【技术实现步骤摘要】
本申请涉及超硬复合材料的，尤其是涉及应用于油气钻采、地质钻探、煤炭采掘等领域的一种金刚石复合片、破岩钻头及金刚石复合片的制造方法。
技术介绍
1、随着油气勘探开采的不断深入，浅层、易开发油气资源越来越少，新增油气资源的开采需要面临深部地层、可钻性差和非均质硬地层等。提高钻头破岩效率是提高钻井钻速的有效途径，也是降低钻井成本的有效手段之一。钻头是破碎岩石的直接工具，强化钻头攻击能力和延长钻头寿命是提高钻头破岩效率的主要方法。
2、目前提高破岩效率的主要途径为提高破岩能量，如采用强化钻进钻压、转速等整体或瞬时破岩能量；改善钻头切削齿和钻头体材料，如更高耐磨性能复合片、异形结构复合片等；优化切削方式和结构，如采用同时布置压剪破岩常规复合片和犁切破岩锥形结构复合片的pdc钻头，结合常规pdc钻头剪切破岩和牙轮钻头冲击压碎破岩模式的混合钻头等。这些措施在实际应用中取得明显效果，尤其是异型切削齿中的锥形复合片和pdc牙轮混合钻头应用，其中锥形复合片以较小钻压便能吃入地层，并可以起稳定钻头作用；混合钻头在可钻性差的硬地层中借助牙轮高效侵入岩石能力，破岩效率明显。但上述改进措施也存在一些问题和不足。
3、在深部地层和可钻性差的非均质地层油气钻进中，尤其是高破岩能量下，往往会引起钻头钻压和扭矩大幅波动，造成钻头和钻柱剧烈振动，此时，钻头上作为切削齿的复合片会受到异常轴向和切向冲击载荷，容易导致复合片非正常破裂失效。现有锥形复合片同常规复合片一样通过高温钎焊或其它方式，与pdc钻头体形成固定连接，在非均质坚硬地层中齿尖部位固
技术实现思路
1、本申请的目的是提供一种金刚石复合片、破岩钻头及金刚石复合片的制造方法，用于解决相关技术中的复合片在受到异常冲击载荷、单侧高载荷冲击磨损或高频轴向冲击时容易发生破裂的问题。
2、第一方面，本申请提供的一种金刚石复合片采用如下的技术方案：
3、一种金刚石复合片，包括：
4、复合片主体；
5、复合片基座，所述复合片主体可伸缩设于所述复合片基座内，当所述复合片主体相对于所述复合片基座伸缩移动时，能够调节所述复合片主体露出于所述复合片基座的高度；
6、弹性件，所述弹性件设于所述复合片基座上，并作用于所述复合片主体，所述弹性件用于提供推动所述复合片主体向外伸出所述复合片基座的弹力。
7、可选的，所述复合片主体为锥形，所述复合片基座包括合金套环和合金压板，所述合金套环的内腔设有与锥形的所述复合片主体相适配的锥孔，所述合金压板设于所述合金套环锥孔的大口端，并与所述合金套环固定连接，所述复合片主体可转动设于所述合金套环内。
8、可选的，所述复合片主体包括硬质合金基体和聚晶金刚石层，所述硬质合金基体的端部设有圆弧结构，所述聚晶金刚石层与所述硬质合金基体端部的圆弧结构固定连接。
9、可选的，所述弹性件为碟形弹簧，所述碟形弹簧设于所述合金套环内，所述碟形弹簧的两端分别与所述合金压板和所述硬质合金基体抵接。
10、可选的，所述合金压板的边缘设有第一倒角，所述合金套环的边缘设有第二倒角，在所述第一倒角与第二倒角之间形成焊缝槽，所述合金压板与所述合金套环钎焊固定连接。
11、第二方面，本申请提供的一种破岩钻头采用如下的技术方案：
12、一种破岩钻头，包括所述的金刚石复合片，还包括钻头组件，所述金刚石复合片设于所述钻头组件上。
13、可选的，所述钻头组件包括钻头体，所述钻头体的冠部端设有多组固定翼，所述固定翼的侧部设有第一切削齿，所述固定翼的肩部或/和端面上布置有所述金刚石复合片，所述复合片基座与所述固定翼固定连接，所述金刚石复合片的轴线与所述固定翼表面法线之间的夹角为12°-25°，所述金刚石复合片最远端距离所述固定翼表面的距离，比所述第一切削齿最远端距离所述固定翼表面的距离大0.05mm-2.5mm。
14、可选的，所述钻头体冠部端的中心位置沿平行于所述钻头体的轴线方向布置有所述金刚石复合片，所述复合片基座与所述钻头体固定连接，所述金刚石复合片最远端距离所述钻头体表面的距离为所述复合片主体伸出所述复合片基座的露出高度，所述露出高度为3mm-10mm。
15、可选的，所述钻头组件还包括多组牙轮，多组所述牙轮转动设于所述钻头体上，多组所述牙轮与多组所述固定翼沿所述钻头体周向交替间隔布置，所述牙轮的周部设有第二切削齿。
16、第三方面，本申请提供的一种金刚石复合片的制造方法采用如下的技术方案：
17、一种金刚石复合片的制造方法，包括以下步骤：
18、步骤1.将金刚石微粉、添加剂和硬质合金基体装入金属杯中组成内合成模总成，内合成模总成经高温高真空净化处理后，同保温、传压、发热零件装配组成外合成模总成，外合成模总成在六面顶液压机上经过高温高压烧结成型为复合片主体产品毛坯，复合片主体产品毛坯经过表面处理工艺形成复合片主体成品；
19、步骤2.合金套环和合金压板经碳化钨和金属钴粉末混料、造粒、压制成型、烧结、表面加工工艺制备成型；
20、步骤3.将合金套环套设于复合片主体外侧，接着将碟形弹簧置于合金套环内，再将合金压板扣置于合金套环锥孔的大口端，并通过钎焊将合金压板与合金套环焊接固定，制成金刚石复合片。
21、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
22、1.钻井切削岩石过程中，复合片主体可绕轴线旋转，因此复合片主体齿头与岩石的接触部位持续变化，使复合片主体锥形齿头从传统的固定方向齿头磨损变钝，改进为360度旋转磨损，从而保持了复合片主体锥形齿头的尖头形锋利刃口结构，大幅延长复合片使用寿命，提高钻头的钻进速度和进尺。
