專利名稱：一種聚晶金剛石復(fù)合片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于鉆井工程中的鉆井工具特別是聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的聚晶金剛石復(fù)合片，屬于破巖工具上使用的切削元件。
背景技術(shù)：
聚晶金剛石復(fù)合片是鉆井工程中的鉆井工具特別是聚晶金剛石復(fù)
合片鉆頭(即PDC鉆頭)等破巖工具上使用的切削元件，簡稱為復(fù)合片或PDC齒或切削齒。
聚晶金剛石復(fù)合片由聚晶金剛石層與基體(基體材料通常為硬質(zhì)合金)復(fù)合而成。聚晶金剛石層極高的硬度使其具有很好的耐磨損能力。同時(shí)，由于聚晶金剛石層的硬度遠(yuǎn)高于基體材料的硬度，在復(fù)合片切削巖石的過程中，聚晶金剛石層的磨損速度低于基體的磨損速度，所以復(fù)合片具有良好的磨損自銳功能。聚晶金剛石層的外端面是復(fù)合片上最重要的切削工作表面，故稱為復(fù)合片的金剛石層工作表面或工
目前，PDC鉆頭等破巖工具上所使用的聚晶金剛石層工作表面一般均為平面(見圖3、圖4)。復(fù)合片由聚晶金剛石層1和硬質(zhì)合金基體2復(fù)合而成。復(fù)合片鑲焊在鉆頭體3或其它鉆井工具上。
復(fù)合片的工作表面形狀與其吃入地層的難易程度密切相關(guān)。通常情況下，復(fù)合片的橫截面(所在平面平行于柱面所有直母線)面積不變時(shí)，如復(fù)合片以縱向模式工作，即復(fù)合片工作表面的母線與鉆進(jìn)方向成銳角時(shí)，工作表面為曲面的復(fù)合片比工作表面為平面的復(fù)合片更容易吃入地層、破巖效率更高；如復(fù)合片以橫向模式工作，即復(fù)合片工作表面的母線與鉆進(jìn)方向垂直時(shí)，復(fù)合片磨損變鈍后其前傾角會(huì)逐漸減小，從而彌補(bǔ)其吃入地層能力，工作表面為曲面的復(fù)合片比工作表面為平面的復(fù)合片有更強(qiáng)的鈍化補(bǔ)償能力和特殊地層適應(yīng)能力。所以，復(fù)合片的工作表面為曲面時(shí)比工作表面為平面時(shí)綜合性能要好。發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了提高復(fù)合片吃入地層能力、破巖效率、 鈍化補(bǔ)償能力和特殊地層適應(yīng)能力，進(jìn)而提高PDC鉆頭或其它鉆頭及 工具的整體性能和工作效率，特提供一種聚晶金剛石復(fù)合片。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型解決此技術(shù)問題所采用的技術(shù)方 案是 一種聚晶金剛石復(fù)合片，是由聚晶金剛石層和基體組成，其特 征在于復(fù)合片的聚晶金剛石層工作表面即聚晶金剛石層外端面為柱 面，柱面的準(zhǔn)線為曲線，基體為硬質(zhì)合金；復(fù)合片鑲焊在鉆頭體或鉆 井工具上，復(fù)合片固結(jié)于鉆頭或鉆井工具上時(shí)，其工作表面的母線與 鉆頭軸線即鉆進(jìn)方向成銳角，稱為縱向工作模式；復(fù)合片固結(jié)于鉆頭
或鉆井工具上時(shí)，其工作表面的母線與鉆頭軸線垂直，稱為橫向工作 模式。
復(fù)合片的金剛石層工作表面為柱面，聚晶金剛石層工作表面的準(zhǔn) 線呈一段圓弧、或是兩端圓弧中間直線段連接成的曲線段、或是兩段 成非平角的直線段連接成的曲線段、或是兩端直線段中間圓弧段連接
