專利名稱：一種聚晶金剛石復(fù)合片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及鉆井工具技術(shù)領(lǐng)域的聚晶金剛石復(fù)合片。
背景技術(shù)：
聚晶金剛石復(fù)合片是鉆井工程中的鉆井工具特別是聚晶金剛石復(fù)合
片鉆頭(即PDC鉆頭)等破巖工具上使用的切削元件，簡禾爾為復(fù)合片或 切削齒。
聚晶金剛石復(fù)合片由聚晶金剛石層1與基體2(基體材料通常為硬質(zhì) 合金)復(fù)合而成。聚晶金剛石層極高的硬度使其具有很好的耐磨損能力。 同時，由于聚晶金剛石層的硬度遠(yuǎn)高于基體材料的硬度.，在復(fù)合片切削巖 石的過程中，聚晶金剛石層的磨損速度低于基體的磨損速度，所以復(fù)合片 具有良好的磨損自銳功能。聚晶金剛石層的外端面是復(fù)合片上最重要的切 削工作表面，故稱為復(fù)合片的切削工作面或切削面。復(fù)合片的切削面與切 削齒側(cè)面的交線為復(fù)合片的切削刃輪廓線(在忽略復(fù)合片切削面邊緣倒角 時即為金剛石層外端面釣輪廓線)。
目前，PDC鉆頭等破巖工具上所使用的一般均為圓形復(fù)合片5 ('見圖 2)。圓形復(fù)合片由聚晶金剛石層1和硬質(zhì)合金基體2復(fù)合而成，復(fù)合片的 切削刃輪廓線是圓形的，其半徑為R。復(fù)合片鑲焊在鉆頭體3上。復(fù)合片 的出露高度H (圖1)是重要的鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)。出露高度H是復(fù)合片的切 削刃輪廓線超出鉆頭體冠部表面4的高度尺寸。對圓形復(fù)合片而言，直徑大的復(fù)合片可比直徑小的復(fù)合片具有更大的出露高度(如圖2所 示，H,〉H2)。
復(fù)合片的切削刃輪廓形狀與其吃人地層的難易程度密切相 關(guān)。通常情況下，切削刃輪廓線與巖石相接觸的區(qū)域越窄，復(fù)合片 吃人地層就越容易。所以，對于圓形復(fù)合片而言，直徑小的復(fù)合片 比直徑大的復(fù)合片更易于吃入地層。
在實際的鉆頭設(shè)計中，常常希望復(fù)合片既易于吃入地層，又能 具有較大的出刃高度。然而，這兩個目標(biāo)對復(fù)合片直徑的要求是 相互矛盾的。前者要求減小復(fù)合片的直徑，而后者要求增加復(fù)合 片的直徑。顯然，對于具有圓形切削刃的復(fù)合片而言，要解決這個 矛盾十分困難。
本實用新型提出一種聚晶金剛石復(fù)合片，新復(fù)合片吃人地層 巖石的能力高于相同尺寸的圓形復(fù)合片，有利于提高鉆頭的破巖 效率。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于，提供一種聚晶金剛石復(fù)合片，以增強 復(fù)合片吃人地層的能力，進而提高PDC鉆頭或需要以復(fù)合片為耐 磨切削元件的其它鉆井用鉆頭及工具的破巖效率。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是，盡量減小復(fù) 合片切削刃輪廓線與巖石相接觸的區(qū)域，使復(fù)合片易于吃入地層， 具體方案如下
一種聚晶金剛石復(fù)合片，包括聚晶金剛石層1和基體2，其特 征在于:復(fù)合片的切削刃輪廓線6由半徑為R的同心圓弧段A、B 和連接A、B圓弧段的過渡段C、D組成，圓弧段B的長度小于A
的長度，過渡段C、D的輪廓線為位于A、B所在圓輪廓線之內(nèi)的曲 線。
本實用新型的優(yōu)點如下
一 、新型復(fù)合片與巖石相接觸的切削刃區(qū)域較窄，能夠在井底 巖石上形成比圓形復(fù)合片更高的接觸應(yīng)力，所以，新型復(fù)合片吃入 地層巖石的能力明顯高于圓形復(fù)合片，有利于提高鉆頭的破巖效 率。
