切割元件可包括：基体，所述基体的上表面包括冠部，所述冠部过渡到下陷区域；和位于所述上表面上的超硬层，从而在所述超硬层和所述基体之间形成非平面界面。所述超硬层的顶面包括沿所述切割元件的直径的至少一部分延伸的切割冠部，所述顶面具有远离所述切割冠部侧向延伸的一部分，所述部分具有低于所述切割冠部的顶峰的高度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年3月11日提交的美国临时专利申请No.61/951,155和2015年2月3日提交的美国专利申请No.14/613,144的优先权，它们均通过引用结合到本文中。
技术介绍
现有多种类型的井下切割工具，例如钻头，包括牙轮钻头、锤击钻头和刮刀钻头，铰孔器和铣削工具。牙轮岩石钻头包括适于与一个可旋转的钻柱相连接的钻头体，并包括至少一个可旋转安装于悬臂轴或轴颈的“牙轮”。每个牙轮支撑多个切割元件，它们切割和/或碾碎钻孔壁或底面，从而推进钻头。切割元件，嵌入件或铣齿，在钻探期间与地层接触。锤击钻头通常包括具有冠部的一体式本体。冠部包括压入其中的嵌入件，用以对正被钻的地层进行循环“锤击”和抵压着正被钻的地层旋转。刮刀钻头，通常指固定切割器钻头，包括切割元件附着于钻头体的钻头，钻头体可为钢钻头体或由基质材料，如结合剂材料包裹的碳化钨制成的基质钻头体。刮刀钻头一般可定义为没有活动部件的钻头。以研磨材料如金刚石孕嵌到形成钻头体的材料的表面中而制成的刮刀钻头通常称为“孕嵌”钻头。切割元件由沉积到基体上或以其他方式结合到基体上的超硬切割表层或“工作台”(通常由多晶金刚石材料或多晶氮化硼材料制成)的刮刀钻头在本领域中被称为多晶金刚石复合片(简称PDC)钻头。图1示出具有多个切割元件的刮刀钻头的一个示例，切割元件具有超硬工作表面。钻头100包括具有带螺纹的上销端111和切割端115的钻头体110。切割端115通常包括多个肋状物或刀片120，它们围绕钻头的旋转轴线(也指纵向轴线或中心轴线)布置且从钻头体110径向向外延伸。切割元件或切割器150以与工作表面成预先设定的角方向和径向位置且以预期的后倾角和侧倾角抵压拟钻探的地层嵌入刀片120中。图2示出切割元件150的一个示例，此处切割元件150具有圆柱状硬质合金基体152，基体具有端面或上表面(“基体界面”)154。超硬材料层156，也称为切割层，具有：顶面157，也称为工作表面；围绕顶面形成的切割边缘158；和底面，也称为超硬材料层界面159。超硬材料层156可为多晶金刚石或多晶立方氮化硼层。超硬材料层界面159与基体界面154相结合，从而在基体152和超硬材料层156之间形成平面界面。
技术实现思路
本公开的实施例涉及一种切割元件，包括：基体，所述基体的上表面包括冠部，所述冠部过渡到下陷区域；和位于所述上表面上的超硬层，从而在所述超硬层和所述基体之间形成非平面界面。所述超硬层的顶面包括沿所述切割元件的直径的至少一部分延伸的切割冠部，所述顶面具有远离所述切割冠部侧向延伸的一部分，所述部分具有低于所述切割冠部的顶峰的高度。另一方面，本公开的实施例涉及一种切割元件，包括：具有非平面上表面的基体，所述非平面上表面具有沿第一方向延伸的第一凸状弯曲部和沿与第一方向垂直的第二方向延伸的第二凸状弯曲部，所述第二凸状弯曲部的曲率半径小于所述第一凸状弯曲部的曲率半径。切割元件还包括位于所述基体的非平面上表面上的具有非平面顶面的超硬层。又一方面，本公开的实施例涉及一种切割工具，包括：工具体；从所述工具体延伸的至少一个刀片；和附接于所述至少一个刀片的第一排切割元件，所述第一排切割元件包括至少一个第一切割元件。所述第一切割元件包括：基体，所述基体的上表面包括冠部，所述冠部过渡到下陷区域；和位于所述上表面上的超硬层，从而在所述超硬层和所述基体之间形成非平面界面。所述超硬层的顶面包括沿所述切割元件的直径的至少一部分延伸的切割冠部，所述顶面具有远离所述切割冠部侧向延伸的一部分，所述部分具有低于所述切割冠部的顶峰的高度。另一方面，本公开的实施例涉及一种切割工具，包括：工具体；从所述工具体延伸的至少一个刀片；和附接于所述至少一个刀片的至少一个切割元件。所述至少一个切割元件包括：具有非平面上表面的基体，所述非平面上表面具有沿第一方向延伸的第一凸状弯曲部和沿与第一方向垂直的第二方向延伸的第二凸状弯曲部，所述第二凸状弯曲部的曲率半径小于所述第一凸状弯曲部的曲率半径。切割元件还包括位于所述基体的非平面上表面上的具有非平面顶面的超硬层。还一个方面，本公开的实施例涉及一种切割工具，包括：工具体；从所述工具体延伸的至少一个刀片；和附接于所述至少一个刀片的至少一个切割元件。所述至少一个切割元件具有非平面顶面，所述非平面顶面包括沿所述切割元件的直径的至少一部分延伸的切割冠部，所述非平面顶面具有远离所述切割冠部侧向延伸的一部分，所述部分具有低于所述切割冠部的顶峰的高度。所述至少一个切割元件的中心轴线相对于与所述切割工具的中心轴线平行的线以0度至25度的角度定向。本
技术实现思路
介绍了一系列概念，所述概念将在下文详细的说明书中进一步描述。本
技术实现思路
