本实用新型涉及一种PDC复合片，尤其涉及一种多级PDC复合片。
背景技术：
目前在石油勘探钻井等领域都会使用金刚石钻头，并在金刚石钻头上设置多个PDC复合片即聚晶金刚石复合片；为了提高破岩效率，现有技术中都是对金刚石钻头的结构和形状加以改变，例如将金刚石钻头改为阶梯状，使金刚石钻头钻出的井底剖面成阶梯形，以适应深部硬底层钻进，但是现有技术中并未对切PDC复合片的结构进行改进，使得传统的PDC复合片在钻切的过程中出现面积性不规则崩刃后即报废，在钻进高砾石含量夹杂地层或硬质地层时产生的高应力会造成PDC复合片的切削面被破坏，最终导致机械钻速下降、金刚石钻头无进尺等问题。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供
一种多级PDC复合片，旨在提高PDC复合片的抗冲击韧性，进而提高破岩效率。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种多级PDC复合片，包括硬质合金基体以及设置在所述硬质合金基体顶面的聚晶金刚石层，其中，所述聚晶金刚石层包括基层，以及沿竖直方向依次设置在所述基层上的若干级切削层，所述基层的外径与所述硬质合金基体的外径相等，距离所述基层越远的切削层的外径越小，所述聚晶金刚石层上设置有若干个第一纵切面，所述硬质合金基体上设置有若干个第二纵切面，所述若干个第二纵切面与所述若干个第一纵切面一一对应。
所述的多级PDC复合片，其中，所述切削层、所述基层以及所述硬质合金基体的中心轴线均重合。
所述的多级PDC复合片，其中，所述第一纵切面与所述第二纵切面共面。
所述的多级PDC复合片，其中，所述硬质合金基体的底面与所述第二纵切面之间的夹角的取值范围为30°~150°。
所述的多级PDC复合片，其中，所述第一纵切面与所述第二纵切面不共面，且所述第一纵切面与所述第二纵切面之间的夹角的取值范围为30°~150°。
所述的多级PDC复合片，其中，所述切削层为两级，且分别为一级切削层和二级切削层；所述一级切削层与所述基层的顶面接触，所述二级切削层与所述一级切削层的顶面接触。
所述的多级PDC复合片，其中，所述二级切削层的顶面为球形面，所述一级切削层与所述二级切削层之间、所述一级切削层与所述基层之间均具有弧形倒角，所述弧形倒角的半径的取值范围为0.2mm~1mm。
所述的多级PDC复合片，其中，所述基层的厚度的取值范围为1.5mm~3mm，所述一级切削层的厚度的取值范围为1mm~3mm。
所述的多级PDC复合片，其中，所述一级切削层的外径与所述基层的外径的差值等于所述一级切削层的外径与所述二级切削层的外径的差值。
有益效果：本实用新型将所述聚晶金刚石层分为多级，所述基层、与所述基层接触的切削层在进钻过程中承担主要的切削吃深厚度，而远离所述基层的切削层负责二次切削吃深、清渣及承受主要冲击载荷，从而实现分层钻切岩土，提高了所述多级PDC复合片的使用寿命，增强了所述多级PDC复合片的综合性能。所述若干级切削层可以细化切削岩屑，利于排屑，所述多级PDC复合片所受应力被分解到多个所述切削层上，可以避免切削应力集中，同时，由于所述硬质合金基体和所述聚晶金刚石层的热效应膨胀系数差异较大，当交变载荷导致其中一级切削层或所述基层破损后，其余切削层可以完成的承担钻切任务，而不至于产生整个所述多级PDC复合片不参与切削甚至做负功。
附图说明
图1是本实用新型所述多级PDC复合片的第一视图；
图2是本实用新型所述多级PDC复合片的第二视图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请同时参阅图1和图2，其中，图1是本实用新型所述多级PDC复合片的第一视图；图2是本实用新型所述多级PDC复合片的第二视图。
