[发明专利]可旋转式聚晶金刚石复合齿及其钻头

说明书

本发明公开一种可旋转式聚晶金刚石复合齿及其钻头，通过在聚晶金刚石复合齿的底部设置弧面内凹孔，并由金属球与钻头体连接在一起，然后通过聚晶金刚石复合齿前方的挡板加以固定，从而能实现聚晶金刚石复合齿在安装孔内的径向灵活旋转和轴向方向有限旋转；径向转动的灵活性能够让整个聚晶金刚石复合齿的聚晶金刚石层的顶面边缘处均参与到切削工作，以提高整个聚晶金刚石复合齿的利用率，这不仅可以最大限度的保持聚晶金刚石复合钻头的快速钻进，而且可以避免聚晶金刚石复合齿过早失效；轴向方向的有限转动能够有效地缓冲外力的对聚晶金刚石复合片的撞击，大幅提高聚晶复合齿的抗冲击性能，提高其使用寿命。

技术领域

本发明涉及聚晶金刚石复合钻头技术领域，具体涉及一种可旋转式聚晶金刚石复合齿及其钻头。

背景技术

聚晶金刚石复合钻头由于其具备高耐磨性能和高抗冲击性能被广泛应用在石油、煤炭以及各种矿物开采和地质勘探等领域。随着社会的发展进步，人们对各类石油、煤炭、矿产资源需求量也越来越大，而市场竞争又使得各企业对资源开采、钻探成本提出了更高的要求，对聚晶金刚石复合钻头的使用寿命和钻进速度要求也越来越高。

目前石油、煤炭以及各种矿物开采和地质勘探所使用的聚晶金刚石复合钻头主要由钻头体和若干个圆片状的聚晶金刚石复合齿组成，每个聚晶金刚石复合齿均通过焊接方式固定在钻头体上。为了钻头在不同角度的提高切削力，这些聚晶金刚石复合齿在钻头体上均成倾斜方式固定，即聚晶金刚石复合齿的中轴线与钻头体的中轴线存在一定的夹角。然而，这种聚晶金刚石复合齿的倾斜安装方式，使得聚晶金刚石复合钻头在钻进时，基本只是利用到聚晶金刚石复合齿顶部聚晶金刚石层的外突一侧半圆弧形边缘的部分(即工作边缘部分)来对岩石进行切削钻进工作，而聚晶金刚石复合齿顶部聚晶金刚石层的其余半圆部分(即非工作边缘部分)则基本不会参与岩石的切削。刚开始时，聚晶金刚石复合齿的工作边缘部分比较锋利，钻进速度非常快。但随着钻进时间不断增加，工作边缘部分被岩石不断磨损而变得越来越钝，而使得该聚晶金刚石复合齿的钻进速度呈抛物线的形式下降，进而造成聚晶金刚石复合齿过早失效。但此时聚晶金刚石复合齿的非工作边缘部分却基本没有磨损，这使得整个聚晶金刚石复合齿的利用率非常低。此外，由于聚晶金刚石复合齿的聚晶金刚石层是由金刚石微粉在金属钴的催化作用下在高温高压环境里烧结而成的，所以聚晶金刚石层里都会含有金属钴成分，由于金属钴的热膨胀系数大概是金刚石的10倍左右。因此聚晶金刚石复合齿通过焊接的方式固定在钻头上的过程中，由于钴和金刚石的热膨胀系数不同，会在金刚石层了产生较大的热应力，应力过大的情况下还会使聚晶金刚石层内部产生微裂纹，降低聚晶金刚石复合片的抗冲击性能。严重的情况下甚至会导致整个聚晶金刚石层脱落。

为了解决上述问题，充分利用聚晶金刚石复合齿的聚晶金刚石层的整个周圈的边缘锋利度，国内外一些厂商设计了一些可旋转的聚晶金刚石复合齿结构。如授权公告号为CN203729882U的中国实用新型专利“一种切削齿自旋式钻头”，其自旋式切削齿(即聚晶金刚石复合齿)由切削头、旋转齿套和旋转装置组成，其中切削头呈T型，旋转齿套呈U型，切削头嵌入到旋转齿套内，并通过旋转装置实现连接。自旋式切削齿的旋转齿套焊接固定在钻头体上。虽然这种结构的自旋式切削齿在切削岩石时能够在钻头体上发生径向方向的旋转，而使得聚晶金刚石层的整个边缘均能够参与切削工作，而使得整个聚晶金刚石层的整圈边缘得以充分利用。但是，由于切削头和旋转齿套采用的是嵌套式结构，切削头与旋转齿套之间不可避免地会在外界冲击力的作用下发生轴向窜动现象。当外界冲击力过大时，轴向窜动现象也会随之增大，这既容易导致切削头的硬质合金部分的崩裂，也容易导致旋转装置出现问题(如弹簧形变难以恢复等)，该自旋式切削齿的整体抗冲击性不佳，使用寿命有待加强。

发明内容

本发明所要解决的是现有可旋转的聚晶金刚石复合齿整体抗冲击性不佳，使用寿命不长的问题，提供一种可旋转式聚晶金刚石复合齿及其钻头。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：