[实用新型]一种聚晶金刚石复合片

说明书

技术领域

本实用新型涉及钻井工具技术领域的聚晶金刚石复合片。

背景技术

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，简称为复合片或切削齿。

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。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。复合片的切削面与切削齿侧面的交线为复合片的切削刃轮廓线(在忽略复合片切削面边缘倒角时即为金刚石层外端面的轮廓线)。

目前，PDC钻头等破岩工具上所硬用的一般均为圆形复合片5(见图2)。圆形复合片由聚晶金刚石层1和硬质合金基体2复合而成，复合片的切削刃轮廓线是圆形的，其半径为R。复合片镶焊在钻头体3上。复合片的出露高度H(图1)是重要的钻头结构参数。出露高度H是复合片的切削刃轮廓线超出钻头体冠部表面4的高度尺寸。对圆形复合片而言，直径大的复合片可比直径小的复合片具有更大的出露高度(如图2所示，H₁＞H₂)。

复合片的切削刃轮廓形状与其吃入地层的难易程度密切相关。通常情况下，切削刃轮廓线与岩石相接触的区域越窄，复合片吃入地层就越容易。所以，对于圆形复合片而言，直径小的复合片比直径大的复合片更易于吃入地层。

在实际的钻头设计中，常常希望复合片既易于吃入地层，又能具有较大的出刃高度。然而，这两个目标对复合片直径的要求是相互矛盾的。前者要求减小复合片的直径，而后者要求增加复合片的直径。显然，对于具有圆形切削刃的复合片而言，要解决这个矛盾十分困难。

本实用新型提出一种聚晶金刚石复合片，新复合片吃入地层岩石的能力高于相同尺寸的圆形复合片，有利于提高钻头的破岩效率。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种聚晶金刚石复合片，以增强复合片吃入地层的能力，进而提高PDC钻头或需要以复合片为耐磨切削元件的其它钻井用钻头及工具的破岩效率。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是，尽量减小复合片切削刃轮廓线与岩石相接触的区域，使复合片易于吃入地层，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和基体2，其特征在于：复合片的切削刃轮廓线6由半径为R的同心圆弧段A、B和连接A、B圆弧段的过渡段C、D组成，圆弧段B的长度小于A的长度，过渡段C、D的轮廓线为位于A、B所在圆轮廓线之内的曲线。

本实用新型的优点如下：

一、新型复合片与岩石相接触的切削刃区域较窄，能够在井底岩石上形成比圆形复合片更高的接触应力，所以，新型复合片吃入地层岩石的能力明显高于圆形复合片，有利于提高钻头的破岩效率。

二、在保持复合片与岩石之间的高接触应力的同时，新的复合片可以具备比较大的出露高度，既有利于改善复合片的清洗条件，又有利于提高钻头的钻进效率和工作寿命。

三、新型复合片的切削刃与岩石相接触部分的几何形状选择余地大。通过调整或选择切削刃形状，在钻头设计时可以更方便地根据地层的岩石性质合理地控制复合片吃入地层的难易性。

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为附着常规圆形聚晶金刚石复合片的钻头的刀翼布齿结构示意图。

图3为常规圆形聚晶金刚石复合片的示意图。

图4为新型聚晶金刚石复合片的示意图。

图5为附着新型聚晶金刚石复合片的钻头的刀翼布齿结构示意图(钻头的心部切削齿采用新型复合片7，其它切削齿采用圆形复合片)。

图6至图47为新型聚晶金刚石复合片切削刃轮廓线示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。