[实用新型]一种聚晶金刚石复合片及采用此复合片的钻头

说明书

本实用新型公开了一种聚晶金刚石复合片及采用此复合片的钻头，本实用新型聚晶金刚石复合片由基体和聚晶金刚石层组成，其特征是：复合片聚晶金刚石层的长宽不等，且其切削工作面为具有棱脊的曲面；在PDC钻头以及包含固定刀翼的复合钻头上采用所述复合片，能够增强PDC齿切削岩石时的比压，增强齿吃入地层岩石的能力，同时显著增加齿的可磨损高度，提升齿的工作寿命。此外，新型复合片具有自平衡作用，可在一定程度上减少钻头横向力，有效提高钻头的工作性能。

技术领域

本实用新型属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻井设备技术邻域，具体涉及针对硬地、难钻地层的一种新型聚晶金刚石复合片及采用此复合片的钻头。

背景技术

聚晶金刚石复合片是钻井工程中的钻井工具、破岩工具上使用的切削元件，简称为复合片或PDC齿。常规聚晶金刚石复合片通常由聚晶金刚石层与基体（基体材料通常为硬质合金）在高温高压下复合而成，因此复合片既具有聚晶金刚石层有高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性。

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；复合片的工作面与侧面的交线为复合片的切削刃轮廓线。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，一般情况下，切削刃轮廓线与岩石相接触的区域越小，复合片吃入地层就越容易。

新钻头切削齿的切削刃轮廓线为曲线，与岩石接触的齿尖轮廓曲率半径小，切削齿容易吃入地层；当切削齿有磨损后，切削齿变钝，切削齿与岩石接触的轮廓线曲率半径变大或变为直线，接触范围变大，切削齿难以有效地吃入地层，破岩效率降低，从而降低机械钻速。当钻头钻进硬地层、高研磨性地层、软硬交错夹层、砾夹层、破碎岩层等地层时，传统复合片的聚晶金刚石层通常为平整的圆形，齿与切削岩石之间的比压较小，且容易因受振动而发生聚晶金刚石层的成块或整体脆崩脱落，切削齿磨损加快，极易出现聚晶金刚石层的碎裂、脱层甚至剥落，从而导致整个钻头的失效。

发明内容

本实用新型的目的在于针对硬地层、高研磨性地层、软硬交错夹层、砾夹层等地层提供一种适用于难钻地层的聚晶金刚石复合片及采用此复合片的钻头。

本实用新型的技术方案如下：

一种聚晶金刚石复合片及采用此复合片的钻头，聚晶金刚石复合片由基体和聚晶金刚石层组成，其特征是：复合片金刚石层的长宽不等，切削工作面为具有棱脊形状的曲面；

本专利中，为了便于理解，参考图示，如图所示基体横截面长度L，宽度B，切削刃高度h, 切削刃宽度w，棱线偏角为。切削齿切削刃（或称切削齿刃、切削刃或齿刃）是指聚晶金刚石层的工作面与侧面的交线；棱线是指切削齿工作面上两相邻曲面之间的交线，如图8（b）中所示的直线71；棱脊是指棱线附近的凸起区域，其中，棱脊可只包含一条棱线及其附近的凸起区域，也可包含多条棱线以及这些棱线共同构成的突起区域；棱脊基准线是指棱脊两外侧棱线之间切削刃中点M处切削刃的法线MN,如图8（b）所示；棱脊宽度w是指在垂直于棱脊方向的平面内该棱脊最外侧两棱线与该平面两交点之间的距离，如图1所示；棱脊高度h是指棱脊最高点到齿刃最低点沿切削齿中心轴线的距离，如图2所示；棱线偏角是指在切削齿俯视平面内，棱线投影与棱脊基准线投影之间的夹角。

上述方案中，聚晶金刚石复合片工作面不再为平面，而是一个具有外凸棱脊的曲面，以棱脊切入地层时获得高比压，且切削齿以犁削的方式破岩，其吃入地层的能力大大增强；复合片在具有抗冲击能力强的同时也具有自平衡作用，可在一定程度上减少其横向力。

作为选择，所述基体横截面为椭圆形，在聚晶金刚石层工作曲面形成棱脊。

上述方案中，显著增加齿的可磨损高度，提升齿的工作寿命。

作为选择，复合片工作面上设有一个棱脊，棱脊两侧的曲面为平面或内凹曲面。作为较优的选择，棱脊两侧的曲面为内凹的柱面，特别是圆柱面。