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：
本实用新型涉及一种用于油气田钻井工程中的钻井破岩工具的聚晶金刚石复合 片，属于钻井破岩工具。
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，简称为复合片或PDC齿。聚晶金刚石复合片通常为圆柱体，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。基体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。当钻头钻井时，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，不仅各复合片的金刚石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。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齿与岩石相接触部位磨出一个平面或接近于平面的区域，一般称该区域为PDC 齿的磨损平面或磨损面。随着PDC齿磨损面的形成和不断扩展，磨损面的面积越来越大，越 来越多的钻压被PDC齿的磨损面所承受，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。发明内容本实用新型的目的是为了减小复合片侧面与岩石的接触，并减小复合片磨损面 的面积，达到增强复合片吃入地层的能力，提高钻头破岩效率，特提供一种用于钻井破岩工 具的聚晶金刚石复合片。为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案一种用于钻井破岩工具的聚 晶金刚石复合片，由聚晶金刚石层和基体组成，其结构特征是该复合片为圆柱体，在复合 片的基体上开设一个J型槽；构成J型槽的曲面的母线与复合片的中心线交错垂直；构成J型槽的曲面可以由一段柱面和一段平面构成，柱面一端靠近聚晶金刚石层；构成J型槽的 曲面可以是圆柱面或椭圆柱面。本实用新型与现有的技术相比具有以下有益效果(1)减少了复合片侧面与岩石 相接触的机会；(2)当复合片在切削岩石过程中发生磨损时，能减小PDC复合片磨损面的承 压面积，增加与PDC复合片磨损面相作用的岩石上的比压；(3)能增强复合片吃入地层的能 力，提高钻头的破岩效率，可用于油气田、地质勘探等钻井作业中的破岩工具。
图1为本实用新型钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片的结构示意图，其中构成J 型槽的曲面由一段柱面和一段平面构成。图2为本实用新型复合片图1的立体图。图3为本实用新型钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片的结构示意图，其中构成J 型槽的曲面是圆柱面。图4为本实用新型复合片图3的立体图。图5为本实用新型钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片的结构示意图，其中构成J 型槽的曲面是椭圆柱面。图6为本实用新型复合片图5的立体图。图7为现有技术中复合片的示意图。图8为现有技术中复合片的磨损面图。图9为本实用新型复合片的磨损面图。图10为本实用新型复合片安装在钻头体上的结构示意图。图11为本实用新型复合片的使用状态图。图中1.聚晶金刚石层，2.基体，3. J型槽，4.钻头体，5.复合片，6。岩石。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型复合片作进一步说明。按照图1、2、3、4所示，该复合片为圆柱体，包括聚晶金刚石层1和与之相复合的基 体2，在本实用新型复合片基体2上开设一个J型槽3。构成J型槽3的曲面由一段柱面和 一段平面构成，且柱面一端靠近聚晶金刚石层1。构成J型槽3的曲面的母线与复合片的中 心线交错垂直。按照图5、6所示，采用上述结构，与传统的圆柱形复合片相比，在相同的磨损高度 所得到的磨损面面积小于常规复合片的磨损面面积，这样在外力不变的情况下，PDC齿与岩 石的接触面变小了，压强变大，吃入能力明显增强。同时在该复合片的基体上开设一个J型 槽后，基体侧面上的点与岩石之间的距离增加，使复合片侧面与岩石相接触的机会减少，有 利于增加有效工作钻压，提高钻头的破岩效率。
权利要求1. 一种用于钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片，由聚晶金刚石层和基体组成，其特征 在于该复合片为圆柱体，在复合片(5)的基体(2)上开设一个J型槽(3)；构成J型槽(3) 的曲面的母线与复合片(5)的中心线交错垂直；构成J型槽(3)的曲面由一段柱面和一段 平面构成，柱面一端靠近聚晶金刚石层(1)；构成J型槽(3)的曲面或是圆柱面或椭圆柱
专利摘要本实用新型涉及一种用于钻井破岩工具的聚晶金刚石复合片。它能减小复合片侧面与岩石的接触，减小复合片磨损面的面积，增强复合片吃入地层的能力。其技术方案是该复合片为圆柱体，在复合片的基体上开设一个J型槽；构成J型槽的曲面的母线与复合片的中心线交错垂直；构成J型槽的曲面可以由一段柱面和一段平面构成，柱面一端靠近聚晶金刚石层；构成J型槽的曲面可以是圆柱面或椭圆柱面。本实用新型的复合片在切削岩石过程中发生磨损时，J型槽能减小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，有利于增强复合片吃入地层的能力，提高钻头的破岩效率，可用于油气田、地质勘探等钻井作业中的破岩工具。
文档编号E21B10/46GK201835753SQ20102024769
公开日2011年5月18日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者任海涛, 周春晓, 周雨华, 张红梅, 杨迎新, 裴竹, 陈炼 申请人:泰州市宝锐石油设备制造有限公司, 西南石油大学