[实用新型]复合齿

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种石油、天然气、矿山及地热资源钻探领域，尤其涉及一种聚晶金刚石复合片钻头上所用的复合齿。

背景技术

在地下资源钻探工程中，最常见的钻井钻头有三牙轮钻头和聚晶金刚石复合片钻头两种。聚晶金刚石复合片钻头英文为Polycrystalline Diamond Compact bit，因此，通常将其称为PDC钻头。

岩石的剪切强度通常远远小于其抗压强度，显然采用剪切方式破碎岩石比用压碎方式要容易而有效的多。PDC钻头的复合片切削结构正是利用了岩石这一力学特性，采用安装在钻头体上的切削齿通过犁削方式来破碎岩石，从而达到了快速钻井的目的。

由于地下岩石的组成成分非常复杂且多变，经常含有很高比例的石英，或者非常致密，普通材料甚至硬质合金材料做成的切削元件在破碎岩石时都很容易磨损，为了提高PDC钻头切削齿的使用寿命，图1公开了聚晶金刚石-硬质合金复合片3和聚晶金刚石-硬质合金复合齿4作为PDC钻头切削齿，所述聚晶金刚石-硬质合金复合齿4由一层聚晶金刚石和硬质合金本体通过高温超高压的工艺条件下烧结而成。其利用聚晶金刚石的极高耐磨性以及硬质合金的良好韧性及可焊性。

现有技术的聚晶金刚石复合齿的典型外观为下部为圆柱体，上部为球顶，中部为锥体(有时没有)，下部为硬质合金基体。聚晶金刚石层最大外径与硬质合金的最大外径一致。人们尝试采取了不同方法来提高复合齿的性能。如申请(专利)号为201320435384.0通过改进聚晶金刚石与硬质合金接触面的结构，以提高聚晶金刚石层与硬质合金本体的结合强度，达到提高复合齿抗冲击性的目的。如申请(专利)号201120180532.X公开了在金刚石层的前端增设一个圆锥体以避免卡钻事故的复合齿结构。

PDC钻头1通常包括3-6个刀翼2和5-9水孔5。一般采用钎焊工艺在每个刀翼上焊接一些金刚石复合片3。对于抗压强度非常高的地层，有的PDC钻头上还镶嵌了金刚石复合齿4。如美国专利US2012205163公开了一种包含锥形复合齿的PDC钻头切削结构，其目的在于利用其所述的锥形复合齿的锥顶部位对地层岩石进行预破碎，以达到提高钻井速度的目的。美国专利US8851207也公开了一种刀翼上设有凿入切削元件的PDC钻头结构，也是为了达到相同的目的。

如图2所示，现有技术的复合齿为了提高锥形复合齿4的预破碎效率，通常锥形复合齿4的锥形部分高度较高，其圆锥体与圆柱体结合部位成尖角，内部应力很大；且复合齿安装在PDC钻头体上时，圆锥体部分完全露出，当锥顶部位接触岩石、犁削岩石时，复合齿受到很大的横向力，因此存在复合齿的锥形部分与圆柱部分断裂的风险。而且，由于现有技术的锥形复合齿底面与柱面夹角成90°，在将锥形复合齿压入到PDC钻头体的齿孔时，齿孔孔壁容易损坏，因固齿力不足而导致复合齿脱落。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种复合齿，所述复合齿具有较高的抗弯强度，而且不易从齿孔脱落。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：一种复合齿，其包括齿本体和锥球形金刚石层；

所述齿本体包括球状顶部、圆台部、承载过渡部、圆柱体、导向过渡部和导向体；

所述导向体为圆台状回转体，所述导向过渡部固定于所述导向体直径较大的一端；

所述圆柱体固定于所述导向过渡部上；所述圆柱体的回转轴线与所述导向过渡部和所述导向体的轴线重合；

所述承载过渡部固定于所述圆柱体上；

所述圆台部的直径较大的一端固定于所述承载过渡部上；

所述球状顶部固定于所述圆台部的另一端上，且所述球状顶部与所述圆台部的旋转轴线重合，且母线相切；

所述承载过渡部与所述圆台部和所述圆柱体圆滑连接；

所述锥球形金刚石层覆盖于所述球状顶部和圆台部上。

可选的，所述承载过渡部为回转体，所述承载过渡部的回转轴线与所述圆柱体和所述圆台部的回转轴线重合；所述承载过渡部的上表面和下表面平行，且所述承载过渡部的母线为向外凸出的弧线。

可选的，所述承载过渡部的上表面和下表面之间具有第一夹角，所述第一夹角为小于30度的锐角。

可选的，所述导向过渡部与所述圆柱体和所述导向体圆滑连接。

可选的，所述圆台部的锥角为30°-150°。

可选的，所述球状顶部的球径为2-10mm。

可选的，所述导向体的母线与其回转轴线之间的夹角为15-45°。

可选的，所述锥球形金刚石层的厚度为0.5-5mm。