[发明专利]切削齿及钻头

说明书

本发明提供了一种切削齿及钻头，切削齿包括圆柱形基体，上部结合有超硬层，超硬层顶面有工作面，工作面边缘与倒角面相接，倒角的另一侧是超硬层的侧面，工作面、倒角面和超硬层的侧面上有多个凹坑。超硬层由超级抗研磨材料制造。超级抗研磨材料可以是多晶金刚石。工作面上布置的凹坑可以减少岩石和切削齿之间的接触摩擦。因此可以减少超硬层上切削地层岩石时产生的热量，从而可以减少超硬层的热损伤。这样可以改善切割齿的使用寿命。

技术领域

本发明内容涉及用于石油勘探和钻探的钻头领域的切削齿，具体涉及一种切削齿及钻头。

背景技术

在钻井中开采油气资源或用于其他应用时，常规做法是将钻头连接到钻杆部分的下端连接以形成钻柱。通过从地面旋转钻柱达到旋转钻头与地层相互作用，从而使钻头通过研磨、破碎或剪切作用钻穿地层并经由预定轨迹达到目标区域。许多不同类型的钻头已经被开发出来去钻进前面描述的井。

钻头刀翼上的切削齿通常由硬质材料制成。在典型的钻头中，每个切削齿包含一个细长且通常为圆柱体的碳化钨基体，将该基体固定在一个刀翼表面上的凹槽中。传统切削齿通常还包含聚晶金刚石(以下简称“PCD”)或其他抗研磨材料(例如热稳定金刚石或多晶立方氮化硼)制成的超硬层。

决定PCD切削齿寿命的一个因素是切削齿暴露在热环境中的时间。当金刚石层的温度在700-750摄氏度时，聚晶金刚石是稳定的，高于此温度会导致聚晶金刚石损伤和结构失效。聚晶金刚石的这种劣势可能是由于粘结材料钴的热膨胀系数与金刚石相比有很大差异。聚晶金刚石加热后，钴和金刚石晶格会以不同的速率膨胀，导致金刚石晶格结构产生裂纹，最终导致聚晶金刚石变质。损伤也可能是由于金刚石颗粒间逆向转化形成的石墨导致了微观结构完整性的破会以及在极高温度条件下的强度损失。

由于PCD切削齿和切削岩石之间的摩擦在切削齿接触点产生热量，特别是在PCD层的外露部分产生热量，会对金刚石超硬层造成热损伤，并最终导致(由于热膨胀系数的差异)聚晶金刚石超硬层剥落、聚晶金刚石超硬层与基体分离，以及金刚石转化为石墨，从而导致快速磨损。当切削齿切削地层接一段时间后，聚晶金刚石材料的不断失效会在接触点附近产生磨面并产生很多摩擦热。随着切削齿的继续使用，磨面的尺寸将增大，并进一步产生摩擦热。由于上述金刚石和催化剂之间的热膨胀不匹配，热量可能积聚并导致切削齿失效。

因此，需要开发一种PCD切削齿，以提供更好的热稳定性能。与常规PCD切削齿相比，切削过程中摩擦力降低了，导热改善了，从而提高了切削齿的使用寿命。进一步需要这样的PCD切削齿的具有简单，易于制造且成本低廉的优点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种切削齿及钻头，以解决现有技术中的钻头在高温环境下易磨损、不耐用的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种切削齿，包括：圆柱形基体；固定在基体上的超硬层；超硬层顶部有工作面；工作面边缘与超硬层的周向侧面之间设有倒角；倒角面远离工作面的一侧连接超硬层的侧面，其中，工作面、倒角面和超硬层的侧面上均设有多个凹坑。

进一步地，工作面是平面或非平面。

进一步地，凹坑的形状是半球形、椭圆形、正方形或长方形。

进一步地，多个凹坑在工作面上呈中心对称地分布。

进一步地，多个凹坑均匀地分布工作面上。

进一步地，多个凹坑在工作面上呈放射状分布。

进一步地，倒角的角度在30度至60度之间。

进一步地，超硬层采用多晶金刚石制成。

进一步地，凹坑内还设有第二凹坑。

进一步地，相邻的两个凹坑之间设有相互连接的通道。

根据本发明的另一个方面，提供了一种钻头，包括多个切削齿，切削齿为上述的切削齿。