基于聚晶金剛石和孕鑲金剛石的復(fù)合片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于聚晶金剛石和孕鑲金剛石的復(fù)合片，包括聚晶金剛石層和孕鑲金剛石基，所述孕鑲金剛石基體由硬質(zhì)合金粉末和金剛石顆粒通過熱壓燒結(jié)而成，所述金剛石顆粒為天然金剛石顆粒或人造金剛石顆?；蛱烊唤饎偸w粒和人造金剛石顆粒按一定比例的混合物，所述金剛石顆粒在孕鑲金剛石基體內(nèi)均勻分布。本發(fā)明的金剛石復(fù)合片采用孕鑲金剛石作為基體材料，使鉆頭具有較高的機械鉆速和長壽命，還具有良好的穩(wěn)定性，綜合破巖效率高的特點。
【專利說明】
基于聚晶金剛石和孕鑲金剛石的復(fù)合片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及超硬材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于破巖工具的超硬材料。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆頭作為石油、天然氣開采行業(yè)中一種常用的井下破巖工具。PDC鉆頭在適應(yīng)地層中具有機械鉆速快、進尺高、鉆壓較小特點，在鉆井工程中得到了廣泛應(yīng)用，但因為PDC鉆頭的金剛石復(fù)合片中金剛石層只有2mm左右，金剛石含量較低，因此對于硬研磨性地層來說，PDC鉆頭的PDC復(fù)合片容易脆裂并磨損失效，使其壽命小，進尺低。PDC鉆頭在硬研磨性地層鉆進時，往往會因為鉆頭失效而起鉆。所以PDC鉆頭在硬研磨性地層中具有一定的局限性。孕鑲金剛鉆頭是一種依靠孕鑲金剛石齒中的金剛石顆粒作為磨削原件，獲得進尺;但其工作原理是磨削巖石，具有機械鉆速低、壽命長、進尺多的特點。
[0003]為了解決在硬研磨性地層鉆進的機械鉆速低，鉆頭壽命短的特點，中國實用新型專利CN203701990U—種設(shè)置有金剛石復(fù)合片和金剛石孕鑲塊的混合鉆頭，該鉆頭的金剛石復(fù)合片(PDC復(fù)合片)和金剛石孕鑲塊聯(lián)合破碎巖石，但是裝配在鉆頭上的金剛石孕鑲塊高于金剛石復(fù)合片，金剛石孕鑲塊先接觸巖石，以緩慢的速度磨削破巖，金剛石孕鑲塊磨損一定程度后金剛石復(fù)合片開始切削破巖。由于金剛石孕鑲塊始終與巖石接觸，限制了金剛石復(fù)合片吃入巖石的深度，因此該鉆頭具有速度慢，壽命長的特點。
[0004]為了解決上述一種設(shè)置有金剛石復(fù)合片和金剛石孕鑲塊的混合鉆頭速度慢，壽命長的特點，中國實用新型專利CN203716856U孕鑲TOC跨界鉆頭，該鉆頭設(shè)置的孕鑲金剛石齒的高度低于PDC復(fù)合片，PDC復(fù)合片以較高的機械鉆速切削破碎巖石，知道roc復(fù)合片磨損到一定程度后孕鑲金剛石齒才開始磨削破巖，因此該鉆頭不僅有較高的機械鉆速，同時壽命也能提尚。
[0005]但是上述兩種同時使用的PDC復(fù)合片和孕鑲金剛石齒混合的鉆頭，其roc復(fù)合片與孕鑲金剛石齒是獨立的，為了保證釬焊強度，PDC復(fù)合片和孕鑲金剛石齒都不可能設(shè)計得太短。另一方面孕鑲金剛石齒是通過齒內(nèi)的金剛石顆粒磨損巖石，孕鑲金剛石齒的長度約長，其接觸巖石的面積越大，其磨削地層的能力越大。因此要加長孕鑲金剛石齒的長度，必須加寬刀翼的厚度，刀翼厚度加寬自然是刀翼之間的排肩槽變窄，使鉆頭的排肩能力降低，鉆井中遇到泥巖段，容易使鉆頭泥包，降低破巖效率或甚至使鉆頭報廢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點，本發(fā)明的目的是提供基于聚晶金剛石和孕鑲金剛石的復(fù)合片，該金剛石復(fù)合片采用孕鑲金剛石作為基體材料，使鉆頭具有較高的機械鉆速和長壽命，還具有良好的穩(wěn)定性，綜合破巖效率高的特點。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
基于聚晶金剛石和孕鑲金剛石的復(fù)合片，包括聚晶金剛石層和孕鑲金剛石基體，其特征在于:所述孕鑲金剛石基體由硬質(zhì)合金粉末和金剛石顆粒通過熱壓燒結(jié)而成，所述金剛石顆粒為天然金剛石顆粒或人造金剛石顆?；蛱烊唤饎偸w粒和人造金剛石顆粒按一定比例的混合物，所述金剛石顆粒在孕鑲金剛石基體內(nèi)均勻分布。