二、 在保持復(fù)合片與巖石之間的高接觸應(yīng)力的同時，新的復(fù)合 片可以具備比較大的出露高度，既有利于改善復(fù)合片的清洗條件， 又有利于提高鉆頭的鉆進效率和工作壽命。
三、 新型復(fù)合片的切削刃與巖石相接觸部分的幾何形狀選擇 余地大。通過調(diào)整或選擇切削刃形狀，在鉆頭設(shè)計時可以更方便 地根據(jù)地層的巖石性質(zhì)合理地控制復(fù)合片吃入地層的難易性。


圖1為鉆頭上的聚晶金剛石復(fù)合片切削巖石工作狀態(tài)示意圖。
圖2為附著常規(guī)圓形聚晶金剛石復(fù)合片的鉆頭的刀翼布齒結(jié) 構(gòu)示意圖。
圖3為常規(guī)圓形聚晶金剛石復(fù)合片的示意圖。
圖4為新型聚晶金剛石復(fù)合片的示意圖。
圖5為附著新型聚晶金剛石復(fù)合片的鉆頭的刀翼布齒結(jié)構(gòu)示 意圖(鉆頭的心部切削齒采用新型復(fù)合片7 ，其它切削齒采用圓形 復(fù)合片)。
圖6至圖47為新型聚晶金剛石復(fù)合片切削刃輪廓線示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進一步說明本實用新型的具體實施方式
。 一種聚晶金剛石復(fù)合片，它與圓形復(fù)合片一樣包括聚晶金剛石層1和
基體2，所不同的是圓形復(fù)合片的切削刃輪廓線6是單一曲率的圓，而
本實用新型提出的復(fù)合片的切削刃輪廓線6為包含在一個圓形區(qū)域之內(nèi)的
非圓曲線，且切削刃輪廓線上有二個或二個以上的部位與此圓形區(qū)域的輪
廓線相重合(如圖4中的A、 B部位)，所重合之部位可為圓弧，也可為 點，但至少有一段為圓弧，其余部位(如圖4中的C、 D部位)則可以是 其它曲線或直線。因為這種復(fù)合片與巖石相接觸的切削刃區(qū)域較窄，能夠 在并底巖石上形成比圓形復(fù)合片更高的接觸應(yīng)力，所以，新的復(fù)合片吃入 地層巖石的能力明顯高于圓形復(fù)合片，有利于提高鉆頭的破巖效率。
圖6、圖7是新型聚晶金剛石復(fù)合片.的一種，.復(fù)合片.的切削刃輪廓線 上有二段同心圓弧，二圓弧的同側(cè)端點各通過一段圓弧或橢圓弧相連接。
圖8是新型聚晶金剛石復(fù)合片的一種，復(fù)合片的切削刃輪廓線上有二 段同心圓弧，二圓弧的同側(cè)端點各通過一段直線相連接。
圖9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 17、 18、 19、 20、 21、 22、 23、 24是新型聚晶金鵬石賓合片的"種，，覆會片的切削刃輪廓線上有二段.同心 圓弧，二圓弧的河側(cè)端點吝通'過二'段或二撥以土彼'此相連怖宣線、 簡弧或 橢圓弧相連接。
圖25是新型聚晶金剛石復(fù)合片的一種，復(fù)合片的切削刃輪廓線為由 二條曲線構(gòu)成的閉合曲線，其一為一段圓弧，其二為'由二段直線構(gòu)成的復(fù)
合曲線，兩直線段的交點在圓弧所在圓上，且整條切削刃輪廓線為非對稱 曲線。
圖26、 27、 28、 29、 30、 31、 32、 33、 34、 35、 36、 37、 38、 39、 40、 41、 42、 43、 44是新型聚晶金剛石復(fù)合片的一種，復(fù)合片的切削刃輪廓線 為由二條曲線構(gòu)成的閉合曲線，其一為一段圓弧，其二為由二段或二段以 上的直線、圓弧或橢圓弧等構(gòu)成的復(fù)合曲線，該復(fù)合曲線除與圓弧相接的 端點之外，有一點在圓弧所在圓上。
圖45、 46、 47是新型聚晶金剛石復(fù)合片的一種，復(fù)合片的切削刃輪 廓線為由二條曲線構(gòu)成的閉合曲線，其一為一段圓弧，其二為由包含二個 或二個以上的由直線、圓弧、橢圓弧等曲線構(gòu)成的鋸齒狀凸起的復(fù)合曲線， 該復(fù)合曲線除與圓弧相接的端點之外，至少有一點在圓弧所在圓上。
