[发明专利]一种聚晶金刚石复合齿及其制造方法和一种钻头

说明书

技术领域

本发明涉及超硬复合材料技术领域，尤其涉及一种聚晶金刚石复合齿及其制造方法和一种钻头。

背景技术

随着油气勘探开发的不断深入，浅层、易开发油气资源越来越少，在深部地层以及复杂地质条件下寻求油气资源正逐渐成为目前海陆勘探开发的重要工作。在深井和复杂地质条件下的油气钻探工作中，经常钻遇碳酸盐岩、火成岩和变质岩等难钻地层，其强度高，硬度大，可钻性差，研磨性强。

目前，为解决上述问题，石油钻井常使用聚晶金刚石复合片（polycrystalline diamond compact，PDC）。由于聚晶金刚石复合片兼具有聚晶金刚石层硬度高、耐磨性好，以及硬质合金基体良好韧性、可焊性的性能，已被广泛应用于石油钻井、地质勘探、煤田钻采、机械加工等领域。

但现有的聚晶金刚石复合片，其多为圆柱形状，聚晶金刚石复合片前端面为平面，以压剪方式破岩，这使得现有的聚晶金刚石复合片在钻进时，吃入硬质地层困难，容易出现“打滑”现象，从而造成破岩效率低，进而大大影响了深部地层及复杂地质条件下油气资源的勘探开发效率。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种聚晶金刚石复合齿，其有效地提高了破岩效率。

本发明的目的在于提供一种聚晶金刚石复合齿的制造方法，其制成的聚晶金刚石复合齿可有效地提高了破岩效率。

本发明的目的在于提供一种钻头，其有效地提高了破岩效率。

本发明提供的一种聚晶金刚石复合齿，包括硬质合金基体，其包括安装部以及位于所述硬质合金基体一端的工作部；

聚晶金刚石层，其形成于所述工作部的外表面上，并且呈圆锥形结构。

可选的，所述工作部呈圆锥形结构。

可选的，所述工作部的锥角大于所述聚晶金刚石层的锥角。

可选的，所述工作部的锥角为90～130°；所述聚晶金刚石层的锥角为70～110°。

可选的，所述工作部在锥顶处形成第一球面，所述聚晶金刚石层在锥顶处形成第二球面。

可选的，所述第一球面的曲率半径大于所述第二球面的曲率半径。

可选的，所述第一球面的曲率半径为5～15mm；所述第二球面的曲率半径为1.5～3mm。

可选的，所述工作部的外表面处形成有第一结合构件，所述聚晶金刚石层的内表面处形成有能够与所述第一结合构件形成形状互补式配合的第二结合构件。

可选的，所述聚晶金刚石层的厚度大于或等于2mm，且所述聚晶金刚石层位于锥顶处的厚度为3～6mm。

可选的，所述安装部呈圆柱形。

本发明提供的一种制造上述聚晶金刚石复合齿的方法，将金刚石微粉、结合剂和所述硬质合金基体在温度为1400～1600℃，压力为6～8GPa的真空条件下烧结10～20分钟。

可选的，所述金刚石微粉的粒度为10～100μm。

可选的，所述硬质合金基体为钨钴硬质合金基体，且所述钨钴硬质合金基体中钴含量为5%～10%。

可选的，所述结合剂为钴粉末、铁粉末和镍粉末中的任一种或多种组合。

本发明提供的一种钻头，包括钻头基体和通过上述安装部而安装在所述钻头基体上的上述的聚晶金刚石复合齿，其中，所述聚晶金刚石复合齿与所述钻头基体的表面的夹角为70～75°。

与现有技术相比，本发明提供的聚晶金刚石复合齿，通过在工作部的外表面形成圆锥形的聚晶金刚石层，提高了聚晶金刚石复合齿在工作时吃入地层的能力，从而实现了犁切方式进行破岩，有效地提高了破岩效率。

在进一步的技术方案中，将工作部设置成圆锥形，利用工作部和聚晶金刚石层均为圆锥形，可有效地将聚晶金刚石复合齿吃入地层时所受到的冲击力进行均匀分散，从而可有效地避免聚晶金刚石层发生碎裂；并且进一步的可将工作部的锥角设置在90～130°，将聚晶金刚石层的锥角设置在70°～110°。

在进一步的技术方案中，工作部在锥顶处形成第一球面，聚晶金刚石层在锥顶形成第二球面，使得在工作时聚晶金刚石层与地层的接触面为球面，从而将聚晶金刚石层受到的冲击力均匀地分散到工作部上，进而有效地避免了冲击力过于集中而造成聚晶金刚石层碎裂现象的发生。

在进一步的技术方案中，第一球面的曲率半径为5～15mm，第二球面的曲率半径为1.5～3mm，从而更好地将聚晶金刚石层受到的冲击力均匀地分散到工作部上。