专利名称：一种用于钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片的制作方法
技术领域：
本发明涉及钻井工具，特别是钻井破岩工具技术领域内的一种聚晶金刚石复合 片。
背景技术：
聚晶金刚石复合片是钻井工程中的钻井工具特别是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，简称为复合片、PDC齿或PCD钻头。如图1所示聚晶金刚石复合片由聚晶金刚石层1与基体2 (基体2材料通常为硬 质合金)复合而成。基体2的外表面包括一个侧面和底面，侧面通常为圆柱面，底面通常为 平面。聚晶金刚石层1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 1的硬度远高于基体2材料的硬度，在复合片切削岩石的过程中，聚晶金刚石层1的磨损速 度低于基体2的磨损速度。聚晶金刚石层1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。复合片的工作面与侧面的交线为复合片的切削刃轮 廓线(在忽略复合片工作面边缘倒角时即为金刚石层外端面的轮廓线)。PDC钻头等破岩工具上通常使用多个聚晶金刚石复合片作为切削元件，各复合片 通过焊接等方式连接在钻头体上。当钻头钻进时，多个复合片同时工作以实现钻头对岩石 的切削。在实际钻进过程中，钻头除了旋转钻进运动外，通常还存在各种复杂的振动，而井 底岩石的形貌又是十分复杂的。因此，不仅各复合片的聚晶金刚石层1工作平面会与岩石 发生接触，而且复合片的侧面也可能与岩石相接触。通常，PDC齿的侧面与岩石之间的接触 是应当尽量避免的。因为PDC齿侧面与岩石的接触会降低作用在PDC齿工作平面上的有效 工作钻压，从而减弱PDC齿对岩石的吃入能力。如图4、图6所示另一方面，随着钻头钻进过程的不断延续，PDC齿不断发生磨损。 最典型的磨损方式是在PDC齿与岩石相接触的区域磨出一个平面或接近于平面的区域，一 般称该区域为PDC齿的磨损面8。随着PDC齿磨损面8的形成和不断扩展，磨损面8的形状 如图4所示，其面积逐渐增大，越来越多的钻压被PDC齿的磨损面8所承受，作用于PDC齿 上的破岩有效钻压越来越小，吃入地层的能力就越来越差。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在磨损面产生后钻压能力不受影响的用于钻井破岩 工具的聚晶金刚石复合片。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，在复合片基体的侧面上开设一个与 复合片轴心线相平行的圆柱面凹槽。具体方案如下
一种用于钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层和与之相复合的圆柱 形基体，所述复合片基体的侧面上有一个凹槽，凹槽由圆柱面槽面及其端部的过渡曲面构 成，该圆柱面槽面的母线平行于复合片轴心线。
所述凹槽为两端封闭的盲槽，包括圆柱面槽面和两端的过渡曲面。所述凹槽为一端封闭、另一端敞开的半盲槽，包括圆柱面槽面和封闭端的过渡曲 面，封闭端位于靠近复合片金刚石层的一侧。所述过渡曲面为平面或球面。本发明与现有技术相比，其有益效果是
(1)本聚晶金刚石复合片的复合片基体侧面上设有一个与复合片轴心线相平行的具有 圆柱面槽面的凹槽，该凹槽减少了复合片侧面与岩石相接触的机会，有利于增加有效工作 钻压，提高钻头的破岩效率。(2)当复合片在切削岩石过程中发生磨损时，凹槽能减小复合片磨损面的承压面 积，增加与复合片磨损面相作用的岩石上的比压，增强对岩石的吃入能力，即使磨损面产生 后，其钻压能力也不受影响。
图1为现有技术聚晶金刚石复合片示意图2为本发明的聚晶金刚石复合片的一种结构形式示意图； 图3为本发明的聚晶金刚石复合片的另一种结构形式示意图； 图4为现有技术聚晶金刚石复合片磨损后的形状示意图； 图5为本发明的聚晶金刚石复合片磨损后的形状示意图； 图6为现有技术聚晶金刚石复合片磨损后的磨损面形状； 图7为本发明的聚晶金刚石复合片磨损后的磨损面形状； 图8为采用本发明的聚晶金刚石复合片的PDC钻头结构示意图； 图9为采用本发明的聚晶金刚石复合片的PDC钻头切削岩石的工作状态示意图； 图10为本发明的聚晶金刚石复合片的实施例一； 图11为本发明的聚晶金刚石复合片的实施例二 ； 图12为本发明的聚晶金刚石复合片的实施例三； 图13为本发明的聚晶金刚石复合片的实施例四。图中标号表示1 一聚晶金刚石层；2—复合基体；3—凹槽；齿；5—待切削 表面；6—圆柱面槽面；7—过渡曲面；8—磨损面。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
