一种用于深海油PDC钻头的金刚石复合片的制作方法

本实用新型属于超硬材料领域，具体涉及一种用于深海油PDC钻头的金刚石复合片，特别适合于深海油气PDC钻头的制作。

背景技术：

金刚石复合片（简称PDC）是将金刚石微粉与硬质合金基体组装在一起后，在六面顶压机上在高温高压条件下烧结而成的超硬复合材料。它由聚晶金刚石和硬质合金基体构成，兼顾了聚晶金刚石高硬度、高耐磨性和硬质合金基体良好的抗冲击韧性、可焊性的优点，因此被广泛使用于石油（气）钻探、地质勘探、煤田钻采等行业领域。

随着石油（气）钻井深度的不断增加，钻遇地层日益复杂，人类对PDC钻头的使用寿命要求也越来越高。而PDC作为PDC钻头的主要工作部件，其是经焊接固定在钻头基体上，也就使得PDC的切削刃位置是固定不变的，PDC自始至终只有一小部分参与岩层的切削，为了提高PDC钻头的寿命，我们首先想到的就是增加PDC的聚晶金刚石层厚度，但随着聚晶金刚石层的加厚，会使得PDC边缘拉应力区宽度成倍增加，同时PDC边缘界面附近轴向的最大拉应力和最大剪应力也显著增加，最终造成PDC界面极易产生裂纹。这样的后果就是，一方面会严重影响产品烧结时的成品率；另一方面，如果PDC的裂纹出现在钻进工作中，会造成钻头失效，严重影响钻进效率，从而给钻井工作造成巨大损失。

石油（气）钻井过程中，PDC至始至终都需要泥浆来进行冷却，泥浆及混在其中的岩屑对PDC钻齿的工作部位不断冲蚀，常常使得靠近聚晶金刚石层的硬质合金基体率先磨损，从而导致聚晶金刚石层失去支撑而崩损，最终造成钻头失效。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决上述问题并提供一种用于深海油PDC钻头的金刚石复合片，该PDC具有耐磨性高、抗冲击性强和耐冲蚀好的特点，特别适合于深海油气PDC钻头的制作。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于深海油PDC钻头的金刚石复合片，由聚晶金刚石层和硬质合金基体两部分组成，所述硬质合金基体的上端面上设置有若干个嵌合结构，嵌合结构由形状相同的凸起和凹陷组成，硬质合金基体的侧面上设置有斜切口，聚晶金刚石层的侧面上与斜切口相对应的位置设置有与斜切口互补的斜凸台。

所述凸起和凹陷均为水滴形。

所述所述硬质合金基体的上端面上的嵌合结构呈互补型环状分布，圈数为1-5圈。

所述凸起和凹陷的尺寸相等，凸起的高度和凹陷的深度均为0.3-1mm。

所述硬质合金基体中心设置有凸台，凸台的高度为0.3-1mm。

所述斜切口的宽度L为硬质合金基体直径的1/4-1/2，斜切口的斜度为1:1.5-1:4，斜凸台与斜切口的尺寸相等。

本实用新型的有益效果在于：

1、硬质合金基体中心的凸台的设计，可利用聚晶金刚石层烧结后体积收缩的特点在凸台周围形成一个箍筋内力，使得聚晶金刚石层与硬质合金基体结合更加牢固。

2、硬质合金基体上环状分布的水滴形凸起或水滴形凹陷，可增大聚晶金刚石层和硬质合金基体之间的接触面积，也使得聚晶金刚石层与硬质合金基体之间相互嵌入，有利于提高产品的耐磨性和抗冲击性。同时，根据几何结构及受力分析而言，水滴形的凸起和凹陷，可使所承受应力呈无方向性分布，分散界面应力，加强聚晶金刚石层与硬质合金基体之间的界面结合力，从而进一步提高产品的抗冲击性能。

3、斜切口的设计，使得聚晶金刚石层呈局部增厚，首先，相对于聚晶金刚石的整体加厚，本实用新型的生产成本更低。其次，斜切口正好是PDC的切削刃位置，聚晶金刚石层局部增厚也有利于减轻钻进工作中泥浆对硬质合金基体的冲蚀。

本实用新型通过优化界面结构和增加斜切口的设计，增大了聚晶金刚石层和硬质合金了之间的接触面积，分散了界面上的残余应力，提高了产品的耐磨性、抗冲击韧性和耐冲蚀性能，特别适合于深海油气PDC钻头的制作。

附图说明

图1是本实用新型的半剖视图。

图2是硬质合金基体的结构示意图。

图3是聚晶金刚石的结构示意图。

图4是水滴形凸起和水滴形凹陷的局部放大示意图。

其中，1是聚晶金刚石层；2是硬质合金基体；3是凸台；4是凸起；5是凹陷；6是斜切口；7是斜凸台。

具体实施方式

如附图1-4所示，一种用于深海油PDC钻头的金刚石复合片，由聚晶金刚石层1和硬质合金基体2两部分组成，所述硬质合金基体2的上端面上设置有若干个嵌合结构，嵌合结构由形状相同的凸起4和凹陷5组成，硬质合金基体2的侧面上设置有斜切口6，聚晶金刚石层1的侧面上与斜切口6相对应的位置设置有与斜切口6互补的斜凸台7。

凸起4和凹陷5均为水滴形。

所述硬质合金基体2的上端面上的嵌合结构呈互补型环状分布，圈数为1-5圈。

凸起4和凹陷5的尺寸相等，凸起4的高度和凹陷5的深度均为0.3-1mm。

硬质合金基体2中心设置有凸台3，凸台3的高度为0.3-1mm。

斜切口6的宽度L为硬质合金基体2直径的1/4-1/2，斜切口6的斜度为1:1.5-1:4，斜凸台7与斜切口6的尺寸相等。

互补型环状分布如图2所示，沿径向看，内圈的一个嵌合结构位于外圈的两个相邻的嵌合结构之间，也就是说内圈的一个嵌合结构和外圈的两个相邻的嵌合结构的连线构成一个等腰三角形。

将本实用新型按指定方面（斜切口向上）焊接到石油钻头基体上，石油钻头钻压和扭矩作用下对岩石进行挤压和切削，随着岩石的逐渐破碎，石油钻头上喷嘴射出的泥浆将破碎的岩屑带至井外，而本专利中斜切口的设计局部加厚了聚晶金刚石层，减轻了钻进工作中泥浆对硬质合金基体的冲蚀，避免了钻头的失效，使得石油钻头逐渐钻入岩层深部。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。