一种PDC齿及采用该齿的PDC钻头.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115584936A(43)申请公布日2023.01.10(21)申请号202211226759.2(22)申请日2022.10.09(71)申请人西南石油大学地址610500四川省成都市新都区新都大道8号(72)发明人黄奎林李华杨迎新牛世伟(51)Int.Cl.E21B10/46(2006.01)E21B10/42(2006.01)B32B9/00(2006.01)B32B9/04(2006.01)B32B15/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图7页(54)发明名称一种PDC齿及采用该齿的PDC钻头(57)摘要本发明公开了一种PDC齿及采用该齿的PDC钻头，PDC齿从上至下设置有聚晶金刚石平面薄层、硬质合金层、聚晶金刚石曲面层、硬质合金层、聚晶金刚石平面层、硬质合金层，其中包括三个工作面，所述聚晶金刚石平面薄层构成第一工作面，所述聚晶金刚石曲面层构成第二工作面，所述聚晶金刚石平面层构成第三工作面。在较软地层中，由第一工作面切削地层；在中硬地层中，由二工作面继续切削地层；在硬地层中，由第三工作面继续切削地层。三层聚晶金刚石层根据不同的地层条件来发挥作用，既保留了PDC齿在软地层破岩效率高的特点，又增强PDC齿在难钻地层的吃入及抗冲击能力，提高钻头的破岩效率和延长使用寿命，从而降低钻井成本。CN115584936ACN115584936A权利要求书1/1页1.一种PDC齿，其特征在于：PDC齿从上至下设置有聚晶金刚石平面薄层、硬质合金层、聚晶金刚石曲面层、硬质合金层、聚晶金刚石平面层、硬质合金层，其中PDC齿包括三个工作面，所述聚晶金刚石平面薄层构成第一工作面，所述聚晶金刚石曲面层构成第二工作面，所述聚晶金刚石平面层构成第三工作面。2.根据权利要求1所述一种PDC齿，其特征在于：所述聚晶金刚石薄层、聚晶金刚石曲面层、聚晶金刚石平面层的横截面与硬质合金层横截面形状一致。3.根据权利要求1、2所述一种PDC齿，其特征在于：所述聚晶金刚石曲面层为斧型齿，即PDC齿的第二工作面为斧型齿的工作面。4.根据权利要求1、2所述一种PDC齿，其特征在于：所述聚晶金刚石曲面层为奔驰齿，即PDC齿的第二工作面为奔驰齿的工作面。5.根据权利要求1、2所述一种PDC齿，其特征在于：所述聚晶金刚石曲面层为内凹齿，即PDC齿的第二工作面为内凹齿的工作面。6.根据权利要求1、2所述一种PDC齿，其特征在于：所述聚晶金刚石平面薄层、聚晶金刚石曲面层、聚晶金刚石平面层的下表面与硬质合金上表面为结合面，该结合面为平面、波浪形曲面、内凹球面。7.根据权利要求1、2所述一种PDC齿，其特征在于：所述聚晶金刚石平面薄层厚度不大于1.5mm,且聚晶金刚石曲面层厚度的范围为2mm至6mm，聚晶金刚石平面层厚度范围为2mm至6mm。8.一种PDC钻头，包括有钻头体，刀翼、水眼和切削齿，所述刀翼延伸自钻头体，在刀翼底部的钻头体上设置有贯通的水眼，所述切削齿固结在刀翼上，其特征在于：至少一个钻头的刀翼上采用根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述PDC齿。2CN115584936A说明书1/3页一种PDC齿及采用该齿的PDC钻头技术领域[0001]本发明属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备技术领域，特别是涉及一种PDC齿及采用该齿的PDC钻头。背景技术[0002]聚晶金刚石复合片是钻井工程中的钻井工具、破岩工具上使用的切削元件，简称为复合片或PDC齿。常规聚晶金刚石复合片通常由聚晶金刚石层与基体(基体材料通常为硬质合金)在高温高压下复合而成，因此复合片既具有聚晶金刚石层有高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性。[0003]复合片的切削刃轮廓形状与其吃入地层的难易程度密切相关，一般情况下，切削刃轮廓线与岩石相接触的区域越小，复合片吃入地层就越容易。通常新钻头的切削齿吃入地层的能力强，钻头机械钻速度高，但当钻头钻进一段时间切削齿有磨损后，钻头的机械钻速会明显下降。这是因为，新钻头切削齿的切削刃轮廓线为弧线，与岩石接触的齿尖轮廓曲率半径小，切削齿容易吃入地层；当切削齿有磨损后，切削齿变钝，切削齿与岩石接触的轮廓线曲率半径变大或变为直线，接触范围变大，切削齿难以有效地吃入地层，破岩效率降低，从而降低机械钻速。常规复合片的聚晶金刚石层通常为连续的整体，在软地层中吃入地层的能力强，但在硬地层中易因受振动、冲击等而出现聚晶层成块或整体脆崩脱落。发明内容[0004]本发明的目的就是克服上述现有技术的不足之处，提供一种能根据不同的地层条件来分别发挥作用，既保留了PDC齿在较软地层中吃入能力强的优势，又增强PDC齿在较硬地层或复杂难钻地层的吃入能力以及抗冲击能力的PDC齿