石油天然气钻探用金刚石复合片的制作方法

本技术涉及一种石油天然气钻探用金刚石复合片，属于超硬材料。

背景技术：

1、金刚石复合片由金刚石工作层和硬质合金基体经高温高压烧结而成，同时兼有金刚石材料的高硬度，高耐磨性和硬质合金材料的高强度与抗冲击韧性，应用于石油天然气钻探领域，是金刚石钻头最重要的部件。

2、随着石油天然气钻探深度不断加深，钻井效率不断提升，普遍采用激进的钻井工艺参数，如提高金刚石钻头的机械转速和施加更大的钻井压力，所使用的泥浆泵压不断提高，泥浆中所夹带的钻屑对钻头上的金刚石复合片形成冲蚀磨损。高的钻压对复合片产生更大的冲击载荷，要求金刚石复合片具备更强的抗冲击韧性；高的泥浆泵压造成金刚石复合片的硬质合金基体被冲蚀，严重的会形成复合片的金刚石层外悬，进一步可能造成金刚石层大块掉块。

3、硬质合金的固有特性是，韧性高的其硬度低和抗冲蚀性能差，硬度高的其韧性低和抗冲蚀性能好，韧性与硬度难以兼顾。

4、因此，需要研发能用于高冲击和高冲蚀钻井工况的石油天然气钻探用金刚石复合片。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种石油天然气钻探用金刚石复合片。

2、本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

3、石油天然气钻探用金刚石复合片，特点是：包括硬质合金组合体以及与其连接为一体的金刚石层，所述硬质合金组合体包含由内而外呈同心设置的硬质合金内芯、耐高温金属薄管以及硬质合金外筒，硬质合金内芯与硬质合金外筒之间由耐高温金属薄管隔离，硬质合金内芯、硬质合金外筒和耐高温金属薄管等高。

4、进一步地，上述的石油天然气钻探用金刚石复合片，其中，所述硬质合金内芯为高韧性硬质合金圆柱体，硬质合金外筒为高硬度高耐磨硬质合金筒形体，形成内韧外硬的双层结构。

5、进一步地，上述的石油天然气钻探用金刚石复合片，其中，硬质合金内芯材质为高钴粗碳化钨颗粒合金。

6、进一步地，上述的石油天然气钻探用金刚石复合片，其中，硬质合金外筒材质为低钴细碳化钨颗粒合金。

7、进一步地，上述的石油天然气钻探用金刚石复合片，其中，耐高温金属薄管材质为钛、锆、钼、铌或钽。

8、进一步地，上述的石油天然气钻探用金刚石复合片，其中，耐高温金属薄管的壁厚为0.05～0.20mm。

9、进一步地，上述的石油天然气钻探用金刚石复合片，其中，硬质合金外筒的壁厚为1～3mm。

10、本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：

11、①本实用新型石油天然气钻探用金刚石复合片包括金刚石层和硬质合金组合体，硬质合金组合体为内外双层结构，具有内韧外硬的特性；内芯为高钴粗碳化钨颗粒硬质合金圆柱体，外侧为低钴细碳化钨颗粒硬质合金管形体，二者之间嵌入耐高温金属薄管，薄管将内外硬质合金相互隔离；获得整体高抗冲击性、合金基体表面具有高硬度和高抗冲蚀性能的石油天然气钻探用金刚石复合片，适用于高冲击和高冲蚀钻井工况；

12、②采用两种具有不同特性的硬质合金组成一个组合体，取代现有工艺的一体式硬质合金基体；上述结构赋予硬质合金基体芯部具有较高韧性和高强度，同时基体外圆面具有高硬度和卓越的抗冲蚀性能；

13、③石油天然气钻探用金刚石复合片本体具有较高的韧性和强度，硬质合金表面具备高硬度和高抗冲蚀性能，显著减轻复合片基体冲蚀磨损，避免了金刚石层悬空以致大块崩损，大大延长了金刚石复合片的工作寿命。

14、本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型具体实施方式了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.石油天然气钻探用金刚石复合片，其特征在于：包括硬质合金组合体(2)以及与其连接为一体的金刚石层(1)，所述硬质合金组合体(2)包含由内而外呈同心设置的硬质合金内芯(3)、耐高温金属薄管(4)以及硬质合金外筒(5)，硬质合金内芯(3)与硬质合金外筒(5)之间由耐高温金属薄管(4)隔离，硬质合金内芯(3)、硬质合金外筒(5)和耐高温金属薄管(4)等高。

2.根据权利要求1所述的石油天然气钻探用金刚石复合片，其特征在于：耐高温金属薄管(4)的内径与硬质合金内芯(3)的外经相同，耐高温金属薄管(4)的外径与硬质合金外筒(5)的内径相同。

3.根据权利要求1或2所述的石油天然气钻探用金刚石复合片，其特征在于：所述硬质合金内芯(3)为高韧性硬质合金圆柱体，硬质合金外筒(5)为高硬度高耐磨硬质合金筒形体，形成内韧外硬的双层结构。

4.根据权利要求1或2所述的石油天然气钻探用金刚石复合片，其特征在于：硬质合金内芯(3)材质为高钴粗碳化钨颗粒合金。

5.根据权利要求1或2所述的石油天然气钻探用金刚石复合片，其特征在于：硬质合金外筒(5)材质为低钴细碳化钨颗粒合金。

6.根据权利要求1所述的石油天然气钻探用金刚石复合片，其特征在于：耐高温金属薄管(4)材质为钛、锆、钼、铌或钽。

7.根据权利要求1或2所述的石油天然气钻探用金刚石复合片，其特征在于：耐高温金属薄管(4)的壁厚为0.05～0.20mm。

8.根据权利要求1或2所述的石油天然气钻探用金刚石复合片，其特征在于：硬质合金外筒(5)的壁厚为1～3mm。

技术总结本技术涉及石油天然气钻探用金刚石复合片，包括硬质合金组合体以及与其连接为一体的金刚石层，硬质合金组合体包含由内而外呈同心设置的硬质合金内芯、耐高温金属薄管以及硬质合金外筒，硬质合金内芯与硬质合金外筒之间由耐高温金属薄管隔离，硬质合金内芯、硬质合金外筒和耐高温金属薄管等高。硬质合金组合体为内外双层结构，具有内韧外硬的特性，有较高的韧性和强度，硬质合金表面具备高硬度和高抗冲蚀性能，显著减轻复合片基体冲蚀磨损，避免了金刚石层悬空以致大块崩损，大大延长了金刚石复合片的工作寿命。技术研发人员：江雨明,黄海,张彩琴,王冠龙,朱赠友受保护的技术使用者：苏州思珀利尔工业技术有限公司技术研发日：20231228技术公布日：2024/9/19