【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体涉及在钻地操作过程中用在钻地工具上的切割元件。特别地，本公开的实施方案涉及切割元件，该切割元件具有用于改善机械效率的几何形状。
技术介绍
1、在地下地层中形成井筒以用于各种目的，包括例如从地下地层开采油和气以及从地下地层开采地热。可以使用钻地工具，诸如钻地旋转钻头在地下地层中形成井筒。使钻地旋转钻头旋转并推进到地下地层中。当钻地旋转钻头旋转时，切削齿或其研磨结构切削、压碎、剪切和/或磨掉地层材料以形成井眼。
2、钻地旋转钻头直接或间接地联接到本领域中被称为“钻杆柱”的端部，该钻杆柱包括一系列首尾相连的细长管状节段，这些细长管状节段从被钻的地下地层上方的地面延伸进入井筒中。各种工具和部件(包括钻头)可在位于被钻的井筒底部的钻杆柱的远端处联接在一起。工具和部件构成的这种组件在本领域中被称为“井底钻具组合”(bha)。
3、可通过从地层表面旋转钻杆柱而使钻地旋转钻头在井筒内旋转；或者可通过将钻头联接到井下马达而使钻头旋转，该井下马达联接到钻杆柱并设置在井筒底部附近。井下马达可包括例如液压莫瓦诺型马达，该液压莫瓦诺型马达具有安装了钻地旋转钻头的轴，通过将流体(例如，钻井泥浆或钻井流体)从地层表面向下泵送穿过钻杆柱的中心、穿过液压马达、从钻头中的喷嘴喷出，并使流体经过钻杆柱的外表面与井筒内暴露的地层表面之间的环形空间向上返回到地层表面，从而可引起钻头旋转。井下马达可在有或没有钻杆柱旋转的情况下操作。
4、不同类型的钻地旋转钻头在本领域中是已知的，包括固定切割器钻头、滚动切割器钻头和混合钻头(其
5、pdc切割元件通常由在界面处结合到切割元件基底的多晶金刚石薄层(例如，约0.3mm到约5mm)构成。多晶金刚石材料通常被称为“金刚石台”。pdc切割元件通常为圆柱形，其直径为约8mm最高至约24mm。然而，pdc切割元件可以具有其他形式，诸如椭圆形或三角形，并且可以大于或小于上述尺寸。
6、pdc切割元件可独立于钻头体制成，并被固定在形成于钻头体的刀片的外表面中的切割元件凹坑内。可以使用诸如粘合剂或更典型地钎焊合金的粘结材料来将pdc切割元件通过其支撑基底固定在凹坑内。通过在高温和高压(hthp)条件下，在催化剂(诸如例如钴、铁、镍或它们的合金和混合物)存在下，将相对小的金刚石晶粒烧结并结合在一起，以在切割元件基底上形成多晶金刚石材料的层或“台”来形成pdc切割元件的金刚石台。
7、图1a、图1b和图1c分别示出了现有技术的常规多晶金刚石复合片(pdc)切割元件100的透视图、正视图和侧视图。多晶金刚石台(金刚石台)104在界面110处结合到基底106上。在使用之前，pdc切割元件通常具有圆形平面前切割面108和圆柱形切割边缘102。平面前切割面108垂直于切割元件100的纵向轴线112，并且大致平行于金刚石台104与基底106之间的界面110。pdc切割元件100的切割边缘102是平面前切割面108与金刚石台104的纵向圆柱形侧表面相交的地方。pdc切割元件100的切割边缘102通过剪切地层材料来钻凿岩石地层。切割边缘102的切割动作在钻凿岩石地层所需的能量的量中起到主要作用。在使用期间，当pdc切割元件100的切割边缘102磨损时，在切割边缘102处产生大致平面的磨痕，也称为磨平处。最后，随着磨痕的形成和发展，与地层接触的切割边缘102变成直线形的。
8、基底106可以包含金属陶瓷材料(即陶瓷金属复合材料)，诸如例如钴钨硬质合金。在这种情况下，基底106中的钴(或其他催化剂材料)可以在烧结过程中被扫入金刚石晶粒中，并用作在金刚石台104中的金刚石晶粒之间形成晶粒间金刚石-金刚石键的催化剂材料。
9、在使用hthp方法形成金刚石台时，催化剂材料可以保留在金刚石台晶粒之间的间隙空间中。当切割元件100在使用期间变热时，在金刚石台中存在催化剂材料可有助于金刚石台中金刚石晶粒之间的金刚石-金刚石键的降解。由于热引起的金刚石-金刚石键的降解被称为对金刚石台104的“热损坏”。因此，使切割元件100所暴露的热量最小化是有利的。这可以通过减小钻地旋转钻头的穿透速率来实现。然而，穿透速率减小意味着钻孔时间更长并且与钻孔相关联的成本更高，而切割元件失效意味着为了更换钻头要停止钻孔过程以移除钻杆柱。因此，需要具有改进的穿透速率和耐久性的切割元件。
10、增强pdc切割元件的耐久性的一种方法是修改pdc切割元件的切割边缘以减小应力点。例如，如图2a、图2b和图2c所示，锥形表面可以形成在切割元件的圆柱形侧表面中。图2a、图2b和图2c示出了现有技术的pdc切割元件200的透视图、正视图和侧视图。平面前切割面208垂直于切割元件200的纵向轴线，并且大致平行于金刚石台204与基底206之间的界面210。pdc切割元件200包括在界面210处结合在一起的多晶金刚石台204和基底206。在工业中已知的是，在与切割元件200的切割面208和切割边缘202相邻的pdc切割元件200的侧表面中形成平面锥形表面216。