23、2.钻井切削岩石时，当钻头钻压和扭矩大幅波动或遇到非均质可钻性差的地层时，会形成钻头剧烈振动，导致本专利技术的金刚石复合片受到的切削和冲击载荷突然增大，当超过碟形弹簧的预压缩力时，碟形弹簧被进一步压缩，复合片主体会向合金套环内收缩，使本专利技术的金刚石复合片齿头露出高度降低，吃入岩石的深度减少，切削载荷降低，从而减少金刚石复合片在高载荷下的异常破裂，齿头锋利的切削刃口可长时间保持，进而提高钻头钻进速度和进尺。
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1.一种金刚石复合片，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种金刚石复合片，其特征在于，所述复合片主体(11)为锥形，所述复合片基座包括合金套环(12)和合金压板(13)，所述合金套环(12)的内腔设有与锥形的所述复合片主体(11)相适配的锥孔，所述合金压板(13)设于所述合金套环(12)锥孔的大口端，并与所述合金套环(12)固定连接，所述复合片主体(11)可转动设于所述合金套环(12)内。
3.根据权利要求2所述的一种金刚石复合片，其特征在于，所述复合片主体(11)包括硬质合金基体(111)和聚晶金刚石层(112)，所述硬质合金基体(111)的端部设有圆弧结构(1111)，所述聚晶金刚石层(112)与所述硬质合金基体(111)端部的圆弧结构(1111)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种金刚石复合片，其特征在于，所述弹性件为碟形弹簧(14)，所述碟形弹簧(14)设于所述合金套环(12)内，所述碟形弹簧(14)的两端分别与所述合金压板(13)和所述硬质合金基体(111)抵接。
5.根据权利要求2所述的一种金刚石复合片，其
6.一种破岩钻头，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的金刚石复合片(10)，还包括钻头组件(20)，所述金刚石复合片(10)设于所述钻头组件(20)上。
7.根据权利要求6所述的一种破岩钻头，其特征在于，所述钻头组件(20)包括钻头体(21)，所述钻头体(21)的冠部端设有多组固定翼(22)，所述固定翼(22)的侧部设有第一切削齿(23)，所述固定翼(22)的肩部或/和端面上布置有所述金刚石复合片(10)，所述复合片基座与所述固定翼(22)固定连接，所述金刚石复合片(10)的轴线与所述固定翼(22)表面法线之间的夹角为12°-25°，所述金刚石复合片(10)最远端距离所述固定翼(22)表面的距离，比所述第一切削齿(23)最远端距离所述固定翼(22)表面的距离大0.05mm-2.5mm。
8.根据权利要求7所述的一种破岩钻头，其特征在于，所述钻头体(21)冠部端的中心位置沿平行于所述钻头体(21)的轴线方向布置有所述金刚石复合片(10)，所述复合片基座与所述钻头体(21)固定连接，所述金刚石复合片(10)最远端距离所述钻头体(21)表面的距离为所述复合片主体(11)伸出所述复合片基座的露出高度，所述露出高度为3mm-10mm。
9.根据权利要求7所述的一种破岩钻头，其特征在于，所述钻头组件(20)还包括多组牙轮(24)，多组所述牙轮(24)转动设于所述钻头体(21)上，多组所述牙轮(24)与多组所述固定翼(22)沿所述钻头体(21)周向交替间隔布置，所述牙轮(24)的周部设有第二切削齿(241)。
10.一种金刚石复合片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种金刚石复合片，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种金刚石复合片，其特征在于，所述复合片主体(11)为锥形，所述复合片基座包括合金套环(12)和合金压板(13)，所述合金套环(12)的内腔设有与锥形的所述复合片主体(11)相适配的锥孔，所述合金压板(13)设于所述合金套环(12)锥孔的大口端，并与所述合金套环(12)固定连接，所述复合片主体(11)可转动设于所述合金套环(12)内。
3.根据权利要求2所述的一种金刚石复合片，其特征在于，所述复合片主体(11)包括硬质合金基体(111)和聚晶金刚石层(112)，所述硬质合金基体(111)的端部设有圆弧结构(1111)，所述聚晶金刚石层(112)与所述硬质合金基体(111)端部的圆弧结构(1111)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种金刚石复合片，其特征在于，所述弹性件为碟形弹簧(14)，所述碟形弹簧(14)设于所述合金套环(12)内，所述碟形弹簧(14)的两端分别与所述合金压板(13)和所述硬质合金基体(111)抵接。
5.根据权利要求2所述的一种金刚石复合片，其特征在于，所述合金压板(13)的边缘设有第一倒角，所述合金套环(12)的边缘设有第二倒角，在所述第一倒角与第二倒角之间形成焊缝槽(15)，所述合金压板(13)与所述合金套环(12)钎焊固定连接。
6.一种破岩钻头，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的金刚石复合片(10)，还包括钻头组件(20)，所述金刚...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵海洋，
申请(专利权)人：武汉玖石超硬材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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