多滚动式切割器的保持制造技术

一种切割工具可包括工具主体；从该工具主体径向延伸的至少一个刀片；布置在该至少一个刀片上的多个切割器；以及至少一个保持构件，每一个保持构件从所述多个切割器中的至少两个切割器的侧表面对所述至少两个切割器起着保持作用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多滚动式切割器的保持
技术介绍
各种类型和形状的地质勘探钻头用于地质钻井工业的各种应用中。地质勘探钻头具有钻头主体，其包括各种结构，例如钻芯、刀片以及延伸到钻头主体中的切割器凹口或安装到钻头主体上的牙轮。根据应用/需要钻的岩层，可以基于钻头的切割动作类型和其用在特定地层中的恰当性来选择合适类型的钻头。刮刀钻头，通常被称作“固定切割器钻头”，包括具有连接到钻头主体的切割元件的钻头，钻头主体可以是钢制钻头主体或者由基体材料、例如由结合剂材料包围的碳化钨形成的基体钻头主体。刮刀钻头通常可被定义为没有移动部件的钻头。然而，在本领域中已有不同的形成刮刀钻头的类型和方法。例如，刮刀钻头具有研磨材料，例如金刚石，其被孕镶到形成钻头主体的材料表面中，这种钻头通常被称作“孕镶”钻头。刮刀钻头具有由沉积到或以其他方式结合到基体上的特硬切割表面层或者或“台面”(通常由多晶金刚石材料或多晶氮化硼材料制成)制成的切割元件，这种钻头在本领域中称为多晶金刚石复合(“PDC”)钻头。PDC钻头钻软的地层时很轻松，但是它们往往被用于钻中等硬度或研磨性地层。它们使用小的切割器通过剪切动作来切割岩层，不会穿透很深进入地层中。由于穿透深度浅，需要通过相对较高的钻头旋转速度来实现高的穿透速率。PDC切割器在工业应用中已经使用多年，包括岩石钻探和金属加工。在PDC钻头中，PDC切割器被容纳在形成于从钻头主体延伸的刀片内的切割器凹口中，并且通常通过铜焊到切割器凹口的内表面而被结合到刀片。PDC切割器沿着钻头主体刀片的前缘设置，使得随着钻头主体的旋转，PDC切割器接合且钻动地层。在使用中，可能在PDC切割器上施加很大的力，尤其是沿着前后方向。此外，钻头和PDC切割器可以承受很大的研磨力。在某些情况下，由于损失一个或多个切割器，或者由于刀片破损，冲击、振动以及腐蚀力会使得钻头发生故障。在典型的应用中，多晶金刚石复合片(PCD)(或其它特硬材料)被结合到基体材料以形成切割结构，基体材料通常为烧结金属碳化物。PCD包括结合到一起而形成完整的、坚韧的高强度质量体或晶格的金刚石多晶质量体(通常为合成的)。最终形成的PCD结构具有增强的耐磨和硬度特性，这使PCD材料尤其适用于需要高度耐磨和硬度的恶劣的磨损和切割应用中。PDC切割器通常通过将烧结碳化物基体放置到压机的容器中而形成。金刚砂混合物或者金刚砂和催化结合剂的混合物被放置在基体顶上并且在高压、高温条件下进行处理。这样做之后，金属结合剂(通常为钴)从基体迁移并且透过金刚砂以提高金刚砂之间的交互生长。由此，金刚砂彼此结合以形成金刚石层，并且金刚石层相应地整体结合到基体。基体通常包括金属-碳化物复合材料，例如碳化钨-钴。沉积的金刚石层通常被称作“金刚石台面”或“研磨层”。图1A和1B示出了现有技术的PDC钻头的一个示例，其具有多个具有特硬工作表面的切割器。钻头100包括钻头主体110，其具有螺纹上杆部111和切割端部115。切割端部115通常包括多个肋或刀片120，它们绕着钻头的旋转轴线L(也称为纵轴线或中心轴线)布置且从该钻头主体110向外径向地延伸。切割元件或切割器150相对于工作表面以预定的角度方位和径向位置嵌入刀片120中并且相对于待钻地层具有希望的后倾角和侧倾角。多个孔口116布置在钻头主体110上的刀片120之间的区域中，该区域可以称为“缝隙”或“流体通道”。孔口116通常适于接收喷嘴。孔口116允许钻井流体通过钻头在选择的方向上且在刀片120之间以选择的流动速率进行排放，用于润滑和冷却钻头100、刀片120以及切割器150。钻井流体也随着钻头100旋转和穿透地质地层而清洁和去除钻屑。如果没有合适的流动特性，切割器150的不充足的冷却可能在钻井操作期间导致切割器故障。定位液体通道用以为钻井流体提供附加的流动沟槽并且用以为地层钻屑提供通道以使其经过钻头100朝向井眼(未示出)的地面行进。参考图1B，示出了现有技术PDC钻头的顶视图。示出的钻头的切割面118包括多个刀片120，其中，每个刀片具有面向钻头旋转方向的前缘122、后缘124(与前缘相反)和顶侧126。每一个刀片包括从切割面118的中心大体上径向布置的多个切割元件或切割器，以大体上形成行。某些切割器，尽管在不同的轴向位置处，但可以占据与其它刀片上的其它切割器的径向位置近似的径向位置。切割器传统上通过铜焊工艺附连到钻头或其它井下工具。在铜焊工艺中，铜焊材料布置在切割器与切割器凹槽之间。将材料融化且随后在切割器凹槽中固化、粘结(附连)该切割器。铜焊材料的选择取决于它们各自的融化温度，用以在钻头(和切割器)在钻井操作中使用之前避免对金刚石层产生过多的热暴露(和热损坏)。