一种抗冲击金刚石复合片的制作方法

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1.本发明涉及一种抗冲击金刚石复合片，属于石油钻探技术领域。

背景技术：

2.上世纪80年代开始，金刚石钻头被广泛地用于石油天然气钻井工程。金刚石钻头主要由钻头体和切削元件构成，金刚石钻头根据切削元件分成三类：pdc(聚晶金刚石)钻头、tsp(热稳定聚晶金刚石)钻头及天然金刚石钻头。pdc钻头主要用于软至中硬地层钻进，经过不断的技术进步，pdc钻头的适用范围越来越广，具有较好的经济价值。tsp钻头主要用于中硬至极硬地层钻进。目前，石油天然气钻井工程中深井作业逐步增多，钻遇的地层也越来越复杂。
3.在钻进过程中，经常会存在上部井眼井壁掉块，这些岩石掉块落入井底，重复破碎，形成硬核对金刚石复合片进行冲击，导致pdc钻头切削元件失效。类似的情况，还有钻遇软地层夹杂砾石时，砾石也会对金刚石复合片冲击，导致钻头崩齿失效。针对这种现象：中国专利cn 201679451 u提出了一种弧面聚晶金刚石复合片，其解决了复合片的抗冲击的问题，但其自身攻击力较弱，因而切削效率较低。中国专利cn 209261495 u提出了一种中间凸起弧面、周边平面的金刚石复合片，这种复合片虽部分兼顾了切削效率和正面抗冲击提升，但其侧面抗冲击能力未能有效提升。

