一种钻头用复合型复合片及钻头的制作方法

1.本发明涉及一种用于石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探等钻进作业领域的钻头切削齿及钻头，尤其涉及一种复合至少两种材料的钻头用复合型复合片及钻头。


背景技术：

2.近年来，各个油田对石油天然气的开发周期的要求越来越高，pdc钻头应用范围越来越广，pdc钻头即金刚石复合片钻头，也就是以金刚石复合片为切削齿的钻头。对于pdc钻头来说，影响寿命的最大因素之一就是金刚石复合片。从pdc钻头的现场应用看，很多情况下，因速度慢而出井的pdc钻头的复合片的金刚石部分仅有少部分发生磨损，其主要原因是复合片的金刚石部分磨损后，与地层的接触面增大，导致钻头在同等钻压条件下压入地层的能力降低，钻进效率降低。另外，因地层的钻进难度高，很多pdc钻头都设计有前排齿和后排齿，但由于前排齿磨损导致其分担钻压较多，后排齿发挥作用较小，所以钻头的有效寿命较短，钻头更换周期短、购置成本高。
3.造成上述问题的原因是传统pdc钻头的金刚石复合片用于切削的部分全部为单一材料即金刚石，其棱角部分磨损后就会导致切削齿与地层的接触面积增大，降低钻进效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种复合至少两种材料且有效寿命长的钻头用复合型复合片及钻头。
5.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
6.一种钻头用复合型复合片，包括柱状基体，还包括金刚石片，多个所述金刚石片设于所述柱状基体的一端端部且周向分布。
7.作为优选，为了确保金刚石片只占较小比例以提高钻进效率，所有的所述金刚石片在所述柱状基体的对应端部外端表面所占面积不超过二分之一，相邻的所述金刚石片之间留有间隙。
8.作为优选，为了确保金刚石片分布在钻进时与地层接触的区域以提高抗冲击能力，每一个所述金刚石片同时分布于所述柱状基体的对应端部的外端表面和外周表面且一体成型。
9.作为优选，为了提高所述钻头用复合型复合片的利用率和安装使用便利性，多个所述金刚石片在周向均匀分布于所述柱状基体的一端端部。
10.作为优选，为了在满足使用要求的前提下节约成本，所述柱状基体为硬质合金基体，所述金刚石片的厚度不大于5mm。
11.具体地，所述金刚石片通过包括但不限于焊接、粘结、热压的方式设于所述柱状基体的一端端部。
12.根据实际需要，所述金刚石片的外表面高于所述柱状基体的对应外表面或与所述柱状基体的对应外表面齐平。
13.具体地，所述金刚石片上靠近所述柱状基体的对应端部中心位置的一侧为直线形、内凹弧线形或外凸弧线形；根据实际应用需要，金刚石片的边缘线还可以为其它各种规则或不规则形状。
14.一种钻头，包括钻头本体，所述钻头本体的前端设有多个周向分布的刀翼，所述刀翼上设有多个切削齿，一个或多个所述切削齿的切削段采用所述钻头用复合型复合片。
15.作为优选，所述切削齿包括前排切削齿和后排切削齿，一个或多个所述前排切削齿的切削段采用所述钻头用复合型复合片；所述后排切削齿的切削段可以采用或不采用所述钻头用复合型复合片。
16.本发明的有益效果在于：
17.本发明通过在柱状基体的一端端部设置多个周向分布的金刚石片，将本钻头用复合型复合片用于钻头，能够提升钻头的进尺与速度，提高钻头的切削效率和钻进效率；对于设有前排切削齿和后排切削齿的钻头来说，延长了钻头的有效寿命，钻头更换周期长、购置成本低。具体优点及原理如下：
