專利名稱：弧面聚晶金剛石復(fù)合片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油鉆井、礦物開采和地質(zhì)鉆探領(lǐng)域的PDC鉆頭，尤其涉及一種 弧面聚晶金剛石復(fù)合片。
背景技術(shù)：
聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)系由一層聚晶金剛石層與硬質(zhì)合金基體在高溫高壓下 燒結(jié)成的復(fù)合材料。由于它既具有天然金剛石的硬度與耐磨性，同時(shí)又兼具硬質(zhì)合金的高 抗沖擊強(qiáng)度，故聚晶金剛石復(fù)合片在石油、地質(zhì)勘探中獲得了廣泛的應(yīng)用。PDC在鉆頭的使 用中，PDC與被鉆巖石表面成一個(gè)前傾角，其角度一般控制在15°到20°之間，鉆頭鉆進(jìn) 時(shí)，鉆機(jī)給鉆頭施加一定的壓力并旋轉(zhuǎn)，用PDC的聚晶金剛石面對(duì)巖石進(jìn)行刮削，因此PDC 在鉆進(jìn)過程中受到旋轉(zhuǎn)的沖擊力和向下壓的正壓力，常規(guī)PDC的金剛石層為平面狀，當(dāng)PDC 邊緣刮削巖石時(shí)，金剛石層邊緣所受的旋轉(zhuǎn)沖擊和向下的壓力，其分力正好沿金剛石平面 方向，全部作用在金剛石層上，容易造成金剛石層的崩缺，特別是遇到破碎巖層，鉆頭抖動(dòng) 等情況，PDC的金剛石層由于結(jié)構(gòu)關(guān)系極易從邊緣沿平面崩缺，造成PDC較早失效，使PDC的 壽命大幅下降。因此要提高PDC的使用壽命，必須提高PDC的抗沖擊性能，一種方法是改變 配方和生產(chǎn)工藝，使聚晶金剛石層結(jié)合更牢，另一種方法是對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使得PDC在 使用過程中把PDC所受的沖擊力分解掉。本適用新型就是通過改變PDC結(jié)構(gòu)使PDC的抗沖 擊能力大幅增強(qiáng)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種具有高抗沖擊性能的 弧面聚晶金剛石復(fù)合片。為解決上述問題，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的弧面聚晶金剛石復(fù)合片，主要由聚晶金剛 石層和硬質(zhì)合金基體組成，其不同之處是所述聚晶金剛石層的上表面和下表面均為一上凸 的弧面，且上述兩弧面相互平行。上述弧面可以述弧面可以由多個(gè)曲率半徑不同的圓弧面組合而成，也可以為曲率 半徑一致的均勻的圓弧面，但為了增強(qiáng)鉆頭的沖擊力，該弧面最好為曲率半徑一致的均勻 的圓弧面，且該圓弧面的中心位于聚晶金剛石層的中軸線上。上述方案中，所述圓弧面的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的高度差h最好介于0.3mm 5mm 之間。上述方案中，所述聚晶金剛石層的厚度e最好介于0. 5mm 3mm之間。所述聚晶金剛石層與硬質(zhì)合金之間設(shè)有1 5層過渡層。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)勢(shì)在于1、聚晶金剛石層的上表面采用上凸的弧面，因此這種弧面PDC在鉆進(jìn)過程中其聚 晶金剛石層所受的力，一部分力沿弧面的切線分散出去，沒有全部作用在金剛石層上，因此 此種結(jié) 構(gòu)可有效的減少聚晶金剛石層所受的沖擊力，使弧面PDC抗沖擊能力大幅度地提高，從而有效提高了金剛石復(fù)合齒的使用壽命；2、聚晶金剛石層的上表面與下表面采用相 同的結(jié)構(gòu)，且兩弧面相互平行；3、聚晶金剛石層的上表面和下表面均為曲率半徑相對(duì)較大的圓弧面，使其兼具平 面復(fù)合片的刮削效率和弧面式聚晶金剛石復(fù)合齒高抗沖擊性能。經(jīng)試驗(yàn)此種弧面復(fù)合片的 抗沖擊性能比平面PDC的抗沖擊性能至少提高5 10倍。4、聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金基體的結(jié)合采用1 5過渡層結(jié)合，該層材料的熱膨 脹系數(shù)界于兩者之間，可有效消除PDC焊接過程中熱應(yīng)力集中在結(jié)合界面上，造成聚晶金 剛石層脫層現(xiàn)象，從而使得聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金基體結(jié)合得更牢固，抗沖擊性大幅提
尚ο