成的曲線段、或是兩段圓弧連接成的曲線段、或是3至12段圓弧連接 成的曲線段、或是3至12段直線段連接成的曲線段、或是3至8段直 線段與3至8段圓弧相間連接成的曲線段的一種。
本實(shí)用新型的有益效果是(1)采用縱向工作模式時(shí)，新型復(fù)合 片吃入地層巖石的能力明顯高于工作表面為平面的復(fù)合片，有利于提 高鉆頭的破巖效率；(2)采用橫向工作模式時(shí)，新型復(fù)合片的鈍化補(bǔ) 償能力和特殊地層適應(yīng)能力均明顯高于切削表面為平面的復(fù)合片，有 利于提高鉆頭的破巖效率；(3)新型復(fù)合片提供了外凸形的工作表面， 這種結(jié)構(gòu)的復(fù)合片可以使巖屑更容易從工作表面脫離，有利于改善PDC 齒的冷卻，減少泥包現(xiàn)象的發(fā)生；(4)新型復(fù)合片的工作表面的柱面 幾何形狀選擇余地大，固結(jié)于鉆頭或鉆井工具上時(shí)工作表面的母線擺 放傾角選擇性也大，在鉆頭設(shè)計(jì)時(shí)可以更方便地根據(jù)地層的巖石性質(zhì)， 通過調(diào)整或選擇工作表面形狀及母線角度，使其更有效地適應(yīng)地層破碎巖石。

圖1為本實(shí)用新型聚晶金剛石復(fù)合片固結(jié)于鉆頭上的示意圖。圖中1.聚晶金剛石層，2.基體，3.鉆頭體。
圖2為聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的刀翼布齒結(jié)構(gòu)示意圖。圖中4.工作表面。
圖3為常規(guī)工作表面為平面的聚晶金剛石復(fù)合片的示意圖。
圖4為常規(guī)工作表面為平面的聚晶金剛石復(fù)合片的平視示意圖。
圖5為本實(shí)用新型聚晶金剛石復(fù)合片的工作表面的準(zhǔn)線是一段圓弧時(shí)的平視示意圖
圖6為本實(shí)用新型聚晶金剛石復(fù)合片的工作表面的準(zhǔn)線是兩端圓弧中間直線段連接成的曲線段時(shí)的平視示意圖
圖7為本實(shí)用新型聚晶金剛石復(fù)合片的工作表面的準(zhǔn)線是兩段成非平角的直線段連接成的曲線段時(shí)的平視示意圖
圖8為本實(shí)用新型聚晶金剛石復(fù)合片的工作表面的準(zhǔn)線是兩端直線段中間圓弧段連接成的曲線段時(shí)的平視示意圖
圖9為本實(shí)用新型聚晶金剛石復(fù)合片的工作表面的準(zhǔn)線是兩段圓弧連接成的曲線段時(shí)的平視示意圖
圖10為本實(shí)用新型聚晶金剛石復(fù)合片的工作表面的準(zhǔn)線是3至12段圓弧連接成的曲線段時(shí)的平視示意圖
圖11為本實(shí)用新型聚晶金剛石復(fù)合片的工作表面的準(zhǔn)線是3至12段直線段連接成的曲線段時(shí)的平視示意圖。
圖12為本實(shí)用新型聚晶金剛石復(fù)合片的工作表面的準(zhǔn)線是3至8段直線段與3至8段圓弧相間連接成的曲線段時(shí)的平視示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)。一種聚晶金剛石復(fù)合片，它與工作表面為平面的復(fù)合片一樣包括聚晶金剛石層1和基體2，所不同的是工作表面為平面的復(fù)合片的工
作表面4是單一平面，而本實(shí)用新型提出的復(fù)合片的工作表面4為柱
面。由于這種復(fù)合片與巖石相作用時(shí)，如其工作表面的母線與鉆進(jìn)方 向成銳角，其與巖石相接觸的切削刃區(qū)域較窄，能夠在巖石上形成極