并不旨在确定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。附图说明图1示出常规的刮刀钻头。图2示出常规的切割元件。图3-5示出具有非平面顶面的切割元件。图6和图7示出依据本公开的实施例的切割元件的剖视图。图8和图9示出具有非平面顶面的切割元件。图10示出具有非平面顶面的切割元件。图11示出具有非平面顶面的切割元件的仿真结果图表。图12-14示出具有非平面顶面的切割元件。图15和图16示出依据本公开的实施例的切割元件的剖视图。图17和图18示出具有非平面顶面的切割元件与具有平面顶面的切割元件的切割力对比图表。图19和图20示出具有非平面顶面的切割元件与具有平面顶面的切割元件的垂直力对比图表。图21示出具有平面顶面的切割元件与具有非平面顶面的切割元件在五个道次下的垂直力。图22示出具有平面顶面的切割元件与具有非平面顶面的切割元件在五个道次下的切割力。图23示出具有平面顶面的切割元件与具有非平面顶面的切割元件在五个道次下的温度。图24示出具有平面顶面的切割元件与具有非平面顶面的切割元件在五个道次后的磨平面对比图表。图25示出依据本公开的实施例的切割元件顶面的俯视图。图26和27示出依据本公开的实施例的切割元件顶面的剖视图。图28示出依据本公开的实施例的切割元件顶面的俯视图。图29和30示出依据本公开的实施例的切割元件顶面的剖视图。图31和32示出依据本公开的实施例的切割元件顶面的剖视图。图33和34示出依据本公开的实施例的切割元件的透视图。图35示出依据本公开的实施例的未组装的切割元件的透视图。图36和37示出图35中所示的切割元件基体的剖视图。图38示出依据本公开的实施例的基体的透视图。图39示出依据本公开的实施例的基体的俯视图。图40和41示出图39中的基体的剖视图。图42和43示出依据本公开的实施例的未组装的切割元件的透视图。图44-50示出依据本公开的实施例的基体的透视图。图51示出依据本公开的实施例的切割元件的剖视图。图52示出图51中的切割元件的基体的透视图。图53和54示出图52中的基体的侧视图。图55示出依据本公开的实施例的切割元件的透视图。图56和57示出图55中的切割元件的侧视图。图58示出依据本公开的实施例的切割元件的透视图。图59示出图58中的切割元件的侧视图。图60示出依据本公开的实施例的切割元件的透视图。图61和62示出图60中的切割元件的侧视图。图63示出依据本公开的实施例的钻头的局部仰视图。图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种切割元件，包括：基体，所述基体的上表面包括冠部，所述冠部过渡到下陷区域，和位于所述上表面上的超硬层，从而在所述超硬层和所述基体之间形成非平面界面，所述超硬层的顶面包括：沿所述切割元件的直径的至少一部分延伸的切割冠部，所述顶面具有远离所述切割冠部侧向延伸的一部分，所述部分具有低于所述切割冠部的顶峰的高度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.11 US 61/951,155;2015.02.03 US 14/613,1441.一种切割元件，包括：基体，所述基体的上表面包括冠部，所述冠部过渡到下陷区域，和位于所述上表面上的超硬层，从而在所述超硬层和所述基体之间形成非平面界面，所述超硬层的顶面包括：沿所述切割元件的直径的至少一部分延伸的切割冠部，所述顶面具有远离所述切割冠部侧向延伸的一部分，所述部分具有低于所述切割冠部的顶峰的高度。2.权利要求1的切割元件，其中，所述顶面具有绕着切割元件延伸的外围边缘，所述外围边缘的切割边缘部分邻近所述切割冠部，且所述外围边缘的高度在远离所述切割冠部和所述切割边缘部分向所述外围边缘的邻近所述超硬层的凹陷区域的另一部分的方向上降低。3.权利要求1的切割元件，其中，所述顶面包括从外围边缘径向向内延伸而在中心区域处相交的多个切割冠部。4.权利要求1的切割元件，其中，切割冠部的高度发生变化而形成沿其长度的连续弯曲。5.权利要求1的切割元件，其中，所述切割冠部沿其长度的轮廓包括至少一个凹状区域。6.权利要求1的切割元件，其中，所述切割冠部与所述基体的冠部对准。7.权利要求1的切割元件，其中，所述切割冠部的至少一部分具有范围从0.06至0.18英寸的曲率半径。8.权利要求1的切割元件，其中，锥形过渡邻近于所述基体的冠部的每个径向端。9.一种切割元件，包括：具有非平面上表面的基体，所述非平面上表面具有沿第一方向延伸的第一凸状弯曲部和沿与第一方向垂直的第二方向延伸的第二凸状弯曲部，所述第二凸状弯曲部的曲率半径小于所述第一凸状弯曲部的曲率半径；和位于所述基体的非平面上表面上的具有非平面顶面的超硬层。10.权利要求9的切割元件，进一步包括：位于所述基体的非平面上表面上的多个表面改变结构。11.权利要求10的...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·陈，H·宋，L·赵，Y·张，M·G·阿萨尔，X·甘，M·K·凯沙维安，Z·林，B·杜拉拉扬，M·L·斯图尔特，
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
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