技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种抗冲击金刚石复合片，它正面和侧面抗冲击力强，抗砾石性能好，且切削效率高。
5.本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括柱形硬质合金基体和金刚石复合层，所述的金刚石复合层设置在硬质合金基体的一端，两者相联成一体，所述的金刚石复合层端面设置有多条凸脊，各凸脊之间通过斜面和过渡曲面相连，其特征在于所述的金刚石复合层端面中部设置有向上拱起的凸台，所述的凸脊从端面边缘沿径向延伸与凸台边缘相接，所述的凸脊包括有向上延伸的正凸脊和向下延伸的负凸脊。
6.按上述方案，所述的凸台为曲线回转面或倒角棱台面，所述凸台的最高点高于凸脊最高点。
7.按上述方案，所述的向上延伸的正凸脊其脊顶两端的连线与金刚石复合层底平面的夹角为大于0
°
至20
°
，进一步的，所述正凸脊的夹角为3～10
°
，所述的金刚石复合层底平面与柱形硬质合金基体轴线相垂直。
8.按上述方案，所述的向下延伸的负凸脊其脊顶两端的连线与金刚石复合层底平面的夹角为0
°
至-20
°
，进一步的，所述负凸脊的夹角为-3～-10
°
，所述的金刚石复合层底平面与柱形硬质合金基体轴线相垂直。
9.按上述方案，所述的凸脊为3～6条，沿周向间隔分布。
10.按上述方案，所述的端面边缘设置有1种或1种以上不同的倒角，以形成不同的上
下起伏的边切削刃。所述的倒角坡面为斜面倒角、弯折面倒角、曲面倒角的一种或几种。
11.按上述方案，所述的凸脊从端面边缘沿径向呈平直延伸状或呈拱起弧顶状或下凹弧顶状，即所述凸脊的脊顶正侧向廓线为直线或上凸弧线或下凹弧线。
12.按上述方案，所述的凸脊形状为弧面、曲面、平面或棱，即所述凸脊的正向廓线为弧线、曲线、直线或折线。
13.按上述方案，所述的正凸脊和负凸脊沿周向交错布设。
14.按上述方案，所述的凸脊两侧连接向下倾斜的斜面，所述的斜面为平面或曲面，各斜面之间通过过渡曲面相连，所述的凸脊及斜面的内端通过过渡曲面与凸台边缘相接，由此构成中部凸起和凹凸起伏的金刚石复合层端面。
15.按上述方案，所述的金刚石复合层的径向截面与硬质合金基体径向截面相同，为圆形或椭圆形或正多边形。
16.按上述方案，所述的金刚石复合层为聚晶金刚石复合层或热稳定聚晶金刚石复合层。
17.本发明的有益效果在于：1、通过在金刚石复合层端面中部设置向上拱起的凸台，可将砾石或井底岩石掉块顶开，避免复合片受正面冲击破坏，提高复合片的抗冲击力性能和抗砾石性能；2、通过在金刚石复合层端面设置正凸脊和负凸脊，使得金刚石复合片不仅具有较强的吃入地层能力，实现不同的攻击能力，通过将攻击力强的凸脊面安装于切削位置，保证复合片对地层的攻击性，提升钻头的机械钻速，将抗冲能力强的凸脊面安装于复合片切削位置侧面，提升了复合片侧面抗冲击能力；3、正负凸脊和斜面构成光顺的凹凸起伏的金刚石复合层端面，加之相起伏的边切削刃与凸脊的组合，形成复合片的多种不同性能的切削刃，使得同一金刚石复合片能应对不同地层钻进需求，实现不同的攻击能力集成，进一步强化了金刚石复合片的攻击能力及抗冲击能力，将其合理的布设于金刚石钻头上，可使金刚石钻头适应多种复杂地层的钻进需求，并提升钻头的使用寿命。
附图说明
18.图1至图4分别为本发明一个实施例的立体图、俯视图、正视图和侧视图。
19.图5至图6为本发明实施例一的破岩示意图。
20.图7为本发明实施例七的立体图。
21.图8为本发明实施例八的立体图。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
23.实施例一如图1至图4所示，包括圆柱形硬质合金基体102和金刚石复合层101，所述的金刚石复合层设置在硬质合金基体的一端，所述的金刚石复合层为聚晶金刚石复合层，金刚石复合层和硬质合金基体通过超高温高压烧结相联成一体，所述的硬质合金基体与金刚石复合层之间的粘结面为平面、凹凸块面或沟槽面。所述的金刚石复合层端面中部设置有向上拱起的凸台103，所述的凸台为锥球面凸台，所述的金刚石复合层端面设置有4条凸脊，包括有向上延伸的2条正凸脊105、107和向下延伸的2条负凸脊104、106，所述的正凸脊和负凸脊沿周向均布并交错布设，各凸脊从端面边缘沿径向延伸至凸台边缘，其中2条
正凸脊从边缘逐渐变高延伸至凸台边缘，2条负凸脊从边缘逐渐变低延伸至凸台边缘；所述的2条负凸脊形状为弧面，即所述凸脊的正向廓线为圆弧线，圆弧曲率半径分别为r1、r3，均相同，为2mm，也可以不相同，并且凸脊从端面边缘沿径向呈平直延伸状，所述的2条向下延伸的负凸脊其脊顶两端的连线与金刚石复合层底平面的夹角β、α为-5
°
，所述的金刚石复合层底平面与柱形硬质合金基体轴线相垂直，所述的负凸脊最高点低于凸台103最高点，高低差h1为1～2mm。所述的2条正凸脊形状为弧面，即所述凸脊的正向廓线为圆弧线，圆弧曲率半径分别为r2、r4，均相同，为6mm，也可以不相同，并且凸脊从端面边缘沿径向呈平直延伸状，所述的2条向上延伸的正凸脊其脊顶两端的连线与金刚石复合层底平面的夹角θ、γ为5
°
。所述的正凸脊最高点低于凸台103最高点，高低差h2为2～3mm。所述的凸脊两侧平滑连接向下倾斜的斜面，所述的斜面为平面，其中正凸脊107其两侧斜面113、114，两侧斜面夹角δ2为150
°
，负凸脊104其两侧斜面109、108，两侧斜面夹角δ1为140
°
，各斜面之间通过过渡曲面111、112、115平滑相连，另一正凸脊105的结构正凸脊107相同，另一负凸脊106的结构与负凸脊104相同，由此构成凹凸起伏的金刚石复合层端面。所述的端面边缘设置有2种不同的倒角，所述的倒角坡面为斜面倒角，其中在正凸脊周边边缘90
°
范围为倒角深度0.5mm的斜面倒角116，在负凸脊周边边缘90
°
范围为倒角深度0.3mm的斜面倒角110，使得整个端面外周边缘形成不同的上下起伏的边切削刃，并与各个凸脊相组合形成复合片的多种不同性能的切削刃。其中负凸脊与斜面及倒角构成攻击性较强的切削刃，正凸脊与斜面及倒角构成抗冲击能力强的侧面和侧切削刃。本实施例金刚石复合片径向截面为圆形，直径为15.8mm。图5、图6所示，为本实施例结构正面切削地层时遇到砾石或掉块的示意图，复合片安装于钻头上，负凸脊104面及其相邻面作为主切削刃，负凸脊及其相邻面构成的切削面垂直于钻头井底轮廓线切线。复合片中心凸台103将砾石顶开，由于弧面相对于平面抗冲击能力较强，故其大幅提升了复合片的正面抗冲击能力。同时，由于凸脊面相对于平面具有更强的地层吃入能力，故其提升了复合片的攻击性。复合片侧面正凸脊105、107及其相邻面构成的面具有较强的抗冲击能力，使其能较好的对抗从齿之间经过的砾石或掉块产生的冲击力，减少复合片的侧面失效。
24.实施例二如图1至图4所示，其与实施例一的不同之处在于负凸脊104与底平面夹角为β为0
°
，其余相同。
25.实施例三如图1至图4所示，其与实施例一的不同之处在于负凸脊104与底平面夹角为β为0
°
，凸脊106与底平面夹角为α为5
°
，其余相同。
26.实施例四如图1至图4所示，其与实施例一的不同之处在于负凸脊104与底平面夹角为β为0
°
，凸脊106与底平面夹角为α为5
°
，凸脊106曲率半径r3为6mm，其余相同。
27.实施例五如图1至图4所示，其与实施例一不同之处在于凸脊周边倒角均为斜倒角，宽度(深度)为0.4mm。
28.实施例六如图1至图4所示，其与实施例1不同之处在于正凸脊107、105周边边缘90
°
范围为圆弧倒角，为半径0.6mm圆弧倒角。
29.实施例七如图7所示，其有6条凸脊704、705、706、707、708、709，其中凸脊704攻击性强的负凸脊，其余凸脊为抗冲击能力强的正凸脊。负凸脊704弧面曲率半径为2mm，凸脊704与底平面夹角为-5
°
，凸脊704两侧斜面夹角为140
°
。其余凸脊弧面曲率半径均为6mm，凸脊与底平面夹角均为5
°
，两侧斜面夹角均为150，边缘面倒角均为0.5mm。其余结构与实施例
一相同。
30.实施例八如图8所示，包括有2条正凸脊805、807，两条正凸脊均抗冲击能力强，2条负凸脊804、806，凸脊形状为平面，负凸脊与底平面夹角为0
°
，且负凸脊两侧的斜面也为与底平面平行的平面，与负凸脊相连成一个较大的切削平面，采用平面部分吃入地层，正凸脊805、807的凸脊形状为弧面，曲率半径均为6mm，凸脊与底平面夹角均为5
°
，两侧斜面夹角均为150
°
，边缘倒角均为0.5mm，提升了该型齿的正面及侧面抗冲击能力。