本实用新型提供一种多级PDC复合片，所述多级PDC复合片应用于钻头上，并分布在钻头的外表面；所述多级PDC复合片包括硬质合金基体1以及设置在所述硬质合金基体1顶面的聚晶金刚石层2，其中，所述聚晶金刚石层2包括基层21，以及沿竖直方向依次设置在所述基层21上的若干级切削层，所述基层21的外径与所述硬质合金基体1的外径相等，距离所述基层21越远的切削层的外径越小，所述聚晶金刚石层2上设置有若干个第一纵切面3，所述硬质合金基体1上设置有若干个第二纵切面4，所述若干个第二纵切面4与所述若干个第一纵切面3一一对应，即每一个所述第一纵切面3均有一个所述第二纵切面4与其相对应。
将所述聚晶金刚石层2分为多级，所述基层21、与所述基层接触的切削层在进钻过程中承担主要的切削吃深厚度，而远离所述基层的切削层负责清渣及承受主要冲击载荷，从而实现分层钻切岩土，提高了所述多级PDC复合片的使用寿命，增强了所述多级PDC复合片的综合性能。所述若干级切削层可以细化切削岩屑，利于排屑，所述多级PDC复合片所受应力被分解到多个所述切削层上，可以避免切削应力集中，同时，由于所述硬质合金基体1和所述聚晶金刚石层2的热效应膨胀系数差异较大，当交变载荷导致所述多级切削层中任意一级切削层或所述基层21破损后，其余切削层可以完成的承担钻切任务，而不至于产生整个所述多级PDC复合片不参与切削甚至做负功。
在所述聚晶金刚石层2和所述硬质合金基体1上分别设置所述第一纵切面3和所述第二纵切面4，用于提高所述基层21和所述切削层的尖锐性，减少切削时的受力面积，利用所述第一纵切面3和所述第二纵切面4可以更好的切进岩土层；同时所述第一纵切面3可以降低所述聚晶金刚石层2的磨损面积，避免在所述聚晶金刚石层2和所述硬质合金基体1的结合界面上产生更大应力，并减少了磨损面阻碍所述聚晶金刚石层2切入岩土层的副作用，降低了摩擦产生的热量。
进一步的，在相对应的第一纵切面3和第二纵切面4中，所述第一纵切面3的中线轴线在水平面上的投影与所述第二纵切面4的中心轴线在水平面上的投影重合，即所述第一纵切面3的末端中点与所述第二纵切面4的顶端中点重合。较佳的，在相对应的第一纵切面3和第二纵切面4中，所述第一纵切面3的末端宽度与所述第二纵切面4的顶端宽度相等。
较佳的实施例一，相对应的第一纵切面3和第二纵切面4中，所述第一纵切面3与所述第二纵切面4共面，即所述第一纵切面3相对于所述硬质合金基体1底面的倾斜程度与所述第二纵切面4相对于所述硬质合金基体1底面的倾斜程度相等，加工工艺简单，且所述硬质合金基体可作为其上层所述聚晶金刚石层的载体，增加所述聚晶金刚石层的冲击承受能力。所述硬质合金基体1的底面与所述第二纵切面4之间的夹角的取值范围为30°~150°。
较佳的实施例二，相对应的第一纵切面3和第二纵切面4中，所述第一纵切面3与所述第二纵切面4不共面，即所述第二纵切面4与所述第一纵切面3之间的夹角不为180°。较佳的，所述第一纵切面3与所述第二纵切面4之间的夹角的取值范围为30°~150°；进一步的，所述第一纵切面3与所述硬质合金基体1底面之间的夹角小于所述第二纵切面4与所述硬质合金基体1底面之间的夹角。
进一步的，所述第一纵切面3和所述第二纵切面4均为2个；所述切削层为两级，且分别为一级切削层22和二级切削层23；所述一级切削层22与所述基层21的顶面接触，所述二级切削层23与所述一级切削层22的顶面接触。所述硬质合金基体1为圆柱体；所述一级切削层22的横截面、所述二级切削层23的横截面、以及所述基层21的横截面均为圆形；所述一级切削层22、所述二级切削层23、所述基层21以及所述硬质合金基体1的中心轴线均重合。其中，所述基层21和所述一级切削层22在进钻过程中承担主要的切削吃深厚度，而所述二级切削层23负责二次切削吃深、清渣及承受主要冲击载荷。
