一種聚晶金剛石復(fù)合齒及其制造方法和一種鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超硬復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚晶金剛石復(fù)合齒及其制造方法和一種鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入，淺層、易開發(fā)油氣資源越來越少，在深部地層以及復(fù)雜地質(zhì)條件下尋求油氣資源正逐漸成為目前海陸勘探開發(fā)的重要工作。在深井和復(fù)雜地質(zhì)條件下的油氣鉆探工作中，經(jīng)常鉆遇碳酸鹽巖、火成巖和變質(zhì)巖等難鉆地層，其強度高，硬度大，可鉆性差，研磨性強。
[0003]目前，為解決上述問題,石油鉆井常使用聚晶金剛石復(fù)合片(polycrystallinediamond compact,F1DCX由于聚晶金剛石復(fù)合片兼具有聚晶金剛石層硬度高、耐磨性好，以及硬質(zhì)合金基體良好韌性、可焊性的性能，已被廣泛應(yīng)用于石油鉆井、地質(zhì)勘探、煤田鉆采、機械加工等領(lǐng)域。
[0004]但現(xiàn)有的聚晶金剛石復(fù)合片，其多為圓柱形狀，聚晶金剛石復(fù)合片前端面為平面，以壓剪方式破巖，這使得現(xiàn)有的聚晶金剛石復(fù)合片在鉆進時，吃入硬質(zhì)地層困難，容易出現(xiàn)“打滑”現(xiàn)象，從而造成破巖效率低，進而大大影響了深部地層及復(fù)雜地質(zhì)條件下油氣資源的勘探開發(fā)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種聚晶金剛石復(fù)合齒，其有效地提高了破巖效率。
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種聚晶金剛石復(fù)合齒的制造方法，其制成的聚晶金剛石復(fù)合齒可有效地提高了破巖效率。
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種鉆頭，其有效地提聞了破巖效率。
[0008]本發(fā)明提供的一種聚晶金剛石復(fù)合齒，包括硬質(zhì)合金基體，其包括安裝部以及位于所述硬質(zhì)合金基體一端的工作部；
[0009]聚晶金剛石層，其形成于所述工作部的外表面上，并且呈圓錐形結(jié)構(gòu)。
[0010]可選的，所述工作部呈圓錐形結(jié)構(gòu)。
[0011]可選的，所述工作部的錐角大于所述聚晶金剛石層的錐角。
[0012]可選的，所述工作部的錐角為90?130° ;所述聚晶金剛石層的錐角為70?110。。
[0013]可選的，所述工作部在錐頂處形成第一球面，所述聚晶金剛石層在錐頂處形成第二球面。
[0014]可選的，所述第一球面的曲率半徑大于所述第二球面的曲率半徑。
[0015]可選的，所述第一球面的曲率半徑為5?15mm;所述第二球面的曲率半徑為1.5 ?3mmο
[0016]可選的，所述工作部的外表面處形成有第一結(jié)合構(gòu)件，所述聚晶金剛石層的內(nèi)表面處形成有能夠與所述第一結(jié)合構(gòu)件形成形狀互補式配合的第二結(jié)合構(gòu)件。
[0017]可選的，所述聚晶金剛石層的厚度大于或等于2_，且所述聚晶金剛石層位于錐頂處的厚度為3?6mm。
[0018]可選的，所述安裝部呈圓柱形。
[0019]本發(fā)明提供的一種制造上述聚晶金剛石復(fù)合齒的方法，將金剛石微粉、結(jié)合劑和所述硬質(zhì)合金基體在溫度為1400?1600°C，壓力為6?8GPa的真空條件下燒結(jié)10?20分鐘。
[0020]可選的，所述金剛石微粉的粒度為10?100 μ m。
[0021]可選的，所述硬質(zhì)合金基體為鎢鈷硬質(zhì)合金基體，且所述鎢鈷硬質(zhì)合金基體中鈷含量為5%?10%。
[0022]可選的，所述結(jié)合劑為鈷粉末、鐵粉末和鎳粉末中的任一種或多種組合。
[0023]本發(fā)明提供的一種鉆頭，包括鉆頭基體和通過上述安裝部而安裝在所述鉆頭基體上的上述的聚晶金剛石復(fù)合齒，其中，所述聚晶金剛石復(fù)合齒與所述鉆頭基體的表面的夾角為70?75°。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的聚晶金剛石復(fù)合齒，通過在工作部的外表面形成圓錐形的聚晶金剛石層，提高了聚晶金剛石復(fù)合齒在工作時吃入地層的能力，從而實現(xiàn)了犁切方式進行破巖，有效地提高了破巖效率。
[0025]在進一步的技術(shù)方案中，將工作部設(shè)置成圓錐形，利用工作部和聚晶金剛石層均為圓錐形，可有效地將聚晶金剛石復(fù)合齒吃入地層時所受到的沖擊力進行均勻分散，從而可有效地避免聚晶金剛石層發(fā)生碎裂；并且進一步的可將工作部的錐角設(shè)置在90?130°，將聚晶金剛石層的錐角設(shè)置在70°?110°。
[0026]在進一步的技術(shù)方案中，工作部在錐頂處形成第一球面，聚晶金剛石層在錐頂形成第二球面，使得在工作時聚晶金剛石層與地層的接觸面為球面，從而將聚晶金剛石層受到的沖擊力均勻地分散到工作部上，進而有效地避免了沖擊力過于集中而造成聚晶金剛石層碎裂現(xiàn)象的發(fā)生。