技术特征：

1.一种抗冲击金刚石复合片，包括柱形硬质合金基体和金刚石复合层，所述的金刚石复合层设置在硬质合金基体的一端，两者相联成一体，所述的金刚石复合层端面设置有多条凸脊，各凸脊之间通过斜面和过渡曲面相连，其特征在于所述的金刚石复合层端面中部设置有向上拱起的凸台，所述的凸脊从端面边缘沿径向延伸与凸台边缘相接，所述的凸脊包括有向上延伸的正凸脊和向下延伸的负凸脊。2.按权利要求1所述的抗冲击金刚石复合片，其特征在于所述的凸台为曲线回转面或倒角棱台面，所述凸台的最高点高于凸脊最高点。3.按权利要求1或2所述的抗冲击金刚石复合片，其特征在于所述的向上延伸的正凸脊其脊顶两端的连线与金刚石复合层底平面的夹角为大于0
°
至20
°
，所述的金刚石复合层底平面与柱形硬质合金基体轴线相垂直。4.按权利要求1或2所述的抗冲击金刚石复合片，其特征在于所述的向下延伸的负凸脊其脊顶两端的连线与金刚石复合层底平面的夹角为0
°
至-20
°
，所述的金刚石复合层底平面与柱形硬质合金基体轴线相垂直。5.按权利要求1或2所述的抗冲击金刚石复合片，其特征在于所述的凸脊为3～6条，沿周向间隔分布。6.按权利要求1或2所述的抗冲击金刚石复合片，其特征在于所述的端面边缘设置有1种或1种以上不同的倒角，以形成不同的上下起伏的边切削刃；所述的倒角坡面为斜面倒角、弯折面倒角、曲面倒角的一种或几种。7.按权利要求1或2所述的抗冲击金刚石复合片，其特征在于所述的凸脊从端面边缘沿径向呈平直延伸状或呈拱起弧顶状或下凹弧顶状，即所述凸脊的脊顶正侧向廓线为直线或上凸弧线或下凹弧线。8.按权利要求7所述的抗冲击金刚石复合片，其特征在于所述的凸脊形状为弧面、曲面、平面或棱，即所述凸脊的正向廓线为弧线、曲线、直线或折线。9.按权利要求1或2所述的抗冲击金刚石复合片，其特征在于所述的正凸脊和负凸脊沿周向交错布设。10.按权利要求1或2所述的抗冲击金刚石复合片，其特征在于所述的凸脊两侧连接向下倾斜的斜面，所述的斜面为平面或曲面，各斜面之间通过过渡曲面相连，所述凸脊及斜面的内端通过过渡曲面与凸台边缘相接，由此构成中部凸起和凹凸起伏的金刚石复合层端面；所述金刚石复合层的径向截面与硬质合金基体径向截面相同，为圆形或椭圆形或正多边形。

技术总结

本发明涉及一种抗冲击金刚石复合片，包括柱形硬质合金基体和金刚石复合层，所述的金刚石复合层设置在硬质合金基体的一端，两者相联成一体，所述的金刚石复合层端面设置有多条凸脊，各凸脊之间通过斜面和过渡曲面相连，其特征在于所述的金刚石复合层端面中部设置有向上拱起的凸台，所述的凸脊从端面边缘沿径向延伸与凸台边缘相接，所述的凸脊包括有向上延伸的正凸脊和向下延伸的负凸脊。本发明通过凸台将砾石或井底岩石掉块顶开，防止复合片正面冲击破坏。通过将攻击力强的凸脊安装于切削位置，保证复合片对地层的攻击性，提升钻头的机械钻速。抗冲能力强的凸脊安装于复合片切削位置侧面，提升复合片侧面抗冲击能力，提升钻头的使用寿命。的使用寿命。的使用寿命。