具有改进的切割效率的多晶金刚石切割元件制造技术

一种切割元件，可包括一主体，形成于主体的第一端处的凹形切割面，该切割面包括一个或多个靠近切割尖端的切割脊，该切割脊凸起到切割面的凹面上方，其长度至少约为切割面的直径的10％。围绕切割面的周边形成刃，并且该刃具有限定在切割面的切线和主体的圆柱形侧表面之间的刃角，该刃角在切割尖端处是锐角并且围绕切割面的周边变化。绕切割面的周边变化。绕切割面的周边变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的切割效率的多晶金刚石切割元件
[0001]本申请要求2019年8月30日提交的美国临时专利申请号62/893,831的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。

技术介绍

[0002]固定切割器钻头广泛用于石油和采矿业，用于钻穿地层的井眼。钻头通常包括钻头体，该钻头体在第一端具有用于附接到钻柱的螺纹连接，在相对端形成有用于钻透地层的切割结构。切割结构通常包括从钻头体的纵向轴线径向向外延伸的多个刀片。超硬紧凑型切割器通常安装在形成于刀片中的插座(socket)中，并通过压配合或铜焊固定于其上。流体端口可以位于钻头体中，以在钻头的切割结构周围分配流体，并在钻井过程中将地层切屑从切割器和钻孔底部冲走。
[0003]用于固定切割器钻头的切割器通常包括超硬复合片，其包括通过高压/高温(HP/HT)烧结工艺、铜焊工艺、机械锁紧或本领域已知的其他方式结合到较低硬度材料基材上的超硬材料层。例如，可形成切割器，其具有由碳化物(例如碳化钨)制成的基材或支撑柱，以及由多晶金刚石或多晶氮化硼材料制成的超硬切割表面层或台面，所述超硬切割表面层或台面在界面表面处沉积或以其他方式结合到基材上。切割器通常是具有圆形横截面的圆柱形的。