[0027]在進一步的技術(shù)方案中，第一球面的曲率半徑為5?15mm，第二球面的曲率半徑為1.5?3_，從而更好地將聚晶金剛石層受到的沖擊力均勻地分散到工作部上。
[0028]在進一步的技術(shù)方案中，在工作部的外表面處形成有第一結(jié)合構(gòu)件，在聚晶金剛石層的內(nèi)表面處形成有與之相配合的第二結(jié)合構(gòu)件，使得工作部與聚晶金剛石層之間的結(jié)合面形成非光滑面，從而可有效地避免工作部與聚晶金剛石層在結(jié)合面處的應(yīng)力集中的問題，進而提高了聚晶金剛石復(fù)合齒的抗沖擊性能。
[0029]在進一步的技術(shù)方案中，聚晶金剛石層的厚度大于或等于2mm，且在位于錐頂處的厚度為3?6_，有效地保證了聚晶金剛石層的整體結(jié)構(gòu)強度，可有效地避免因沖擊力過大而造成聚晶金剛石層出現(xiàn)碎裂現(xiàn)象。
[0030]在進一步的技術(shù)方案中，安裝部成圓柱形，可保證聚晶金剛石復(fù)合齒與現(xiàn)有的鉆頭基體進行裝配使用，提高其通用性。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的聚晶金剛石復(fù)合齒的制造方法，利用該方法制成的聚晶金剛石復(fù)合齒，通過將工作部和聚晶金剛石層均設(shè)置成圓錐形，提高了聚晶金剛石復(fù)合齒在工作時吃入地層的能力，從而實現(xiàn)了犁切方式進行破巖，有效地提高了破巖效率。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的鉆頭，其利用聚晶金剛石復(fù)合齒與鉆頭基體呈一定角度進行安裝，進一步提高了聚晶金剛石復(fù)合齒在工作時吃入地層的能力，從而實現(xiàn)了犁切方式進行破巖，有效地提高了破巖效率。
[0033]上述技術(shù)特征可以各種適合的方式組合或由等效的技術(shù)特征來替代，只要能夠達到本發(fā)明的目的。
【附圖說明】
[0034]在下文中將基于僅為非限定性的實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細的描述。其中:
[0035]圖1為本發(fā)明實施例一提供的聚晶金剛石復(fù)合齒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2為本發(fā)明實施例三提供的鉆頭的工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]【附圖說明】:
[0038]1-硬質(zhì)合金基體，11-安裝部；
[0039]12-工作部，121-第一球面，122-第一結(jié)合構(gòu)件；
[0040]2-聚晶金剛石層，21-第二球面，22-第二結(jié)合構(gòu)件；
[0041]3-鉆頭基體，31-安裝槽。
【具體實施方式】
[0042]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，基于本發(fā)明中的【具體實施方式】，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本發(fā)明所保護的范圍。
[0043]實施例一:
[0044]如圖1所示，本實施例中提供的聚晶金剛石復(fù)合齒，包括硬質(zhì)合金基體I和聚晶金剛石層2 ;硬質(zhì)合金基體I 一端為安裝部11，另一端為工作部12 ;聚晶金剛石層2形成于工作部12的外表面上，且聚晶金剛石層2呈圓錐形結(jié)構(gòu)。
[0045]使用時，聚晶金剛石復(fù)合齒在對地層進行破巖時，通過圓錐形的聚晶金剛石層2可有效地提高吃入地層的能力，并對刃前巖石產(chǎn)生直接的剪切破壞作用，從根本上將現(xiàn)有的聚晶金剛石復(fù)合齒的壓剪破巖方式變?yōu)槔缜衅茙r方式，進而有效地提高了破巖效率；其具體工作示意圖可參考圖2所示。
[0046]本實施例中，由于聚晶金剛石復(fù)合齒在對地層進行破巖時，其上的聚晶金剛石層2需要承受破巖時產(chǎn)生的沖擊力，并將該沖擊力傳遞至工作部12上，利用工作部12對聚晶金剛石層2起到支撐的作用，因此工作部12與聚晶金剛石層2之間會存在較大的應(yīng)力，如果應(yīng)力過于集中便會造成聚晶金剛石層2的碎裂，從而影響聚晶金剛石復(fù)合齒的正常使用，并最終影響到破巖效率；為此，如圖1所示，可使得工作部12呈圓錐形結(jié)構(gòu)，這樣一來，工作部12和聚晶金剛石層2均為圓錐形結(jié)構(gòu)，在聚晶金剛石復(fù)合齒對地層進行破巖時，聚晶金剛石層2所受到的沖擊力可均勻地分散至工作部12上，從而有效地避免了聚晶金剛石層2與工作部12之間的應(yīng)力過于集中，進而有效地避免了聚晶金剛石層2的碎裂。
[0047]優(yōu)選的，工作部12的錐角大于聚晶金剛石層2的錐角。
[0048]為了進一步提高聚晶金剛石復(fù)合齒吃入地層的能力，進一步優(yōu)選的，可將工作部12的錐角設(shè)定在90°?130° ;可將聚晶金剛石層2的錐角設(shè)定在70°?110°。
[0049]本實施例中，由于聚晶金剛石復(fù)合齒在對地層進行破巖時，其上的聚晶金剛石層