高的接觸應(yīng)力，有利于吃入地層；如其工作表面的母線與鉆進(jìn)方向垂 直，則鉆進(jìn)時(shí)隨著復(fù)合片的磨損，其切削前傾角會(huì)逐漸減小，隨著磨 損和地層的深入其吃入能力能得到補(bǔ)增。所以，新型復(fù)合片吃入地層 能力、破巖效率、鈍化補(bǔ)償能力和特殊地層適應(yīng)能力均明顯高于工作 表面為平面的復(fù)合片，有利于提高鉆頭整體性能和工作效率。
圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖ll、圖12是新型聚晶金
剛石復(fù)合片的一種，金剛石層工作表面的準(zhǔn)線呈一段圓弧、或是兩端 圓弧中間直線段連接成的曲線段、或是兩段成非平角的直線段連接成 的曲線段、或是兩端直線段中間圓弧段連接成的曲線段、或是兩段圓 弧連接成的曲線段、或是3至12段圓弧連接成的曲線段、或是3至12 段直線段連接成的曲線段、或是3至8段直線段與3至8段圓弧相間 連接成的曲線段，復(fù)合片的金剛石層工作表面為柱面。
新型復(fù)合片固結(jié)于鉆頭體或鉆井工具上時(shí)，其工作表面的母線與 鉆頭或鉆井工具的軸線(即鉆進(jìn)方向)垂直或成銳角。
新型復(fù)合片不僅可用于PDC鉆頭，也適用于需要以聚晶金剛石復(fù) 合片為耐磨切削元件的其它鉆井用鉆頭或工具。
權(quán)利要求1. 一種聚晶金剛石復(fù)合片，是由聚晶金剛石層和基體組成，其特征在于復(fù)合片的聚晶金剛石層(1)的工作表面(4)即聚晶金剛石層外端面為柱面，柱面的準(zhǔn)線為曲線，基體(2)為硬質(zhì)合金；復(fù)合片鑲焊在鉆頭體(3)或鉆井工具上，復(fù)合片固結(jié)于鉆頭或鉆井工具上時(shí)，其工作表面(4)的母線與鉆頭軸線即鉆進(jìn)方向成銳角；或其工作表面(4)的母線與鉆頭軸線垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚晶金剛石復(fù)合片，其特征 是聚晶金剛石層(1 )的工作表面(4 )的準(zhǔn)線是一段圓 弧、或是兩端圓弧中間直線段連接成的曲線段、或是兩段成 非平角的直線段連接成的曲線段、或是兩端直線段中間圓弧 段連接成的曲線段、或是兩段圓弧連接成的曲線段、或是3至12段圓弧連接成的曲線段、或是3至12段直線段連接成的 曲線段、或是3至8段直線段與3至8段圓弧相間連接成的 曲線段的一種。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于鉆井工程中鉆井工具的聚晶金剛石復(fù)合片。它能提高復(fù)合片吃入地層能力、破巖效率、鈍化補(bǔ)償能力和特殊地層適應(yīng)能力，進(jìn)而提高鉆頭的整體性能和工作效率。其技術(shù)方案是復(fù)合片的聚晶金剛石層工作表面為柱面，柱面的準(zhǔn)線為曲線，基體為硬質(zhì)合金；復(fù)合片固結(jié)于鉆頭或鉆井工具時(shí)，其工作表面的母線與鉆頭軸線成銳角，為縱向工作模式；或其工作表面的母線與鉆頭軸線垂直，為橫向工作模式。采用縱向模式，復(fù)合片吃入地層巖石的能力高，采用橫向模式，復(fù)合片的鈍化補(bǔ)償能力和特殊地層適應(yīng)能力高，均有利于提高鉆頭的破巖效率。本實(shí)用新型用于PDC鉆頭，也適用于其它鉆井用鉆頭或工具，作破巖工具上使用的切削元件。
文檔編號E21B10/46GK201314198SQ20082022336
公開日2009年9月23日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者任海濤, 周學(xué)軍, 恒 曾, 楊迎新, 敏 林, 范曉勒, 煉 陳, 捷 馬 申請人:西南石油大學(xué);四川川石·克銳達(dá)金剛石鉆頭有限公司