[0008]在上述技術(shù)方案中，聚晶金剛石層和孕鑲金剛石基體構(gòu)成本發(fā)明的金剛石復(fù)合片，如果孕鑲金剛石基體中沒有添加金剛石顆粒，就是普通的硬質(zhì)合金基體，構(gòu)成常規(guī)的PDC復(fù)合片。本發(fā)明的金剛石復(fù)合片，采用孕鑲金剛石基體，且基體采用硬質(zhì)合金粉末和金剛石顆粒通過熱壓燒結(jié)而成，因此該基體的耐磨性更高，且能夠以磨削方式破碎巖石。
[0009]所述聚晶金剛石層和孕鑲金剛石基體之間有一層硬質(zhì)合金托層。
[0010]所述孕鑲金剛石基體為一段柱狀，柱狀的底面為平面。當(dāng)聚晶金剛石層未磨損時切削地層，孕鑲金剛石基體不能接觸地層，聚晶金剛石層切削破碎巖石起主要作用。當(dāng)聚晶金剛石層磨損后，孕鑲金剛石基體能夠接觸地層，聚晶金剛石層切削和孕鑲金剛石基體磨削共同作用于井底巖石，能夠提高鉆頭破巖效率。另外孕鑲金剛石基體含有金剛石，比常規(guī)PDC復(fù)合片的硬質(zhì)合金基體更耐磨，從而延長了本發(fā)明的復(fù)合片壽命，增加了鉆頭的壽命。
[0011]所述孕鑲金剛石基體為一段柱狀，柱狀的底面為球面。
[0012]所述孕鑲金剛石基體為兩段柱狀，該兩段柱狀中心線的夾角α=5°-25°。鉆頭工作時候，常規(guī)柱狀復(fù)合片的軸線與井底平面的夾角為5°-25°。本發(fā)明的復(fù)合片孕鑲金剛石基體的兩段柱狀中心線呈5°-25°夾角，可以使孕鑲金剛石基體與地層的接觸面積更大，提高孕鑲金剛石基體的磨削破碎巖石功能。
[0013]作為優(yōu)選，所述孕鑲金剛石基體為兩段柱狀，該兩段柱狀中心線的夾角α=15°。
[0014]因此，在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明的基于聚晶金剛石和孕鑲金剛石的復(fù)合片有益效果是:
1.聚晶金剛石層首先切削破巖，磨損后，孕鑲金剛石基體磨削破巖?？梢允广@頭的綜合破巖效率提高。
[0015]2.孕鑲金剛石基體由硬質(zhì)合金粉末和金剛石顆粒通過熱壓燒結(jié)而成，具有更高的耐磨性，延長復(fù)合片及鉆頭的使用壽命。
[0016]3.本發(fā)明的復(fù)合片明顯短于PDC齒與孕鑲塊單獨使用的綜合長度，因此本發(fā)明鉆頭的刀翼厚度得到有效控制，使鉆頭具有更好的排肩系統(tǒng)，有效防止鉆頭泥包。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明復(fù)合片第一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明復(fù)合片第一種實施方式剛進入地層的工作示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明復(fù)合片第一種實施方式聚晶金剛石層磨損一定程度后的工作示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明復(fù)合片第二種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖5是本發(fā)明復(fù)合片第二種實施方式聚晶金剛石層磨損一定程度后的工作示意圖。
[0022]圖6是本發(fā)明復(fù)合片第二種實施方式聚晶金剛石層完全磨損后的工作示意圖。
[0023]圖7是本發(fā)明復(fù)合片的第三中實施方式結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖8是本發(fā)明復(fù)合片的第四種實施方式結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖9是本發(fā)明復(fù)合片的第五種實施方式結(jié)構(gòu)示意圖圖中標(biāo)記:1-聚晶金剛石層、2-孕鑲金剛石鉆基體、3-金剛石顆粒、4-硬質(zhì)合金托層。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0027]1.圖1示出本發(fā)明復(fù)合片的第一種實施方式。它包括聚晶金剛石層I和孕鑲金剛石基體2，所述孕鑲金剛石基體2由硬質(zhì)合金粉末和金剛石顆粒3通過熱壓燒結(jié)而成，所述金剛石顆粒3為天然金剛石顆?；蛉嗽旖饎偸w?；蛱烊唤饎偸w粒和人造金剛石顆粒按一定比例的混合物，所述金剛石顆粒3在孕鑲金剛石基體2內(nèi)均勻分布。
