一种聚晶金刚石复合片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备技术领域，具体的讲涉及一种聚晶金刚石复合片。
【背景技术】
[0002]聚晶金刚石复合片是钻井工程中的钻井工具特别是聚晶金刚石复合片钻头(SPPDC钻头)等破岩工具上使用的切削元件，简称为复合片或roc齿或切削齿。
[0003]聚晶金刚石复合片通常为圆柱体，由聚晶金刚石层与基体(基体材料通常为硬质合金)复合而成。基体的外表面包括一个侧面和底面，侧面通常为圆柱面，底面通常为平面。聚晶金刚石层极高的硬度使其具有很好的耐磨损能力。同时，由于聚晶金刚石层的硬度远高于基体材料的硬度，在复合片切削岩石的过程中，聚晶金刚石层的磨损速度低于基体的磨损速度，所以复合片具有良好的磨损自锐功能。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(在忽略复合片工作面边缘倒角时即为金刚石层外端面的轮廓线)。
[0004]在实际钻进过程中，PDC钻头除了旋转钻进运动外，通常还存在各种复杂的振动，而井底岩石的形貌又是十分复杂的。因此，不仅钻头上各复合片的金刚石工作平面会与岩石发生接触，而且复合片的侧面也可能与岩石相接触。通常，PDC齿的侧面与岩石之间的接触是应当尽量避免的。因为roc齿侧面与岩石的接触会降低作用在roc齿工作平面上的有效工作钻压，从而减弱roc齿对岩石的吃入能力。
[0005]另一方面，随着钻头钻进过程的不断延续，PDC齿不断发生磨损。最典型的磨损方式是在roc齿与岩石相接触部位磨出一个平面或接近于平面的区域，一般称该区域为roc齿的磨损平面或磨损面。随着PDC齿磨损面的形成和不断扩展，磨损面的面积越来越大，越来越多的钻压被PDC齿的磨损面所承受，作用于PDC齿上的破岩有效钻压越来越小，吃入地层的能力就越来越差。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是:为了减小复合片侧面与岩石的接触，并减小复合片磨损面的面积，达到增强复合片吃入地层的能力，提高钻头破岩效率，特提供一种聚晶金刚石复合片。
[0007]本实用新型的技术方案如下:
[0008]—种聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层和与之相复合的基体，所述复合片基体的侧面开有曲面凹槽，其特征在于:在垂直于复合片轴线的横截面上，曲面凹槽的横截轮廓线位于基体的圆柱轮廓之内。
[0009]本实用新型与现有的技术相比具有以下有益效果:
[0010](I)复合片基体的侧面开有曲面凹槽，曲面凹槽的横截轮廓线在基体的圆柱轮廓以内，减少了复合片侧面与岩石相接触的机会，有利于增强切削齿对井底岩石的吃入，提高钻头的钻速。
[0011](2)曲面凹槽的横截轮廓线在基体的圆柱轮廓以内，当复合片在切削岩石过程中发生磨损时，能减小复合片磨损面的承压面积，增加与复合片磨损面相作用的岩石上的比压。
[0012]所述曲面凹槽的表面为双曲抛物面。
[0013]所述曲面凹槽的表面为单叶双曲面。
【附图说明】
[0014]本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
[0015]图1为本实用新型的结构不意图。图中:1、聚晶金刚石，2、基体，3、曲面凹槽；
[0016]图2为本实用新型的侧向不意图；
[0017]图3为本实用新型的横断视图。图中:4、曲面凹槽的横截轮廓线，5、复合片基体的圆柱轮廓；
[0018]图4为本实用新型的曲面凹槽的表面为双曲抛物面时的凹槽曲面示意图；
[0019]图5为普通复合片有磨损时磨损面的示意图。图中:6、磨损面；
[0020]图6为本实用新型有磨损时磨损面的示意图；
[0021]图7为本实用新型刮切岩石时的示意图；图中:7、岩石。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
[0023]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0024]如图1、2、3所示:一种聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层I和与之相复合的基体2，所述复合片基体2的侧面开有曲面凹槽3，其特征在于:垂直于复合片轴线的平面横截复合片时，曲面凹槽3的横截轮廓线4在基体的圆柱轮廓5以内。
[0025 ]如图4所示，所述曲面凹槽3的表面为双曲抛物面。
[0026]所述曲面凹槽3的表面为单叶双曲面。
[0027]图5、图6分别是普通复合片和本实用新型磨损后的磨损状态。对比两图，在相同的磨损高度下，本实用新型磨损后的磨损面6的面积小于普通复合片磨损后的磨损面积。这样，在外力不变的情况下，本实用新型能减小复合片磨损面的承压面积，增加与复合片磨损面相作用的岩石上的比压，有利于增强切削齿对井底岩石的吃入，提高钻头的钻速。
[0028]图7为本实用新型刮切破岩时的工作情况。复合片基体的侧面开有曲面凹槽，曲面凹槽的横截轮廓线在基体的圆柱轮廓以内，减少了复合片侧面与岩石相接触的机会。
[0029]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层(I)和与之相复合的基体(2)，所述复合片基体(2)的侧面开有曲面凹槽(3)，其特征在于:在垂直于复合片轴线的横截面内，曲面凹槽(3)的横截轮廓线(4)在基体的圆柱轮廓(5)以内。2.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片，其特征在于:所述曲面凹槽(3)的表面为双曲抛物面。3.根据权利要求1所述的一种聚晶金刚石复合片，其特征在于:所述曲面凹槽(3)的表面为单叶双曲面。
【专利摘要】本实用新型公开了一种聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层(1)和与之相复合的基体(2)，所述复合片基体(2)的侧面开有曲面凹槽(3)，垂直于复合片轴线的平面横截复合片时，曲面凹槽(3)的横截轮廓线(4)在基体的圆柱轮廓以内(5)。曲面凹槽(3)减少了复合片侧面与岩石相接触的机会；当复合片发生磨损时，能减小复合片磨损面的承压面积，增加与复合片磨损面相作用的岩石上的比压；曲面凹槽(3)能增强复合片吃入地层的能力，提高钻头的破岩效率。
【IPC分类】E21B10/46
【公开号】CN205172444
【申请号】CN201520888917
【发明人】杨迎新, 何勇, 林敏 , 董丽娟, 周子人
【申请人】西南石油大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月10日