[發(fā)明專利]上面具有非平面切削元件的固定切削刀鉆頭以及其它井下工具

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680069381.6
• 申請(qǐng)日: 2016-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN108291427B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M.G.阿扎爾;S.瓦利亞潘;J.R.格雷格;J.M.塞爾夫;K.M.斯帕格諾勒蒂;A.J.巴爾;B.杜賴?yán)瓝P(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 史密斯國際有限公司
• 主分類號(hào): E21B10/42
• 分類號(hào): E21B10/42;E21B10/43;E21B10/54
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 王增強(qiáng)

本發(fā)明提供一種井下切削工具，其包括：主體，其具有延伸穿過其中的中心軸線；多個(gè)刀片，其從所述主體向外延伸并且圍繞所述中心軸線朝向中心區(qū)會(huì)聚；以及至少一個(gè)切削元件，其具有縱向軸線、非圓柱形襯底和位于所述非圓柱形襯底上的超硬材料主體，所述超硬材料主體具有側(cè)表面，其圍繞切削面延伸并且界定所述超硬材料主體的橫截面形狀，并且所述側(cè)表面包括內(nèi)角小于180度的邊緣。

背景技術(shù)

稱為“固定切削刀”或“刮刀”鉆頭的鉆孔鉆頭包括具有附接到鉆頭主體的切削元件的鉆頭，所述鉆頭主體可為鋼鉆頭主體或由諸如碳化鎢等基質(zhì)材料和粘結(jié)劑材料形成的基質(zhì)鉆頭主體。存在本領(lǐng)域中已知的不同類型的刮刀鉆頭及其形成方法。例如，具有由沉積或以其它方式接合到襯底的超硬切削表面層或“工作臺(tái)”(諸如由多晶金剛石材料或多晶氮化硼材料制成)制成的切削元件的刮刀鉆頭在本領(lǐng)域中稱為多晶金剛石復(fù)合片(“PDC”)鉆頭。

PDC切削刀已經(jīng)在包括巖石鉆孔和金屬機(jī)械加工在內(nèi)的工業(yè)應(yīng)用中使用多年。在PDC鉆頭中，PDC切削刀被接納在切削刀套內(nèi)，所述切削刀套形成在從鉆頭主體延伸的刀片內(nèi)，并且PDC切削刀可通過銅焊到切削刀套的內(nèi)表面來接合到刀片。PDC切削刀沿鉆頭主體刀片的前緣定位，使得隨著鉆頭主體旋轉(zhuǎn)，PDC切削刀接合地球地層并且對(duì)其鉆孔。在使用中，可在PDC切削刀上施加高力，尤其是在從前向后方向上。另外，鉆頭和PDC切削刀可能受到大量磨蝕力。在一些情況下，沖擊力、振動(dòng)力和侵蝕性已經(jīng)由于一個(gè)或多個(gè)切削刀的損耗或由于刀片的破損而造成鉆孔鉆頭故障。

在典型PDC切削刀中，多晶金剛石(“PCD”)(或其它超硬材料，諸如多晶立方氮化硼)的復(fù)合片接合到襯底材料，所述襯底材料可為用于形成切削結(jié)構(gòu)的燒結(jié)金屬碳化物。PCD包括接合在一起以形成一體堅(jiān)韌高強(qiáng)度塊體或晶格的金剛石顆粒或晶體的多晶塊體。所得PCD結(jié)構(gòu)產(chǎn)生耐磨性和硬度的增強(qiáng)性質(zhì)，從而使得PCD材料在需要高水平的耐磨性和硬度的蔓延性磨損和切削應(yīng)用中有用。

圖1中示出具有多個(gè)帶有超硬工作表面的切削刀的PDC鉆頭的實(shí)例。鉆孔鉆頭100包括鉆頭主體110，其具有螺紋銷端111和切削刀端115。切削刀端115包括多個(gè)肋條或刀片120，其圍繞鉆孔鉆頭的旋轉(zhuǎn)軸線L布置并且從鉆頭主體110徑向向外延伸。切削元件或切削刀150相對(duì)于工作表面以預(yù)定角度取向和徑向位置并且抵靠待鉆孔地層以所需后傾角度嵌入在刀片120中。切削刀可包括設(shè)置在襯底上的金剛石或其它超硬材料層，其中金剛石層接觸并切削地層并且襯底附接到刀片。

多個(gè)孔口116定位在鉆頭主體110上位于刀片120之間的區(qū)域中，其可被稱為間隙或流體流道。孔口116通常適于接受噴嘴。孔口116允許在切削刀片120之間在選定方向上并且以選定流速通過鉆頭排出鉆孔流體用于潤滑并冷卻鉆孔鉆頭100、刀片120和切削刀150。鉆孔流體還在鉆孔鉆頭100旋轉(zhuǎn)并且穿透地質(zhì)地層時(shí)清潔并移除切屑。流體流道被定位以針對(duì)鉆孔流體提供額外流動(dòng)通道并且提供用于地層切屑朝向井孔(未示出)的表面行進(jìn)經(jīng)過鉆孔鉆頭10的通路。

發(fā)明內(nèi)容

提供本發(fā)明內(nèi)容是為了介紹下文在具體實(shí)施方式中進(jìn)一步描述的精選概念。本發(fā)明內(nèi)容并不意圖識(shí)別要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不意圖用作限制要求保護(hù)的主題的范圍的輔助。

在一個(gè)方面，本文所公開的實(shí)施例涉及一種井下切削工具，其具有：主體，其具有延伸穿過其中的中心軸線；多個(gè)刀片，其從所述主體向外延伸并且圍繞所述中心軸線朝向中心區(qū)會(huì)聚；以及至少一個(gè)切削元件，所述至少一個(gè)切削元件包括縱向軸線、非圓柱形襯底和位于所述非圓柱形襯底上的超硬材料主體。所述超硬材料主體具有圍繞切削面延伸并且界定超硬材料主體的橫截面形狀的側(cè)表面，所述側(cè)表面具有內(nèi)角小于180度的邊緣。

在另一個(gè)方面，本文所公開的實(shí)施例涉及一種切削元件，其具有縱向軸線、襯底以及設(shè)置在所述襯底上的超硬材料主體，所述超硬材料主體具有非平面外表面，所述非平面外表面具有在其間交替的多個(gè)線性峰和多個(gè)谷，所述多個(gè)線性峰會(huì)聚在頂點(diǎn)處。