[实用新型]弧面聚晶金刚石复合片

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油钻井、矿物开采和地质钻探领域的PDC钻头，尤其涉及一种弧面聚晶金刚石复合片。

背景技术

聚晶金刚石复合片(PDC)系由一层聚晶金刚石层与硬质合金基体在高温高压下烧结成的复合材料。由于它既具有天然金刚石的硬度与耐磨性，同时又兼具硬质合金的高抗冲击强度，故聚晶金刚石复合片在石油、地质勘探中获得了广泛的应用。PDC在钻头的使用中，PDC与被钻岩石表面成一个前倾角，其角度一般控制在15°到20°之间，钻头钻进时，钻机给钻头施加一定的压力并旋转，用PDC的聚晶金刚石面对岩石进行刮削，因此PDC在钻进过程中受到旋转的冲击力和向下压的正压力，常规PDC的金刚石层为平面状，当PDC边缘刮削岩石时，金刚石层边缘所受的旋转冲击和向下的压力，其分力正好沿金刚石平面方向，全部作用在金刚石层上，容易造成金刚石层的崩缺，特别是遇到破碎岩层，钻头抖动等情况，PDC的金刚石层由于结构关系极易从边缘沿平面崩缺，造成PDC较早失效，使PDC的寿命大幅下降。因此要提高PDC的使用寿命，必须提高PDC的抗冲击性能，一种方法是改变配方和生产工艺，使聚晶金刚石层结合更牢，另一种方法是对其结构进行改进，使得PDC在使用过程中把PDC所受的冲击力分解掉。本适用新型就是通过改变PDC结构使PDC的抗冲击能力大幅增强。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足而提供一种具有高抗冲击性能的弧面聚晶金刚石复合片。

为解决上述问题，本实用新型所设计的弧面聚晶金刚石复合片，主要由聚晶金刚石层和硬质合金基体组成，其不同之处是所述聚晶金刚石层的上表面和下表面均为一上凸的弧面，且上述两弧面相互平行。

上述弧面可以述弧面可以由多个曲率半径不同的圆弧面组合而成，也可以为曲率半径一致的均匀的圆弧面，但为了增强钻头的冲击力，该弧面最好为曲率半径一致的均匀的圆弧面，且该圆弧面的中心位于聚晶金刚石层的中轴线上。

上述方案中，所述圆弧面的最高点与最低点之间的高度差h最好介于0.3mm～5mm之间。

上述方案中，所述聚晶金刚石层的厚度e最好介于0.5mm～3mm之间。

所述聚晶金刚石层与硬质合金之间设有1～5层过渡层。

本实用新型与现有技术相比，其优势在于：

1、聚晶金刚石层的上表面采用上凸的弧面，因此这种弧面PDC在钻进过程中其聚晶金刚石层所受的力，一部分力沿弧面的切线分散出去，没有全部作用在金刚石层上，因此此种结构可有效的减少聚晶金刚石层所受的冲击力，使弧面PDC抗冲击能力大幅度地提高，从而有效提高了金刚石复合齿的使用寿命；2、聚晶金刚石层的上表面与下表面采用相同的结构，且两弧面相互平行；

3、聚晶金刚石层的上表面和下表面均为曲率半径相对较大的圆弧面，使其兼具平面复合片的刮削效率和弧面式聚晶金刚石复合齿高抗冲击性能。经试验此种弧面复合片的抗冲击性能比平面PDC的抗冲击性能至少提高5~10倍。

4、聚晶金刚石层和硬质合金基体的结合采用1～5过渡层结合，该层材料的热膨胀系数界于两者之间，可有效消除PDC焊接过程中热应力集中在结合界面上，造成聚晶金刚石层脱层现象，从而使得聚晶金刚石层和硬质合金基体结合得更牢固，抗冲击性大幅提高。

附图说明

图1为本实用新型一种聚晶金刚石复合齿的结构示意图。

图中标号为：1、聚晶金刚石层；1-1、上表面；1-2、下表面；2、硬质合金基体。

具体实施方式

图1为本实用新型一种弧面聚晶金刚石复合片的结构示意图，其主要由聚晶金刚石层1与硬质合金基体2在超高压高温条件下烧结而成。聚晶金刚石层1的上表面1-1和下表面1-2均为一上凸的弧面，且上述两弧面形状相同，并相互平行。上述弧面可以由多个曲率半径不同的圆弧面组合而成，也可以为曲率半径一致的均匀的圆弧面，其表面应光滑、致密和坚固。在本实用新型优选实施例中，所述聚晶金刚石层1的上表面1-1和下表面1-2均为一个曲率半径一致的均匀的圆弧面，且该圆弧面的中心位于聚晶金刚石层1的中轴线上。上述圆弧面的曲率半径R可根据实际需求选定，为兼顾平面式切割效率和弧面式聚晶金刚石层1的抗冲击性优势，其弧面最高点和最低点的高度差h非常重要，一般h控制在0.3～5mm之间。在本实用新型的最佳实施例中，弧面的最高点位于在聚晶金刚石层1的中心点上，而最低点则位于在聚晶金刚石层1的边缘，其h值为1mm。

聚晶金刚石层1与硬质合金基体2相结合的下表面1-2上可以开设有凹槽、小孔或凹坑等，使两者能够更好地结合在一起，以加强聚晶金刚石复合齿的防冲击性能。此外，聚晶金刚石层1与硬质合金之间设有1～5层过渡 层。无论金刚石复合齿的上表面1-1和下表面1-2为何种形状，两平行的弧面间的距离，即聚晶至金刚石层的厚度e应介于0.5～3mm之间。在本实用新型的优选实施例中，聚晶金刚石层1的上表面1-1和下表面1-2的距离，即聚晶金刚石层1的厚度e为1.5mm。由上述聚晶金刚石层1和硬质合金基体2复合而成的聚晶金刚石复合片为一个弧面球形的圆柱体，该圆柱形的截面直径D介于5～25mm之间。在本实用新型优选实施例中，所述的弧面聚晶复合片的截面直径D为13.44mm，高度H为8mm。