[发明专利]一种石油钻探用非平面聚晶金刚石复合片及钻头

说明书

本发明属于超硬复合材料技术领域，主要涉及石油钻探、矿区掘进等工程设备，尤其涉及一种石油钻探用非平面聚晶金刚石复合片及钻头，包括聚晶金刚石层及复合包裹于聚晶金刚石层底部的硬质合金基体，所述聚晶金刚石层暴露至外界的顶面由至少两个表面结构组成，且表面结构与聚晶金刚石层的周向外缘面构成数个周向分布于聚晶金刚石层周向外缘面的切削刃，切削刃呈沿聚晶金刚石层径向延伸设置；且至少一个切削刃的两侧聚晶金刚石层及硬质合金基体上分布有一体延伸的非水平面结构。本发明造型独特，而且能够有效延长钻头寿命，提高钻头在极硬、塑性等难钻进地层的吃入能力及钻进效率，降低钻探成本。

技术领域

本发明属于超硬复合材料技术领域，主要涉及石油钻探、矿区掘进等工程设备，尤其涉及一种石油钻探用非平面聚晶金刚石复合片及钻头。

背景技术

聚晶金刚石复合片（PDC）是由聚晶金刚石微粉与硬质合金基体在高温高压环境下烧结而成，其问世成为聚晶金刚石应用技术发展史上一个重要的里程碑。目前，PDC作为超耐磨切削元件广泛应用于石油、天然气钻探等领域。

随着勘探理念的创新发展，非常规油气勘探取得迅猛发展，较深复杂地层使用的钻头设计及PDC的性能需要不断提升，尤其是钻进极硬、塑性等难钻进地层，往往会因难吃入等，出现钻进慢，甚至卡钻等问题。

鉴于上述的极难钻探地层，申请号为201520471001.4、201720243420.1、201721524171.X均提供一种克服硬地层难钻进、排屑等曲面结构异形齿，但相应技术方案在极硬、塑性等难钻进地层的吃入能力及钻进效率尚有欠缺。

发明内容

本发明的目的是提供一种石油钻探用非平面聚晶金刚石复合片及钻头，本发明造型独特，而且能够有效延长钻头寿命，提高钻头在极硬、塑性等难钻进地层的吃入能力及钻进效率，降低钻探成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种石油钻探用非平面聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层及复合包裹于聚晶金刚石层底部的硬质合金基体，所述聚晶金刚石层暴露至外界的顶面由至少两个表面结构组成，且表面结构与聚晶金刚石层的周向外缘面构成数个周向分布于聚晶金刚石层周向外缘面的切削刃，切削刃呈沿聚晶金刚石层径向延伸设置；且至少一个切削刃的两侧聚晶金刚石层及硬质合金基体上分布有一体延伸的非水平面结构。

所述切削刃在聚晶金刚石层的周向外缘面的周向分布，至少应包括切削刃之间呈环形分布或非环形分布的方式。切削刃的数量至少应当为1-5个，当然也不排除更多数量切削刃的成型以及排布方式。

优选的，所述切削刃两侧的非水平面结构之间呈10°-179°夹角。

优选的，所述切削刃两侧的非水平面结构与硬质合金基体的轴线夹角呈1°-89°夹角。

优选的，所述切削刃两侧的非水平面结构的最小间距为聚晶金刚石层圆周长度的1/30-3/5。

优选的，所述切削刃两侧的非水平面结构呈斜平面、曲面或两者的组合。

优选的，所述表面结构包括斜平面、曲面或两者的组合。

优选的，所述曲面呈外凸状或内凹状或两者的组合。

包括上述石油钻探用非平面聚晶金刚石复合片的钻头，所述钻头包括开设有水道的钻头体，钻头体上周向设置有多条刀翼以及连通水道的水眼，所述非平面聚晶金刚石复合片的硬质合金基体与刀翼上远离钻头体的侧面连接。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：利用本发明所述的非平面聚晶金刚石复合片作为钻头的耐磨齿，可以利用其结构独特的切削刃来降低PDC工作区域的磨削热，减少崩齿现象的发生，提高岩层吃入能力及机速，可有效提高钻井钻进效率、降低成本。

附图说明