[发明专利]一种钻探用高效排屑预成形聚晶金刚石复合片

说明书

本发明公开了一种钻探用高效排屑预成形聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层及与聚晶金刚石层相粘结的硬质合金基支撑体；所述的聚晶金刚石层包括上表面和外缘表面，所述的上表面与外缘表面的交界区域形成中心放射状的切削刃齿和排屑凹槽；所述切削刃齿与排屑凹槽以一定角度方向相连且均沿径向延伸呈环形分布。本发明的结构具有较强的锋利度及高效的排屑优势，其可大幅度提高钻进效率且防止发生泥包现象，确保钻井平台操控的平稳性。

技术领域

本发明属于超硬复合材料技术领域，尤其涉及一种钻探用高效排屑预成形聚晶金刚石复合片，主要用于石油钻井、工程掘进和探矿等领域。

背景技术

金刚石以其超高的硬度、耐磨性被视为理想的钻进材料和切削加工材料，而聚晶金刚石复合片（PDC）的问世则成为金刚石应用技术发展史上一个重要的里程碑。目前，PCD复合片作为超耐磨切削元件已在旋转钻头、金刚石钻头等工具中使用，其广泛应用于石油、天然气钻探等领域。随着勘探理念转变、创新，非常规油气（比如页岩油、气等）勘探取得迅猛发展，较深复杂地层使用的钻头设计及其聚晶金刚石复合片的性能需要不断提升，尤其是钻进坚硬岩层、坚韧夹层等地层，往往会因难进尺、排屑不通畅等，出现崩齿，甚至卡钻等严重钻井事故。

鉴于上述的极难钻探地层且钻头易出现崩齿问题，专利CN200820070865.5提供一种解决因裂纹在表面扩展致使崩齿问题，而在高效排屑方面尚不能胜任。本发明提出一种钻探用高效排屑预成形聚晶金刚石复合片，利用其锋利切削刃齿及畅达的排屑结构予以综合解决难钻进、崩齿、泥包等难题。

发明内容

本发明的目的在于通过改变PCD复合片的聚晶金刚石层的上表面及外缘表面结构，提供一种极锋利的钻探用高效排屑预成形聚晶金刚石复合片，此PCD复合片在用于难钻探地层中可克服难钻进、减少崩齿问题，避免发生泥包等钻井事故，提高钻头寿命及钻井平台的操控平稳性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种钻探用高效排屑预成形聚晶金刚石复合片，其包括聚晶金刚石层及与聚晶金刚石层相粘结的硬质合金支撑体。其中，所述聚晶金刚石层包括上表面及外缘表面，所述上表面与外缘表面在至少部分交界区域形成切削刃齿和排屑凹槽。

进一步，所述的切削刃齿与聚晶金刚石层外缘表面成一定角度且大于或等于90°。

进一步，所述的切削刃齿高不低于0.3mm、径向长度不小于0.5 mm。

进一步，所述的切削刃齿和排屑凹槽沿径向延伸呈环形分布。

进一步，所述排屑凹槽与聚晶金刚石层外缘表面成一定角度且大于或等于90°。

进一步，所述的切削刃齿、排屑凹槽与外缘表面之间设有倒角或无倒角。

进一步，所述的切削刃齿与排屑凹槽之间的纵向夹角小于60°。

进一步，所述聚晶金刚石层上表面中心部位存在容屑凹槽。

进一步，所述容屑凹槽呈圆形、方形等。

进一步，所述容屑凹槽深度小于聚晶金刚石厚度1/10。

本发明的有益效果为：本发明在钻采钻进过程中，利用此高效排屑预成形聚晶金刚石复合片作为耐磨切削元件，其结构存在锋利的切削刃齿和畅达的排屑凹槽或容屑结构，可降低PCD复合片工作区域磨削热，减少崩齿，避免排屑不畅发生泥包等钻井事故，可大幅度提高钻井钻进效率和钻井平台的操控平稳性。

附图说明

图1是本发明中一种无容屑结构的高效排屑预成形聚晶金刚石复合片的结构示意图；

图2是本发明中一种带容屑结构的高效排屑预成形聚晶金刚石复合片的结构示意图；