[发明专利]一种用于钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片

说明书

技术领域

本发明属于钻井设备技术领域，涉及一种用于钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片。

背景技术

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(即PDC钻头)等破岩工具上使用的切削元件，简称为复合片或PDC齿。如图8所示，聚晶金刚石复合片通常为圆柱体，由聚晶金刚石层5与基体6(基体材料通常为硬质合金)复合而成。基体6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7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)。

如图10所示，PDC钻头等破岩工具上通常使用多个聚晶金刚石复合片8作为切削元件，各复合片8通过焊接等方式连接在钻头体4上。当钻头钻井时，多个复合片8同时工作以实现钻头对岩石7的切削。

在实际钻进过程中，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7的形貌又是十分复杂的。因此，不仅各复合片的金刚石工作平面会与岩石7发生接触，而且复合片的侧面也可能与岩石7相接触。通常，PDC齿的侧面与岩石7之间的接触是应当尽量避免的。因为PDC齿侧面与岩石7的接触会降低作用在PDC齿工作平面上的有效工作钻压，从而减弱PDC齿对岩石7的吃入能力。

另一方面，如图11所示，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PDC齿与岩石7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PDC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

本发明的目的在于提供一种聚晶金刚石复合片，以减小复合片侧面与岩石接触的可能性，并减小复合片磨损面的面积，从而达到增强复合片吃入地层的能力，提高钻头破岩效率的目的。

本发明的技术方案如下：

一种用于钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片，该复合片为圆柱体，包括聚晶金刚石层和与之相复合的基体，该复合片的基体被一个外凸曲面斜向切割后所剩余的部分构成，切割后的侧面由原有的圆柱面和新生的外凸曲面组成，使所述复合片本体具有大小两头端，其中具有聚晶金刚石层的一端为大头端，另一端为小头端。

如图9-1、9-2所示，采用上述结构，与传统的圆柱形复合片相比，在相同的磨损高度所得到的磨损面面积小于常规复合片的磨损面面积，这样在外力不变的情况下，PDC齿与岩石的接触面变小了，压强变大，吃入能力明显增强。同时该复合片的基体被一个外凸曲面斜向切割去一部分后，基体侧面上的点与岩石之间的距离增加，使复合片侧面与岩石相接触的机会减少，有利于增加有效工作钻压，提高钻头的破岩效率。

所述外凸曲面为锥面。

所述外凸曲面为柱面。

所述基体的底面为缺月形。

有益效果：本发明与传统结构相比减少了复合片侧面与岩石7相接触的机会，此外，当复合片在切削岩石7过程中发生磨损时，能减小PDC复合片磨损面的承压面积，增加与PDC复合片磨损面相作用的岩石上的比压，因而有利于增强复合片吃入地层的能力，提高钻头的破岩效率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明外凸曲面为锥面的立体图；

图2为图1的主视图；

图3为图1的俯视图；

图4为图1的右视图；

图5为本发明外凸曲面为柱面的主视图；

图6为图5的俯视图；

图7为图5的右视图；

图8为背景技术中原聚晶金刚石复合片的结构示意图；

图9-1、9-2为改进前后磨损面的对比图；

图10为本发明安装在钻头体上的结构示意图；

图11为本发明的使用状态图；。

具体实施方式