[發明專利]非平面切削元件的放置

有效

• 申請號: 201680077569.5
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN108463609B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 張幼和;X·甘;H·宋
• 申請（專利權）人: 史密斯國際有限公司
• 主分類號: E21B10/42
• 分類號: E21B10/42;E21B10/43
• 代理公司: 北京世峰知識產權代理有限公司 11713
• 代理人: 卓霖;張春媛

一種井下切削工具，其包括：具有工具軸線的工具主體；從工具主體延伸的至少一個刀片，所述至少一個刀片包括切削面、尾隨面和在切削面與尾隨面之間延伸的頂面；沿著切削面附接到所述至少一個刀片的第一切削元件；以及第二切削元件，所述第二切削元件沿著頂面、從第一切削元件向后并在與所述第一切削元件距所述工具軸線相同的徑向位置處附接到所述至少一個刀片。第一切削元件和第二切削元件中的每一個的工作表面具有在峰高度處的切削齒頂和自切削齒頂側向延伸遠離而減小的高度。第一切削元件具有與第二切削元件不同的尺寸、取向、幾何形狀或材料特性。

背景技術

井下切削工具有若干種類型，諸如鉆頭(包括牙輪鉆頭、錘鉆頭和刮刀鉆頭)、擴孔鉆和銑具。牙輪巖石鉆頭包括適于聯接到可旋轉鉆柱的鉆頭體，并且包括可旋轉地安裝到懸臂軸或軸頸的至少一個“錐體(cone)”。每個牙輪進而支撐多個切削元件，所述切削元件切削和/或壓碎鉆孔的壁或底，且因此推進鉆頭。在鉆孔過程中，切削元件(鑲齒或銑齒)與地層接觸。錘鉆頭通常包括具有冠部的一件式主體。冠部包括壓入其中的鑲齒，所述鑲齒被周期性地“錘打”并且抵靠正被鉆孔的地球地層旋轉。

刮刀鉆頭，通常被稱為“固定切削齒鉆頭”，包括具有附接到鉆頭體的切削元件的鉆頭，該鉆頭體可以是鋼體鉆頭體或胎體(matrix)鉆頭體，該胎體鉆頭體是由被粘結劑材料圍繞的胎體材料(諸如碳化鎢)形成的。然而，本領域已知的刮刀鉆頭有不同的類型，且形成這些刮刀鉆頭有不同的方法。例如，磨料(諸如金剛石)孕鑲在形成鉆頭體的材料的表面中的刮刀鉆頭常常被稱為“孕鑲”鉆頭。切削元件由沉積到基體上或以其他方式結合到基體的超硬切削表面層或“臺面”(通常由聚晶金剛石材料或聚晶氮化硼材料制成)制成的刮刀鉆頭在本領域中被稱為聚晶金剛石復合片(“PDC”)鉆頭。

具有帶超硬工作表面的多個切削元件的刮刀鉆頭的一個示例在圖1中示出。鉆頭100包括鉆頭體110，該鉆頭體具有切削端115和帶螺紋的上部銷端111。切削端115通常包括多個肋或刀片120，所述多個肋或刀片圍繞該鉆頭的旋轉軸線(也稱為縱向軸線或中心軸線)布置，并且從鉆頭體110徑向向外延伸。切削元件或切削齒150相對于工作表面以預定的角取向和徑向位置嵌入刀片120中，并且以期望的后傾角(即，垂直取向)和側傾角(即，側向取向)抵靠待鉆孔的地層。

圖2示出了切削元件150的一個示例，其中切削元件150具有圓柱形的燒結碳化物(carbide)基體152，該基體具有端面或上表面154(在本文中被稱為基體界面表面)。超硬材料層156(也稱為切削層)具有頂表面157(也稱為工作表面)、形成在頂表面周圍的切削邊緣158、以及底表面159(在本文中被稱為超硬材料層界面表面)。超硬材料層156可以是聚晶金剛石層或聚晶立方氮化硼層。超硬材料層界面表面159結合到基體界面表面154以在基體152與超硬材料層156之間形成界面。

發明內容

提供本發明內容是為了介紹對將在下文的具體實施方式中進一步描述的多個概念的選擇。本發明內容既不旨在識別所要求保護主題的關鍵或必要特征，也不旨在用來幫助限制所要求保護主題的范圍。

在一個方面，本公開的實施方案涉及一種井下切削工具，其包括：具有工具軸線的工具主體；從工具主體延伸的至少一個刀片，所述至少一個刀片包括切削面、尾隨面(trailing face)和在切削面與尾隨面之間延伸的頂面；沿著切削面附接到所述至少一個刀片的第一切削元件；以及第二切削元件，所述第二切削元件沿著頂面、從第一切削元件向后并在與第一切削元件距工具軸線相同的徑向位置處附接到所述至少一個刀片。第一切削元件和第二切削元件中的每一個的工作表面具有在峰高度處的切削齒頂和自切削齒頂側向延伸遠離而減小的高度，并且第一切削元件具有與第二切削元件不同的尺寸、取向、幾何形狀或材料性質。