[发明专利]由材料组合形成的切割元件以及包括所述切割元件的钻头

说明书

一种切割元件可包括：基底；以及超硬层，所述超硬层位于所述基底上，所述超硬层具有非平面工作表面，所述非平面工作表面由第一区域和第二区域形成，所述第一区域至少包括所述切割元件的切割边缘或尖端并与所述第二区域具有不同组成。

背景技术

存在若干类型的井下切割工具，诸如钻头尖，包括滚子牙轮钻头、锤钻头以及刮刀钻头；铰刀；以及铣削工具。滚子牙轮凿岩钻头包括被适配成联接到可旋转钻柱的钻头体，并且包括可旋转地安装到悬臂轴或轴颈的至少一个“牙轮”。每个滚子牙轮进而支撑切割和/或压碎钻孔的壁或底层并且因此使钻头前进的多个切割元件。包括插入件或铣削齿的切割元件在钻孔期间接触地层。锤钻头通常包括具有冠的一件式主体。冠包括按压在其中用于循环地“锤击”并抵靠被钻孔的地球地层旋转的插入件。

常常称为“固定切割器钻头尖”的刮刀钻头包括具有附接到钻头体的切割元件的钻头，所述钻头体可以是钢钻头体或由基体材料形成的基体钻头体，所述基体材料诸如由粘合剂材料围绕的碳化钨。刮刀钻头通常可定义为不具有活动部件的钻头。然而，存在本领域已知的不同类型的刮刀钻头和形成刮刀钻头的方法。例如，具有浸渍到形成钻头体的材料的表面中的磨料(诸如金刚石)的刮刀钻头统称为“浸渍”钻头。具有由超硬切割表面层或“台”(通常由多晶金刚石材料或多晶氮化硼材料制成)制成的沉积到基底上或以其他方式粘结到基底的切割元件的刮刀钻头在本领域已知为多晶金刚石复合片(“PDC”)钻头。

具有含超硬工作表面的多个切割元件的刮刀钻头的实例在图1中示出。钻头尖100包括具有带螺纹的上部销末端111和切割末端115的钻头体110。切割末端115通常包括绕钻头尖的旋转轴(也称为纵轴或中心轴)布置并从钻头体110径向向外延伸的多个肋或刀片120。切割元件或切割器150相对于工作表面以预定角取向和径向位置并且抵靠有待钻孔的地层以所需后倾斜角和侧倾斜角嵌入刀片120中。

图2示出切割元件150的实例，其中切割元件150具有圆柱形硬质合金基底152，基底152具有本文中称为基底界面表面154的端面或上表面。也称为切割层的超硬材料层156具有也称为工作表面的顶表面157、围绕顶表面形成的切割边缘158、以及本文中称为超硬材料层界面表面159的底表面。超硬材料层156可以是多晶金刚石或多晶立方氮化硼层。超硬材料层界面表面159粘结到基底界面表面154以在基底152与超硬材料层156之间形成平面界面。

发明内容

提供本概述来介绍一系列概念，这些概念将在以下详述中进一步描述。本概述既不意图认定要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用来帮助限制要求保护的主题的范围。

在一方面，本文所公开的实施方案涉及一种切割元件，其包括：基底；以及超硬层，所述超硬层位于所述基底上，所述超硬层具有非平面工作表面，所述非平面工作表面由第一区域和第二区域形成，所述第一区域至少包括所述切割元件的切割边缘或尖端并与所述第二区域具有不同组成。

在另一方面，本文所公开的实施方案涉及一种用于制作切割元件的方法，其包括：利用非平面工作表面形成超硬层，所述非平面工作表面具有第一区域和与所述第一区域具有不同组成的第二区域，所述第一区域形成所述非平面工作表面的切割边缘或尖端；以及通过高温高压处理将基底附接到所述超硬层。

在又一方面，本文所公开的实施方案涉及一种井下切割元件，其包括：工具主体；以及至少一个切割元件，所述至少一个切割元件附接到所述工具主体，其中所述切割元件包括基底和位于所述基底上的超硬层，所述超硬层具有非平面工作表面，所述非平面工作表面由第一区域和第二区域形成，所述第一区域至少包括所述切割元件的切割边缘或尖端并与所述第二区域具有不同组成。

要求保护的主题其他方面和优点通过以下描述和附加权利要求书将变得显而易见。

附图说明

图1是固定切割器钻头尖。

图2是用于固定切割器钻头尖的常规切割器。