[0028]如圖1所示，所述孕鑲金剛石基體2為一段柱狀，柱狀的底面為平面。
[0029]如圖2所示，鉆頭上的聚晶金剛石層I以一定的角度α吃入地層并切削破碎巖石，此時孕鑲金剛石基體2并未與井底接觸。聚晶金剛石層I單獨工作，與常規(guī)roc復(fù)合片一樣。
[0030]如圖3所示，鉆頭上的聚晶金剛石層I磨損一定程度后，孕鑲金剛石基體2接觸并磨削破碎巖石，與聚晶金剛石層I切削破碎巖石共同作用，提高鉆頭的破巖效率。并由于孕鑲金剛石基體2含有金剛石，比常規(guī)PDC復(fù)合片的硬質(zhì)合金基體更耐磨，從而延長了本發(fā)明的復(fù)合片壽命，增加了鉆頭的壽命。
[0031]如圖4所示，所述的孕鑲金剛石基體2為兩段柱狀，兩段柱狀中心線的夾角α為5°-25°。作為優(yōu)選，兩段柱狀中心線的夾角α為15°。
[0032]如圖5所示，當(dāng)聚晶金剛石層I磨損一定程度后，具有兩段圓柱體的孕鑲金剛石基體2接觸井底巖石的面積更大，孕鑲金剛石基體2磨削破巖的作用更強，更能提高鉆頭的破巖效率。
[0033]如圖6所示，當(dāng)聚晶金剛石層I完全磨損后，具有兩段圓柱體的孕鑲金剛石基體2還能接觸井底巖石，孕鑲金剛石基體2獨立工作，充分的延長鉆頭使用壽命。
[0034]如圖7所示，本發(fā)明的復(fù)合片包括聚晶金剛石層I和孕鑲金剛石基體2，所述孕鑲金剛石基體2為一段柱狀，柱狀的底面為球面。
[0035]如圖8所示，本發(fā)明的復(fù)合片的聚晶金剛石層I和孕鑲金剛石基體2之間有一層硬質(zhì)合金托層4，所述孕鑲金剛石基體2為一段柱狀，柱狀的底面為平面。
[0036]如圖9示，本發(fā)明的復(fù)合片的聚晶金剛石層I和孕鑲金剛石基體2之間有一層硬質(zhì)合金托層4，所述孕鑲金剛石基體2為兩段柱狀，柱狀的底面為球面。
[0037]本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，
而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.基于聚晶金剛石和孕鑲金剛石的復(fù)合片，包括聚晶金剛石層(I)和孕鑲金剛石基體(2)其特征在于:所述孕鑲金剛石基體(2)由硬質(zhì)合金粉末和金剛石顆粒(3)通過熱壓燒結(jié)而成，所述金剛石顆粒(3)為天然金剛石顆?；蛉嗽旖饎偸w?；蛱烊唤饎偸w粒和人造金剛石顆粒按一定比例的混合物，所述金剛石顆粒(3)在孕鑲金剛石基體(2)內(nèi)均勻分布。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聚晶金剛石和孕鑲金剛石的復(fù)合片，其特征在于:所述聚晶金剛石層(I)和孕鑲金剛石基體(2)之間有一層硬質(zhì)合金托層(4)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聚晶金剛石和孕鑲金剛石的復(fù)合片，其特征在于:所述孕鑲金剛石基體(2)為一段柱狀，柱狀的底面為平面。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聚晶金剛石和孕鑲金剛石的復(fù)合片，其特征在于:所述孕鑲金剛石基體(2)為一段柱狀，柱狀的底面為球面。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聚晶金剛石和孕鑲金剛石的復(fù)合片，其特征在于:所述孕鑲金剛石基體(2)為兩段柱狀，該兩段柱狀中心線的夾角α=5°-25°。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聚晶金剛石和孕鑲金剛石的復(fù)合片，其特征在于:作為優(yōu)選，所述孕鑲金剛石基體(2)為兩段柱狀，該兩段柱狀中心線的夾角α=15°。
【文檔編號】E21B10/46GK105863517SQ201610410301
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】裴竹, 王軍軍, 胡希, 胡一希
【申請人】四川萬吉金剛石鉆頭有限公司