18.在本钻头用复合型复合片与地层磨损的过程中，能够较长时间地保持占整个柱状基体端部一部分的金刚石片与地层作用，虽然柱状基体(如硬质合金基体)与金刚石片同时磨损地层，但是由于金刚石片的耐磨性高于柱状基体，所以切削端能够一直保持一定的高度差，即金刚石片的外表面高于柱状基体的对应外表面，能够有效地利用钻压压入地层，始终保持较高的切削效率和钻进效率；对于具有前排切削齿和后排切削齿的钻头来说，当前排切削齿的金刚石片磨损完之后，前排切削齿仅剩下柱状基体部分，其耐磨性差，对钻压的分担减小，钻压能够更有效地作用在后排切削齿上，从而提高了后排切削齿的利用率，钻头能够取得更长尺与更高的速度，延长了钻头的有效寿命，钻头更换周期长、购置成本低。
附图说明
19.图1是本发明所述钻头用复合型复合片的立体图；
20.图2是本发明所述钻头用复合型复合片的俯视图之一；
21.图3是图2中的a-a剖视图；
22.图4是本发明所述钻头用复合型复合片的俯视图之二；
23.图5是本发明所述钻头用复合型复合片的俯视图之三；
24.图6是采用了本发明所述钻头用复合型复合片的钻头的立体图。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明作进一步说明：
26.如图1-图5所示，本发明所述钻头用复合型复合片包括柱状基体1和金刚石片2，多个(图中为三个，也可以为两个或更多个)金刚石片2设于柱状基体1的一端端部且周向分布；作为优选，所有的金刚石片2在柱状基体1的对应端部外端表面所占面积不超过二分之一，相邻的金刚石片2之间留有间隙；每一个金刚石片2同时分布于柱状基体1的对应端部的外端表面和外周表面且一体成型；多个金刚石片2在周向均匀分布于柱状基体1的一端端部；柱状基体1为硬质合金基体，金刚石片2的厚度不大于5mm；金刚石片2通过包括但不限于焊接、粘结、热压的方式设于柱状基体1的一端端部；金刚石片2的外表面高于柱状基体1的
对应外表面，也可以与柱状基体1的对应外表面齐平；金刚石片2上靠近柱状基体1的对应端部中心位置的一侧为直线形、内凹弧线形或外凸弧线形，图1-图3所示为直线形，图4所示为内凹弧线形，图5所示为外凸弧线形；根据实际应用需要，金刚石片2的边缘线还可以为其它各种规则或不规则形状。
27.如图6所示，本发明所述钻头包括钻头本体7，钻头本体7的前端设有多个周向分布的刀翼5，刀翼5上设有多个切削齿，所述切削齿包括前排切削齿3和后排切削齿4，一个或多个前排切削齿3的切削段采用所述钻头用复合型复合片，后排切削齿4的切削段可以采用或不采用所述钻头用复合型复合片，优选不采用；这里的钻头用复合型复合片即为图1-图5所示的包括柱状基体1和金刚石片2的钻头用复合型复合片。柱状基体1和金刚石片2作为前排切削齿3的一部分，柱状基体1与前排切削齿3的基体连接或一体成型；也可以直接将所述钻头用复合型复合片作为前排切削齿3，则柱状基体1作为前排切削齿3的基体，其一部分嵌装于刀翼5内，金刚石片2用于切削地层。
28.图6中还示出了位于相邻两个刀翼5之间的流道6，以及设于钻头本体7后部的接头8，为钻头的常规结构。
29.如图1-图6所示，使用时，将钻头通过接头8与钻杆连接，钻杆带动钻头旋转，首先由前排切削齿3的切削端切削地层；切削过程中，金刚石片2不易磨损，柱状基体1较易磨损，所以金刚石片2的外表面与柱状基体1的对应外表面之间一直保持或很快形成高度差，相比没有该高度差的传统钻头，该高度差能够提升钻头的进尺与速度，提高钻头的切削效率和钻进效率；在前排切削齿3的金刚石片2被磨损完后，前排切削齿3的柱状基体1磨损加快，使后排切削齿4能够有效参与地层切削作业，继续保持一段时间的高效切削，从而延长了钻头的有效寿命，钻头更换周期长、购置成本低。
30.上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。