特别地，适于铜焊其上具有金刚石层的切割元件的合金已经被限于仅仅几种合金，该合金提供足够低的铜焊温度用以避免金刚石层的损坏，且提供足够高的铜焊强度用以在钻头上保持切割元件。决定PDC切割器寿命的一个重要因素是切割器暴露到热量下。在空气中在高达700-750℃的温度下常规多晶金刚石是稳定的，在观测温度增长之后，可能导致多晶金刚石的永久损坏和结构失效。多晶金刚石中的这个劣化是由于结合剂材料(钴)与金刚石相比的热膨胀系数的显著不同。加热多晶金刚石时，钴和金刚石晶格将以不同的速率膨胀，这可能引起在金刚石晶格结构中形成裂缝，且导致多晶金刚石的劣化。损坏还可能由于在极高温度下在金刚石-金刚石颈部处石墨的形成，这导致微结构完整性的损失和强度的损失。暴露到热量(由于铜焊或者由于从切割器与地层的接触所产生的摩擦热量)可能导致金刚石台面的热损坏且最后导致形成裂缝(由于热膨胀系数的不同)，该裂缝可能导致多晶金刚石层的剥落、多晶金刚石与基体之间的脱层、以及引起快速研磨磨损的金刚石到石墨的反转换。随着切割元件接触地层，产生磨损平面且引起摩擦热量。随着切割元件继续使用，磨损平面将增加尺寸且进一步引起摩擦热量。热量可能积累，这可能引起由于上文讨论的金刚石与催化剂之间的热不匹配而产生的切割元件故障。这对于如本领域中常规的、固定地附连到钻头的切割器来说尤其如此。因此，一直以来对研究如何延长切割元件的寿命具有持续的需求。
技术实现思路
本
技术实现思路
用于介绍所选取的概念，其将在下面详细描述。本
技术实现思路
不旨在确定要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助限定所要求保护的主题的范围。在一个方面，本文公开的实施例涉及一种切割工具，包括：工具主体；从该工具主体径向延伸的至少一个刀片；布置在该至少一个刀片上的多个切割器；以及至少一个保持构件，每一个保持构件从所述多个切割器中的至少两个切割器的侧表面对所述至少两个切割器起着保持作用。在另一个方面，本文公开的实施例涉及一种切割器组件，包括：滚动式切割器座，所述滚动式切割器座中形成有至少两个切割器空腔；布置在该至少两个切割器空腔内的至少两个可旋转切割元件，所述可旋转切割元件的侧表面中形成有沟槽，该至少两个切割器空腔与该至少两个可旋转切割元件中的沟槽接合；其中，该至少两个切割器空腔和至少两个可旋转切割器被配置成使得该至少两个可旋转切割器之间间隔开小于0.1英寸。在又一个方面，本文公开的实施例涉及一种井下切割工具，包括：切割元件支撑结构，所述切割元件支撑结构中形成有至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切割工具，包括：工具主体；从该工具主体径向延伸的至少一个刀片；布置在该至少一个刀片上的多个切割器；以及至少一个保持构件，每一个保持构件从所述多个切割器中的至少两个切割器的侧表面对所述至少两个切割器起着保持作用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.30 US 61/581,7991.一种切割工具，包括：工具主体；从该工具主体径向延伸的至少一个刀片；布置在该至少一个刀片上的多个切割器；以及至少一个保持构件，每一个保持构件从所述多个切割器中的至少两个切割器的侧表面对所述至少两个切割器起着保持作用。2.根据权利要求1所述的切割工具，其中，该至少两个切割器能够绕着它们的轴线旋转。3.根据权利要求1或2所述的切割工具，其中，每一个切割器包括形成在该切割器的侧表面中的至少一个沟槽或凸起，且该至少一个保持构件沿着沟槽或凸起的至少一部分接合该切割器。4.根据权利要求1或2所述的切割工具，其中，该至少一个保持构件定位在该至少一个刀片的顶表面处。5.根据权利要求1或2所述的切割工具，其中，保持构件形成该刀片的顶部的至少一部分。6.根据权利要求1或2所述的切割工具，其中，保持构件焊接到刀片。7.根据权利要求1或2所述的切割工具，其中，保持构件通过将保持构件以螺纹方式连接到刀片而附连到刀片。8.根据权利要求1或2所述的切割工具，其中，保持构件通过将保持构件铜焊到刀片而附连到刀片。9.根据权利要求1或2所述的切割工具，其中，保持构件向后未延伸到该切割器的底表面。10.根据权利要求1或2所述的切割工具，其中，该保持构件覆盖该切割器的底表面。11.根据权利要求1或2所述的切割工具，其中，该保持构件在两个邻近的切割器之间固定到该刀片且侧向延伸跨过该两个邻近的切割器的一部分。12.根据权利要求1或2所述的切割工具，其中，该保持构件包括切割器座，所述切割器座中形成有至少两个空腔，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·T·卡里沃，Y·布尔汗，Y·沈，
申请(专利权)人：史密斯国际有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US