[实用新型]具有异形结构特征的聚晶金刚石复合片

说明书

技术领域

本实用新型涉及钻井工程中的钻井工具，特别是破岩工具用具有异形结构特征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和耐磨元件，简称为复合片或切削齿。

聚晶金刚石复合片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。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。复合片的切削面与切削齿侧面的交线(在忽略复合片切削面边缘倒角时即为金刚石层外端面的轮廓线)为复合片的切削刃轮廓线。

复合片的长度H、宽度W和厚度T是复合片的重要结构参数。长度H是复合片金刚石层在切削磨损进程中的最大可磨损长度尺寸，因此它是反映复合片的持续切削能力强弱的重要参数。在工作条件、结构条件以及材质相同或相近的条件下，钻头上的复合片的工作寿命在很大程度上取决于切削齿的长度。复合片的宽度W代表了复合片在钻头体上所占据的布齿空间的大小。复合片的厚度T则主要与复合片在钻头体上的附着强度相关，厚度越大，复合片侧面的表面积就越大，复合片与钻头体相联接的强度也越大。

复合片的出露高度H₁是重要的钻头结构参数。出露高度H₁是复合片的切削刃轮廓线超出钻头体冠部表面4的高度尺寸。

目前，PDC钻头上所使用的一般均为圆形复合片。圆形复合片由切削刃轮廓线为圆形的聚晶金刚石层和硬质合金基体复合而成。圆形复合片的长度和宽度相等，均等于复合片的直径。一般而言，对于完整的圆形复合片而言，大直径复合片的耐磨寿命比小直径复合片更长，同时占据的钻头布齿空间也比小直径复合片更大。

复合片的切削刃轮廓形状与其吃入地层的难易程度密切相关。通常情况下，切削刃轮廓线的曲率半径越小，复合片吃入地层就越容易。对于圆形复合片而言，切削刃轮廓线上每一点的曲率半径是相同的。因此，直径小的复合片比直径大的复合片更易于吃入地层。

在实际的钻头设计中，常常希望复合片既易于吃入地层，又能具有高的耐磨寿命。然而，这两个目标对复合片直径的要求是相互矛盾的。前者要求减小复合片的直径，而后者要求增加复合片的直径。显然，对于具有圆形切削刃的复合片而言，要解决这个矛盾十分困难。

本实用新型提出的异形复合片技术，可以达到在满足复合片吃入地层难易性要求的同时，使复合片的工作长度满足耐磨寿命要求的目的。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种特殊结构的聚晶金刚石复合片，以达到提高钻头切削齿的耐磨寿命并改善切削齿吃入地层特性的目的。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种具有异形结构特征的聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层1和基体2，其特征在于：异形聚晶金刚石复合片的切削刃轮廓线是由不在同一个圆上的曲线构成，复合片的长度与宽度不相等。

本实用新型的优点如下：

一、在宽度W相同的条件下，异形复合片的长度H可大于圆形复合片，故异形复合片的切削工作寿命可比圆形复合片更高。

二、在长度H相同的条件下，异形复合片的宽度W可小于圆形复合片，故异形复合片可比圆形复合片节省布齿空间。

三、异形复合片的切削刃与岩石相接触部分的几何形状选择余地大。因此，通过调整或选择切削刃形状，在钻头设计时可以更方便地根据地层的岩石性质合理地控制切削齿吃入地层的难易性。

四、在埋入钻头体的深度相同的条件下，异形复合片的出露高度H₁可大于圆形复合片，既有利于改善切削齿的清洗条件，又有利于提高钻头的钻进效率和工作寿命。

五、在出露高度H₁相同的条件下，异形复合片可比圆形复合片埋入钻头体的深度更大，因而在出露于钻头体表面的切削刃严重磨损之后，异形复合片可比圆形复合片在相同的条件下钻进更长的时间，有利于提高钻头在高硬度、高研磨性以及高不均质性等难钻地层的工作性能。

六、在宽度W以及切削齿厚度T相同的条件下，异形复合片可比圆形复合片具备更大的侧面表面积，故有利于增加复合片与钻头体的联接强度，减小发生掉片现象的可能性。

附图说明

图1为钻头上的聚晶金刚石复合片切削岩石工作状态示意图。