B10/62
• 代理公司: 成都玖和知識產權代理事務所(普通合伙) 51238
• 代理人: 胡琳梅

本發明提出了一種具有二次破碎功能的異形聚晶金剛石復合片，包括硬質合金基體和聚晶金剛石層，聚晶金剛石層的一端與硬質合金基體固定連接，聚晶金剛石層的另一端的中部設有凹槽，聚晶金剛石層的另一端環繞所述的凹槽形成凸起的切削部，所述的切削部與凹槽的連接處形成環繞所述的凹槽設置的卷屑槽，所述的凹槽的底部設有凸起的破碎部一，所述的卷屑槽的截面為圓弧形結構，所述的卷屑槽的底部設有凸起的破碎部二。

技術領域

本發明屬于石油天然氣鉆探領域，特別是涉及一種能夠在軟地層和硬地層中均能提高破巖效率，且具有二次破碎功能的高效破巖PDC復合片。

背景技術

鉆井工程作為油氣資源勘探開發的重要環節，是油氣資源高效、安全開發的關鍵，如何提高鉆井效率、節約鉆井成本是石油天然氣領域的重要研究方向。鉆頭作為鉆井工程中用以破碎巖石、形成井筒的必不可少的關鍵技術裝備，其性能優良直接決定鉆井效率和經濟成本。

PDC鉆頭具有機械鉆速高、鉆頭進尺壽命長等優點。目前，石油鉆井常用PDC鉆頭所用金剛石復合片一般為旋轉圓柱齒，其表面為平面式齒面，采用這種復合片的PDC鉆頭在鉆遇硬地層時，金剛石聚晶層快速發熱灼燒，產生崩壞磨損，最終降低了鉆頭壽命。

隨著鉆井提速增效的需求不斷提高，以及PDC復合片制造技術的進步，更多廠家將PDC鉆頭改善優化的方式轉移到異形復合片上面。貝克休斯的異形復合片，具有類似金屬切削斷屑槽的結構，能夠幫助減小破巖需要的切削力，從而提高破巖效率，但是在硬地層中應用時，斷屑槽結構可能會降低復合片的壽命。史密斯的斧型齒，突起的鍥狀結構，能夠增加復合片在破碎硬地層時的效率，但是在塑性地層中的應用效果不明顯。

因此，需要充分考慮鉆頭應用的各種地層，設計既能夠在軟地層中提高破巖效率，也能夠在硬地層中提高破巖效率的PDC復合片，從而提高鉆井破巖效率，降低鉆井成本。

發明內容

針對背景技術中指出的問題，本發明提出一種具有二次破碎功能的異形聚晶金剛石復合片，以提高鉆井破巖效率，降低鉆井成本。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種具有二次破碎功能的異形聚晶金剛石復合片，包括硬質合金基體和聚晶金剛石層，聚晶金剛石層的一端與硬質合金基體固定連接，聚晶金剛石層的另一端的中部設有凹槽，聚晶金剛石層的另一端環繞所述的凹槽形成凸起的切削部，所述的切削部與凹槽的連接處形成環繞所述的凹槽設置的卷屑槽，所述的凹槽的底部設有凸起的破碎部一。

本發明進一步設置為，所述的卷屑槽的截面為圓弧形結構，所述的卷屑槽的底部設有凸起的破碎部二。

本發明進一步設置為，所述的破碎部二為沿卷屑槽周向設置的凸棱，所述的凸棱的外側面與卷屑槽的壁之間的夾角為銳角，所述的凸棱的內側面與卷屑槽的壁之間的夾角為鈍角。

本發明進一步設置為，所述的破碎部二為卷屑槽上設有貫穿聚晶金剛石層一端的通孔，所述的硬質合金基體上設有與所述的通孔對應的凸柱，所述的凸柱伸入所述的通孔內，并從凸出于卷屑槽的壁設置，凸出于卷屑槽壁的凸柱形成破碎部二。

本發明進一步設置為，所述的破碎部一為長條形，破碎部一的一端為凹槽的中心位置，破碎部一的另一端延伸至與切削部或卷屑槽連接。

本發明進一步設置為，所述的破碎部一至少設置有兩條，破碎部一在周向均勻分布。

本發明進一步設置為，所述的破碎部一為外側窄內側寬的錐形結構。

本發明進一步設置為，所述的切削部上設有環繞所述的凹槽設置的切削刃。

本發明進一步設置為，所述的切削刃到所述的切削部的邊緣的距離為1-4mm。

本發明進一步設置為，所述的硬質合金基體和聚晶金剛石層均設計成圓柱形結構，聚晶金剛石層的厚度為1.5-4mm。