较佳的实施例，所述第二纵切面4从上到下贯穿所述硬质合金基体1，所述第一纵切面3从上到下贯穿所述一级切削层22和所述基层21，且所述第一纵切面3与所述二级切削层23的外边缘相切；另外一个较佳的实施例，所述第二纵切面4从上到下贯穿所述硬质合金基体1，所述第一纵切面3从上到下贯穿所述基层21，且所述第一纵切面3与所述一级切削层22的外边缘相切。
所述基层21的顶面和所述一级切削层22的顶面均为屋脊型非平面，所述屋脊型非平面包括切削脊、以及以所述切削脊的中线为对称轴而相对称的两个斜面。以所述基层21的顶面为屋脊型非平面进行说明，所述基层21的顶面设置有一条贯穿该顶面中线的切削脊5，所述切削脊5为所述基层21顶面的最高点，所述基层21的顶面还具有以所述切削脊5的中线为对称轴的两个相互对称的斜面6，所述斜面6的高度从所述切削脊5向所述基层21顶面的外缘逐渐递减，即所述基层21的顶面以所述切削脊5为中线进行划分时，所述切削脊5的高度最高，所述基层21的顶面中间高，两边低；所述斜面6可以为平面也可以为弧形面。由于所述基层21的顶面采用了屋脊型非平面，改善了所述聚晶金刚石层2相对于常规平面金刚石复合片切削时的应力分布，具有更高的抗冲击能力。
从所述聚晶金刚石的上方看，所述切削脊5为矩形，从所述聚晶金刚石的侧面看，所述切削脊5的顶面为弧形面，即两个所述斜面6并不直接接触，两个所述斜面6分别与所述弧形面的两侧接触；所述弧形面的半径的取值范围为0.1mm~0.5mm。
进一步的，所述基层21的顶面外缘设置有第一圆弧倒角，所述一级切削层22的顶面外缘设置有第二圆弧倒角，所述二级切削层23的顶面外缘设置有第三圆弧倒角，所述第一圆弧倒角的半径、所述第二圆弧倒角的半径以及所述第三圆弧倒角的半径均相等。
所述二级切削层23的顶面为球形面，以承担岩石面凸点的断续冲击，利于所述一级切削层22和所述基层21的连续均衡受力钻切。所述一级切削层22与所述二级切削层23之间、所述一级切削层22与所述基层21之间均具有弧形倒角，所述弧形倒角的半径的取值范围为0.2mm~1mm。
所述基层21的厚度的取值范围为1.5mm~3mm，所述一级切削层22的厚度的取值范围为1mm~3mm，所述二级切削层23的厚度的取值范围为1mm~3mm，所述一级切削层22的平均厚度大于所述基层21的平均厚度。所述一级切削层22的外径与所述基层21的外径的差值等于所述一级切削层22的外径与所述二级切削层23的外径的差值，进一步的，所述二级切削层23的外径与所述以及切削层的外径的差值的取值范围为0.5mm~5mm。
本实用新型还提供一种钻头，其包括钻头本体，其还包括如上任一所述的多级PDC复合片，所述多级PDC复合片为多个且分别设置在所述钻头本体的外表面。
综上所述，本实用新型提供一种多级PDC复合片，其包括硬质合金基体以及设置在所述硬质合金基体顶面的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层包括基层，以及沿竖直方向依次设置在所述基层上的若干级切削层，所述基层的外径与所述硬质合金基体的外径相等，距离所述基层越远的切削层的外径越小，所述聚晶金刚石层上设置有若干个第一纵切面，所述硬质合金基体上设置有若干个第二纵切面，所述若干个第二纵切面与所述若干个第一纵切面一一对应，即每一个所述第一纵切面均有一个所述第二纵切面与其相对应。将所述聚晶金刚石层分为多级，所述基层、与所述基层接触的切削层在进钻过程中承担主要的切削吃深厚度，而远离所述基层的切削层负责二次切削吃深、清渣及承受主要冲击载荷，从而实现分层钻切岩土，提高了所述多级PDC复合片的使用寿命，增强了所述多级PDC复合片的综合性能。
应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。