[发明专利]多脊切削元件

说明书

一种切削元件可以包括：衬底；以及所述衬底上的超硬层，所述超硬层包括非平面工作表面，所述工作表面由绕着所述切削元件的圆周具有变化高度的外周边缘环绕，所述工作表面还具有：多个切削顶凸，所述多个切削顶凸从所述外周边缘的升高部分延伸跨越所述工作表面的至少一部分；所述多个切削顶凸之间的至少一个谷；以及倾斜表面，所述倾斜表面从所述外部多个切削顶凸中的每一者朝向所述外周边缘的凹下部分侧向地延伸，所述凹下部分与所述升高部分之间的高度大于所述升高部分与所述谷之间的高度。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年3月31日提交并且发明名称为“Multiple Ridge CuttingElement and Tools Incorporating the Same”的美国专利申请No.62/316,453的利益和优先权，所述申请以引用方式整体并入本文中。

背景技术

存在若干种类型的井下切削工具，诸如钻头(包括滚子牙轮钻头、锤击钻头和刮刀钻头)、扩孔器和铣削工具。滚子牙轮岩石钻头包括适于耦接至可旋转钻柱的钻头主体并且包括可旋转地安装至悬臂式轴杆或轴颈的至少一个“牙轮”。每个滚子牙轮转而支撑多个切削元件，所述多个切削元件切削和/或挤压钻孔的壁或底部并且因此使钻头前进。切削元件(插入物或铣削齿)在钻井期间与地层接触。锤击钻头大体上包括具有冠部的一件式主体。所述冠部包括插入物，所述插入物被压入所述冠部中以被循环地“锤击”并且抵靠着正被钻井的地球地层来旋转。

刮刀钻头，通常被称作“固定切削刃钻头”，包括具有切削元件的钻头，所述切削元件附接至钻头主体，所述钻头主体可以是钢钻头主体或由基质材料(诸如由粘合剂材料环绕的碳化钨)形成的基质钻头主体。刮刀钻头大体上可以被定义为不具有活动部件的钻头。然而，存在本领域中已知的不同类型的刮刀钻头和不同的形成刮刀钻头的方法。举例来说，具有浸渍至形成钻头主体的材料的表面中的研磨材料(诸如金刚石)的刮刀钻头通常被称作“浸渍”钻头。具有由沉积到衬底上或以其它方式结合至衬底的超硬切削表面层或“台面”(大体上由多晶金刚石材料或多晶氮化硼材料制成)制成的切削元件的刮刀钻头在本领域中被称作多晶金刚石复合片(“PDC”)钻头。

图1中示出了具有多个切削元件的刮刀钻头的实例，所述多个切削元件具有超硬工作表面。钻头100包括钻头主体110，所述钻头主体具有螺纹上销端111和切削端115。切削端115大体上包括绕着所述钻头的旋转轴(也被称作纵轴或中心轴)布置并且从钻头主体110向外径向地延伸的多个肋状物或刀片120。切削元件或切削刃150相对于工作表面以预定的角定向和径向位置并且相对于要被钻井的地层以所要后倾角和侧倾角来嵌入于刀片120中。

图2示出切削元件150的实例，其中切削元件150具有圆柱形的粘结碳化物衬底152，所述衬底具有在本文中被称作衬底界面表面154的端面或上表面。超硬材料层156(也被称作切削层)具有顶面157(也被称作工作表面)、绕着顶面形成的切削边缘158以及底面(本文中被称作超硬材料层界面表面159)。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结合至衬底界面表面154以在衬底152与超硬材料层156之间形成界面。

发明内容

提供本发明内容以介绍在具体实施方式中进一步描述的一些概念。本发明内容不意欲识别要求权利保护的主题的关键或必需特征，也不意欲用作限制要求权利保护的主题的范围的辅助。

在一个方面中，本文中公开的实施方案涉及一种切削元件，所述切削元件包括：衬底；以及所述衬底上的超硬层，所述超硬层包括非平面工作表面，所述工作表面由绕着所述切削元件的圆周具有变化高度的外周边缘环绕，所述工作表面还具有：多个切削顶凸，所述多个切削顶凸从所述外周边缘的升高部分延伸跨越所述工作表面的至少一部分；所述多个切削顶凸之间的至少一个谷；以及倾斜表面，所述倾斜表面从所述外部多个切削顶凸中的每一者朝向所述外周边缘的凹下部分侧向地延伸，所述凹下部分与所述升高部分之间的高度大于所述升高部分与所述谷之间的高度。