圖1為本實(shí)用新型一種聚晶金剛石復(fù)合齒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)為1、聚晶金剛石層；1-1、上表面；1-2、下表面；2、硬質(zhì)合金基體。
具體實(shí)施方式
圖1為本實(shí)用新型一種弧面聚晶金剛石復(fù)合片的結(jié)構(gòu)示意圖，其主要由聚晶金剛 石層1與硬質(zhì)合金基體2在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成。聚晶金剛石層1的上表面1-1和 下表面1-2均為一上凸的弧面，且上述兩弧面形狀相同，并相互平行。上述弧面可以由多個(gè) 曲率半徑不同的圓弧面組合而成，也可以為曲率半徑一致的均勻的圓弧面，其表面應(yīng)光滑、 致密和堅(jiān)固。在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，所述聚晶金剛石層1的上表面1-1和下表面1-2 均為一個(gè)曲率半徑一致的均勻的圓弧面，且該圓弧面的中心位于聚晶金剛石層1的中軸線 上。上述圓弧面的曲率半徑R可根據(jù)實(shí)際需求選定，為兼顧平面式切割效率和弧面式聚晶 金剛石層1的抗沖擊性優(yōu)勢(shì)，其弧面最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的高度差h非常重要，一般h控制在 0. 3 5mm之間。在本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例中，弧面的最高點(diǎn)位于在聚晶金剛石層1的中 心點(diǎn)上，而最低點(diǎn)則位于在聚晶金剛石層1的邊緣，其h值為1mm。聚晶金剛石層1與硬質(zhì)合金基體2相結(jié)合的下表面1-2上可以開設(shè)有凹槽、小孔 或凹坑等，使兩者能夠更好地結(jié)合在一起，以加強(qiáng)聚晶金剛石復(fù)合齒的防沖擊性能。此外， 聚晶金剛石層1與硬質(zhì)合金之間設(shè)有1 5層過渡層。無論金剛石復(fù)合齒的上表面1-1和 下表面1-2為何種形狀，兩平行的弧面間的距離，即聚晶至金剛石層的厚度e應(yīng)介于0. 5 3mm之間。在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例中，聚晶金剛石層1的上表面1-1和下表面1_2的距 離，即聚晶金剛石層1的厚度e為1. 5mm。由上述聚晶金剛石層1和硬質(zhì)合金基體2復(fù)合 而成的聚晶金剛石復(fù)合片為一個(gè)弧面球形的圓柱體，該圓柱形的截面直徑D介于5 25mm 之間。在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，所述的弧面聚晶復(fù)合片的截面直徑D為13. 44mm，高度 H 為 8mm。
權(quán)利要求弧面聚晶金剛石復(fù)合片，主要由聚晶金剛石層(1)和硬質(zhì)合金基體(2)組成，其特征在于所述聚晶金剛石層(1)的上表面(1 1)和下表面(1 2)均為一上凸的弧面，且上述兩弧面相互平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弧面聚晶金剛石復(fù)合片，其特征在于所述弧面為一個(gè)曲率 半徑一致的均勻的圓弧面，且該圓弧面的中心位于聚晶金剛石層(1)的中軸線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的弧面聚晶金剛石復(fù)合片，其特征在于所述圓弧面的最高點(diǎn) 與最低點(diǎn)之間的高度差h介于0. 3mm 5mm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的弧面聚晶金剛石復(fù)合片，其特征在于所述聚 晶金剛石層(1)的厚度介于e介于0. 5mm 3mm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弧面聚晶金剛石復(fù)合片，其特征在于所述聚晶金剛石層(1) 與硬質(zhì)合金之間設(shè)有1 5層過渡層。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種具有高抗沖擊性能的弧面聚晶金剛石復(fù)合片，主要由聚晶金剛石層和硬質(zhì)合金基體組成，其不同之處是所述聚晶金剛石層的上表面和下表面均為一上凸的弧面，且上述兩弧面相互平行。
文檔編號(hào)E21B10/55GK201679451SQ20102020750
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者莫銘忠 申請(qǐng)人:桂林星鉆超硬材料有限公司