以上列舉的各種復(fù)合片，.其共周特點是
1. 復(fù)合片的切削刃輪廓線包含在一個圓形區(qū)域之內(nèi)，且切削刃輪廓 線上有二個或二個以上的部位或區(qū)段與此圓形區(qū)域的輪廓線相重合。所 以，復(fù)合片的直徑是決定其最大可磨損長度以及可占據(jù)最大布齒空間的重 要結(jié)構(gòu)參數(shù)。
2. 復(fù)合片的切削刃輪廓線與此圓形區(qū)域的輪廓線相重合之部位至少 包含一段圓弧。這段圓弧是附著區(qū)圓弧， 一般涵蓋的圓周角范圍較寬，由 此生成的復(fù)合片的側(cè)面可成為復(fù)合片與鉆頭體之間的鑲焊聯(lián)接面(附著 面)。
3. 在復(fù)合片的切削刃上與附著區(qū)圓弧相對的部位，形成了一個或若
干個相對狹窄的切削工作區(qū)域，該區(qū)域的切削刃與巖石相接觸時，無論是 接觸區(qū)域的刃寬還是金剛石切削工作面的接觸面積，都可明顯小于與復(fù)合 片同直徑的圓形復(fù)合片在同等切削條件下的數(shù)值。所以當(dāng)壓入載荷(鉆壓) 相同時，新型復(fù)合片可以達(dá)到的吃入巖石.的深度大于同直徑的圓形復(fù)合 片。
基于局部強度和局部耐磨性的考慮，在上述的各種新型聚晶金剛石復(fù) 合片中，復(fù)合片切削刃輪廓線上的不同曲線(包括直線)段之間的交點， 除了相切點以外，均可以用圓角或倒角過渡。采用圓角或倒角過渡后的切 削刃輪廓線應(yīng)視為與原輪廓線具有相同的結(jié)構(gòu)特征。
圖5為以這些新型復(fù)合片作為切削破巖元件的PDC鉆頭的刀翼布齒 結(jié)構(gòu)圖，圖中采用了新型復(fù)合片與圓形復(fù)合片的組合布齒結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中 鉆頭的心部切削齒采用了新型復(fù)合片7，而心部以外的其它切削齒則采用了 常規(guī)的圓形復(fù)合片。這種基于新型復(fù)合片技術(shù)的鉆頭切削結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以 達(dá)到更高的破巖效率。
新型復(fù)合片不僅可用于PDC鉆頭，也適用于需要以聚晶金剛石復(fù)合 片為耐磨切削元件的其它鉆井用鉆頭或工具。
權(quán)利要求1、一種聚晶金剛石復(fù)合片，包括聚晶金剛石層(1)和與之相復(fù)合的基體(2)，其特征在于復(fù)合片切削刃輪廓線(6)由半徑為R的同心圓弧段A、B和連接A、B圓弧段的過渡段C、D組成，圓弧段B的長度小于A的長度，過渡段C、D的輪廓線為位于A、B所在圓輪廓線之內(nèi)的曲線。
專利摘要一種聚晶金剛石復(fù)合片，涉及鉆井工具中的聚晶金剛石切削元件。本實用新型公開了一種在鉆井工作中易于吃入地層的聚晶金剛石復(fù)合片，它由聚晶金剛石層1和與之相復(fù)合的基體2組成，其特點是，復(fù)合片的切削刃輪廓線6由半徑為R的同心圓弧段A、B和連接A、B圓弧段的過渡段C、D構(gòu)成，圓弧段B的長度小于A的長度，過渡段C、D的輪廓線為位于A、B所在圓輪廓線之內(nèi)的曲線。這種復(fù)合片的切削刃輪廓線與巖石相接觸的區(qū)域較窄，因而吃入地層巖石的能力高于圓形復(fù)合片，有利于提高鉆頭的破巖效率。本實用新型可用于PDC鉆頭，也適用于其它鉆井用鉆頭或工具。
文檔編號E21B10/46GK201184132SQ200720082269
公開日2009年1月21日 申請日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者伍開松, 況雨春, 張彩瑩, 斌 李, 楊迎新, 敏 林, 靜 閻 申請人:西南石油大學(xué)