技术实现思路

[0004]提供本概述以介绍将在下文详细描述中进一步描述的一些概念。该概述不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助限制所要求保护的主题的范围。
[0005]本文公开的实施例涉及一种切割元件，其包括主体、形成于主体第一端的凹形切割面，该切割面包括一个或多个邻近切割尖端的切割脊，该切割脊凸起到切割面的凹面上方，其长度为切割面直径的至少约10％。围绕切割面的周边形成刃，该刃具有限定在切割面的切线和主体的圆柱形侧表面之间的刃角，该刃角在切割尖端处是锐角并且围绕切割面的周边变化。
[0006]本文公开的实施例涉及一种切割元件，其包括主体、形成于主体第一端的凹形切割面，切割面包括一个或多个凸起到切割面的凹面上方的切割脊。刃围绕切割面的周边，该刃具有限定在切割面的切线和主体的圆柱形侧表面之间的刃角，该刃角在切割尖端处是锐角并且围绕切割面的周边变化。切割面包括中心圆顶，该中心圆顶凸起在凹面上方并且与切割尖端相距一段距离。
[0007]本文公开的实施例涉及一种切割工具，其包括工具主体和至少一个附接至工具主体的切割元件。该切割元件包括主体、形成在主体的第一端处的凹形切割面，该切割面包括一个或多个切割脊，这些切割脊凸起到切割面的凹面上方，并且具有为切割面直径的至少约10％的长度。刃围绕切割面的周边，该刃具有限定在切割面的切线和主体的圆柱形侧表面之间的刃角，该刃角在切割尖端处是锐角并且围绕切割面的周边变化。
[0008]本文公开的实施例涉及一种切割工具，其包括工具主体和至少一个附接至工具主体的切割元件。切割元件包括主体、形成在主体的第一端处的凹形切割面，切割面包括一个或多个凸起到切割面的凹面上方的切割脊。刃围绕切割面的周边，该刃具有限定在切割面的切线和主体的圆柱形侧表面之间的刃角，该刃角在切割尖端处是锐角并且围绕切割面的周边变化。切割面包括中心圆顶，该中心圆顶在距离切割尖端一段距离处凸起在凹面上方。
[0009]根据以下说明和所附权利要求，所要求保护主题的其他方面和优点将显而易见。
附图说明
[0010]图1A
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1C分别为根据本公开的一个或多个实施例的切割元件的透视图、顶视图和截面图。
[0011]图2A
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D为根据本公开的一个或多个实施例的切割元件的透视图。
[0012]图3为根据本公开的一个或多个实施例的切割元件的横截面图。
[0013]图4为根据本公开的一个或多个实施例的切割元件的横截面图。
[0014]图5为根据本公开的一个或多个实施例的切割元件的横截面图。
[0015]图6A
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B为根据本公开的一个或多个实施例的切割元件的截面图。
[0016]图7A和7B为根据本公开的一个或多个实施例的切割元件的切割机构的示意图。
[0017]图8A
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C为根据本公开的一个或多个实施例的切割元件的透视图和各种横截面图。
[0018]图9A
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F为根据本公开的一个或多个实施例的切割元件的视图。
[0019]图10示出了根据本公开的一个或多个实施例的钻头。
[0020]图11A和11B为根据本公开的一个或多个实施例的切割元件在切割器凹部(pocket)内不同取向的截面图。
[0021]图12示出了根据本公开的一个或多个实施例的开孔器。
[0022]图13A
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B为根据本公开的一个或多个实施例的切割元件的侧视图。
[0023]图14为根据本公开的一个或多个实施例的切割元件的视图。
具体实施方式
[0024]本文公开的实施例一般涉及具有凹形切割面的切割元件，与传统切割器相比，凹形切割面可允许更大的正倾角，从而提供更高的切割效率。具体地，根据本公开的一个或多个实施例的切割元件可以包括凹形切割面，该切割面包括一个或多个在切割面的凹面上方凸起的切割脊。一个或多个切割脊可以设置在切割尖端附近。如本文所述，切割面可以具有围绕其周边形成的刃，该刃具有由切割面和主体的圆柱形侧表面的切线限定的刃角。刃角在切割尖端可以是锐角，并且围绕切割面的周边变化。
[0025]图1A
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C为根据本公开的一个或多个实施例的切割元件的透视图和横截面图。切割元件100包括主体110和形成在主体110的第一端部的切割面120。在一些实施例中，主体可以包括基材102上的切割层，其中切割面120形成在切割层的与基材102的界面相对的面上。切割面120可以是凹形的(例如，大致凹形的)，这旨在反映面的整体曲率，特别是横跨切割面的直径。例如，如图所示，切割面不是轴对称的，而是具有两个外部凸起区域122(形成切割面和切割元件的切割尖端的峰值高度)，这两个外部凸起区域122与切割面120间隔开并且位于切割面120的相对侧上，使得切割面具有朝向中心径向向内移动的减小的高度。为了
清楚起见，如本文所用，凹形切割面包括大致凹形的切割面，例如本文所述的切割面，其中切割面还包括离散的凸形区域。具体而言，如图所示，凹形(例如，大致凹形)切割面120具有一个或多个靠近凸起区域122(和切割尖端)的切割脊124，这些切割脊124凸起在切割面120的凹面上方。切割面120的表面几何形状可以关于图1C中的截面图的平面对称，也可以关于垂直于截面平面的平面对称。为了清楚起见，图1C没有示出切割脊124。
[0026]根据本公开的切割元件通常在切割面120上包括至少一个切割脊124。切割脊从切割面凸起，使得例如当切割面是凹面时，脊凸起到切割面的凹面上方(例如，在一般凹面上方)。本公开的一个或多个实施例的切割脊124包括在顶线129处结合在一起的两个侧部127。切割脊的顶线沿着脊的长度延伸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种切割元件，包括：主体；在主体的第一端处的凹形切割面，该切割面包括邻近切割尖端的一个或多个切割脊，该一个或多个切割脊凸起到切割面的凹面上方，并且具有为切割面的直径的至少约10％的长度；和围绕切割面的周边的刃，该刃具有限定在切割面的切线和主体的圆柱形侧表面之间的刃角，该刃角在切割尖端处是锐角并且围绕切割面的周边变化。2.根据权利要求1所述的切割元件，其中，所述一个或多个切割脊包括两个侧部和一顶线，该顶线沿着两个侧部相交的脊的长度延伸。3.根据权利要求1所述的切割元件，其中，所述主体包括基材上的切割层，并且所述切割面形成在与和基材的界面相对的切割层上。4.根据权利要求1所述的切割元件，其中，所述一个或多个切割脊具有范围从约60至170度的夹角。5.根据权利要求1所述的切割元件，其中，至少一个切割脊基本上垂直于切割尖端处的刃的切线设置。6.根据权利要求1所述的切割元件，其中，所述切割面还包括中心圆顶，该中心圆顶凸起到所述凹面上方，并且与所述切割尖端相距一距离。7.根据权利要求6所述的切割元件，其中，一个或多个切割脊与中心圆顶相交。8.根据权利要求1所述的切割元件，还包括位于切割尖端附近的刃的斜面和切割面的倾斜部分之间的平坦区域。9.根据权利要求1所述的切割元件，其中，所述主体包括将斜面连接到主体的圆柱形侧表面的弯曲部分或倾斜部分。10.根据权利要求1所述的切割元件，其中，切割面包括两个或更多个脊。11.根据权利要求10所述的切割元件，其中，至少第一脊基本上垂直于切割尖端处的刃的切线。12.一种切割元件，包括：主体；在主体的第一端处的凹形切割面，该切割面包括凸起到切割面的凹面上方的一个或多个切割脊；围绕切割面的周边的刃，该刃具有限定在切割面的切线和主体的圆柱形侧表面之间的刃角，该刃角在切割尖端处是锐角并且围绕切割面的周边变化；和中心圆顶，该中心圆顶凸起到凹面上方，并且距离切割尖端一距离。13.根据权利要求12所述的切割元件，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：RK埃尔，Y方，RB克罗克特，L贝尔纳普，A马德森，H张，JD贝尔纳普，CA塔克，X甘，董安洁，V卡鲁皮亚，
申请(专利权)人：斯伦贝谢技术有限公司，
类型：发明
国别省市：