11、提高切割元件200的效率和耐久性的另一种方法是在金刚石台204的切割边缘202上形成倒角边缘214。在工业中已知的是，对pdc切割元件200的边缘进行倒角处理，可以增强pdc切割元件200的耐久性。已经发现，在切割边缘202上具有倒角边缘214的金刚石台204具有降低的剥落和断裂倾向。
12、多倒角多晶金刚石复合片(pdc)切割元件在本领域中也是已知的。例如，cooley等人的美国专利号5,437,343教导了一种多倒角切割元件，该专利已转让给本专利技术的受让人。特别地，cooley等人的专利公开了一种具有多晶金刚石材料的pdc切割元件，该多晶金刚石材料具有两个同心倒角。
13、在工业中也已知的是，改变金刚石台的形状可以提高切割元件的效率和耐久性。授予thigpin等人的美国专利5333699涉及一种具有与切割端相对的球形第一端的切割元件。在thigpin等人的图22-图29中示出的切割元件变型形式包括形成在切割面中的通道或孔。授予patel的美国专利9598909涉及在切割面上具有沟槽的切割元件，如patel的图9-图13所示。
14、授予bovenkerk的美国专利号4109737涉及具有结合到细长销的自由端的多晶金刚石薄层的切割元件。在bovenkerk的图4g中示出的一种特定的切割元件变型包括大致半球状的金刚石层，该金刚石层具有形成在其外表面上的多个平面。
15、授予stockey的美国专利10,378,289和授予patel等人的美国专利公开u.s.20本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种切割元件，所述切割元件包括：
2.根据权利要求1所述的切割元件，其中所述第一侧平坦表面和所述第二侧平坦表面中的至少一者以相对于所述横向侧表面在从约1°至15°的范围的第三角度远离所述横向侧表面逐渐变细。
3.根据权利要求2所述的切割元件，其中所述第一角度相对于所述横向侧表面的范围是从约35°至55°。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的切割元件，其中所述切割边缘包括所述线性边缘，所述线性边缘具有至少四个离散线性边缘，其第一至少两个离散线性边缘定位在所述切割顶点处，并且其第二至少两个离散线性边缘通过侧平坦表面与所述第一至少两个离散线性边缘分离。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的切割元件，其中所述第二倒角表面具有在所述第一侧平坦表面与所述第二侧平坦表面之间延伸的边缘，所述边缘具有小于所述曲率半径的径向尺寸。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的切割元件，所述切割元件还包括：
7.根据权利要求6所述的切割元件，所述切割元件还包括：
8.根据权利要求7所述的切割元件，所述切割元件还包括：p>
9.根据权利要求8所述的切割元件，所述切割元件还包括：
10.根据权利要求1至3中任一项所述的切割元件，所述切割元件还包括：
11.一种钻地工具，所述钻地工具包括：
12.根据权利要求11所述的钻地工具，所述钻地工具还包括：
13.根据权利要求11所述的钻地工具，其中所述切割元件可移除地固定到所述钻体上。
14.根据权利要求12所述的钻地工具，所述钻地工具还包括：
15.一种制造钻地工具的方法，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种切割元件，所述切割元件包括：
2.根据权利要求1所述的切割元件，其中所述第一侧平坦表面和所述第二侧平坦表面中的至少一者以相对于所述横向侧表面在从约1°至15°的范围的第三角度远离所述横向侧表面逐渐变细。
3.根据权利要求2所述的切割元件，其中所述第一角度相对于所述横向侧表面的范围是从约35°至55°。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的切割元件，其中所述切割边缘包括所述线性边缘，所述线性边缘具有至少四个离散线性边缘，其第一至少两个离散线性边缘定位在所述切割顶点处，并且其第二至少两个离散线性边缘通过侧平坦表面与所述第一至少两个离散线性边缘分离。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的切割元件，其中所述第二倒角表面具有在所述第一侧平坦表面与所述第二侧平坦表面之间延伸的边缘，所述边缘具...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·C·韦伯，Z·博德斯，斯蒂芬·达菲，
申请(专利权)人：贝克休斯油田作业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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