进一步说明本发明的技术方案。如图2、图3所示本发明提供了一种聚晶金刚石复合片，该聚晶金刚石复合片为 椭圆形，包括聚晶金刚石层1和与之相复合的圆柱形基体2。在复合片基体2的侧面上开设 有一个凹槽3，凹槽3由圆柱面槽面6及其端部的过渡曲面7构成，圆柱面槽面6的母线平 行于复合片轴心线。凹槽3可以是两端封闭的盲槽，也可以是一端封闭、另一端敞开的半盲 槽。当凹槽为半盲槽时，其封闭端位于靠近复合片聚晶金刚石层1的一侧。过渡曲面7可 以设计为平面或球曲面，以适应不同工作环境、制造成本与使用效果的要求。如图8、图9所示采用本发明的聚晶金刚石复合片的PDC钻头由多个P⑶齿4构 成，各P⑶齿4通过焊接等方式连接在钻头体上。P⑶齿4使用聚晶金刚石复合片作为切削元件。PCD齿的切削端面为聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层1，后面的连接部分为基体 2。在基体2的侧面上开设有凹槽3。如图9所示，该凹槽3采用两端封闭的盲槽。当PCD 钻头钻进待切削表面5时，多个同PCD齿4上的聚晶金刚石复合片工作，以实现PCD钻头对 待切削表面5的切削。如此进行切削工作，聚晶金刚石层1的外端面是切削工作表面，直接 与待切削表面5接触，聚晶金刚石层1的侧面容易发生磨损。同时，由于井底岩石的情况又 是十分复杂，P⑶钻头的工况十分不稳定，经常冲坠和受到剧烈振动，因此，基体2也会受到 相应的磨损。如图5所示本发明的聚晶金刚石复合片的PDC齿4在不断发生磨损后，PDC齿4 与岩石相接触的区域磨出一个平面或接近于平面的区域，即为PDC齿的磨损面8。随着PDC 齿4的磨损面8的形成和不断扩展，磨损面8的形状如图7所示，可以看到聚晶金刚石复合 片的侧面由于开有凹槽3，使得磨损面8与凹槽3的结合面上形成一条棱边，该棱边能减小 复合片磨损面的承压面积，增加与复合片磨损面相作用的岩石上的比压，因而有利于增强 复合片吃入地层的能力，提高钻头的破岩效率。同时，由于该凹槽3减少了复合片侧面与岩 石相接触的机会，有利于增加有效工作钻压，提高钻头的破岩效率。实施例一
图10为本发明的聚晶金刚石复合片的一种具体实施方式
，包括聚晶金刚石层1和与之 相复合的圆柱形基体2。在复合片基体2的侧面上开设一个凹槽3，凹槽3为两端封闭的盲 槽，由圆柱面槽面6及其两端的过渡曲面7构成，圆柱面槽面6的母线平行于复合片的轴心 线。过渡曲面7设计为球面。实施例二
图11为本发明的聚晶金刚石复合片的一种具体实施方式
，包括聚晶金刚石层1和与之 相复合的圆柱形基体2。在复合片基体2的侧面上开设一个凹槽3，凹槽3为两端封闭的盲 槽，由圆柱面槽面6及其两端的过渡曲面7构成，圆柱面槽面6的母线平行于复合片的轴心 线。过渡曲面7设计为平面。实施例三
图12为本发明的聚晶金刚石复合片的一种具体实施方式
，包括聚晶金刚石层1和与之 相复合的圆柱形基体2。在复合片基体2的侧面上开设一个凹槽3，凹槽3为一端封闭、另 一端敞开的半盲槽，其封闭端位于靠近复合片聚晶金刚石层1的一侧。凹槽3由圆柱面槽 面6及其封闭端的过渡曲面7构成，圆柱面槽面6的母线平行于复合片的轴心线。过渡曲 面7设计为球面。实施例四
图13为本发明的聚晶金刚石复合片的一种具体实施方式
，包括聚晶金刚石层1和与之 相复合的圆柱形基体2。在复合片基体2的侧面上开设一个凹槽3，凹槽3为一端封闭、另 一端敞开的半盲槽，其封闭端位于靠近复合片聚晶金刚石层1的一侧。凹槽3由圆柱面槽 面6及其封闭端的过渡曲面7构成，圆柱面槽面6的母线平行于复合片的轴心线。过渡曲 面7设计为平面。
权利要求
1.一种用于钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层和与之相复合的圆 柱形基体，其特征在于所述复合片基体的侧面上有一个凹槽，凹槽由圆柱面槽面及其端部 的过渡曲面构成，该圆柱面槽面的母线平行于复合片轴心线。
2.根据权利要求1所述的用于钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片，其特征在于所述 凹槽为两端封闭的盲槽，包括圆柱面槽面和两端的过渡曲面。
3.根据权利要求1所述的用于钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片，其特征在于所述 凹槽为一端封闭、另一端敞开的半盲槽，包括圆柱面槽面和封闭端的过渡曲面，封闭端位于 靠近复合片金刚石层的一侧。
4.根据权利要求1所述的用于钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片，其特征在于所述 过渡曲面为平面或球面。
全文摘要
本发明提供了一种用于钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层和与之相复合的圆柱形基体，所述复合片基体的侧面上有一个凹槽，凹槽由圆柱面槽面及其端部的过渡曲面构成，该圆柱面槽面的母线平行于复合片轴心线。这种复合片的优点为凹槽减少了复合片侧面与岩石相接触的机会，并且当复合片在切削岩石过程中发生磨损时，凹槽能减小PDC复合片底部磨损面的承压面积，增加与PDC复合片底部磨损面相作用的岩石上的比压，因而有利于增强复合片吃入地层的能力，提高钻头的破岩效率。
文档编号E21B10/46GK102003147SQ20101055916
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者吴建中, 康杰, 徐进, 朱化蜀, 朱澄清, 朱礼平, 杨迎新, 林永茂, 王世泽, 王希勇, 胡大梁, 裴竹, 黎昌华 申请人:中国石油化工股份有限公司