[发明专利]具有非平面界面设计的非平面切割元件和包含这种元件的刀具

说明书

一种切割元件可包括具有带外围刃的非平面上表面和超硬层的基底。上表面可以包括至少一个形成于至少靠近外围刃的下陷；以及压缩应力环，其围绕上表面与外围刃相邻地延伸，延伸到至少一个下陷中，并被配置为减少超硬层中的拉伸应力。超硬层可以在基底上并且可以具有非平面的顶表面和形成在超硬层和基底之间的界面。

交叉引用段落

本申请要求2018年11月12日提交的题为“NON PLANAR CUTTING ELEMENT WITHNON PLANAR INTERFACE DESIGN AND TOOLS INCORPORATING SUCH ELEMENTS”的美国临时申请号62/758,771的权益，其公开内容以引用方式并入本文。

背景技术

存在几种类型的井下切割刀具，如钻头，包括牙轮钻头、锤钻头和刮刀钻头、铰刀和铣削刀具。牙轮凿岩钻头包括适于联接到可旋转钻柱上的钻头主体，并包括至少一个可旋转地安装到悬臂轴或轴颈上的“牙轮”。每个牙轮支撑多个切割元件，这些切割元件切割和/或压碎钻孔的壁或底部，从而推进钻头。在钻井过程中，切割元件，无论是镶片还是铣齿，都与地层接触。锤钻头通常包括具有冠部的单件主体。冠部包括压入其中的镶片，用于被循环地“锤打”并逆着被钻井的地层旋转。

刮刀钻头，通常被称为固定切割器钻头，包括具有附接到钻头主体的切割元件的钻头，钻头主体可以是钢钻头主体或由基质材料(例如由粘结材料包围的碳化钨)形成的基底钻头主体。刮刀钻头通常可以定义为没有运动部件的钻头。具有诸如金刚石之类的研磨材料的刮刀钻头，浸渍到形成钻头主体的材料的表面中，通常被称为浸渍钻头。具有沉积在基底上或以其他方式结合到基底上的由超硬切割表面层或“台面”制成(通常由多晶金刚石材料或多晶氮化硼材料制成)的切割元件的刮刀钻头在本领域中被称为多晶金刚石复合片(“PDC”)钻头。

发明内容

在一个方面，本公开的实施例涉及一种切割元件，该切割元件可以包括具有非平面上表面的基底，该上表面具有外围刃和超硬层。上表面可包括至少一个形成于至少靠近外围刃的下陷；以及压缩应力环，其围绕上表面与外围刃相邻地延伸，延伸到至少一个下陷中，并被配置为减少超硬层中的拉伸应力。超硬层可以在基底上并且可以具有非平面的顶表面和形成在超硬层和基底之间的界面。

在另一方面，本文公开的实施例涉及包括基底和超硬层的切割元件。基底可具有具有外围刃的非平面上表面，该非平面上表面包括至少一个延伸至外围刃的下陷。超硬层可以在基底上并且可以包括具有切割刃的非平面顶表面，切割刃在至少一个下陷之上，以及底表面，使得超硬层的底表面和基底的上表面形成界面。至少一个下陷可以具有一深度并且超硬层在切割刃处具有一厚度，使得基底的非平面上表面的外围刃在至少一个下陷处处于最小高度。

提供该概述以介绍在以下详细描述中进一步描述的构思的选择。本概述无意标识要求保护的主题的关键或基本特征，也无意用作限制要求保护的主题的范围的辅助刀具。

附图说明

图1示出了传统的刮刀钻头；

图2示出了传统的切割元件；

图3-5示出了具有非平面的顶表面的切割元件；

图6和7示出了根据本公开的实施例的切割元件的截面图；

图8-10示出了具有非平面的顶表面的切割元件；

图11A-11C示出了根据本公开的切割元件；

图12A-12D示出了根据本公开的切割元件；

图13A-13C示出了根据本公开的切割元件；

图14A-14C示出了根据本公开的实施例的切割元件的截面图；

图15A-15D示出了根据本公开的实施例的切割元件的俯视图；

图16示出了根据本公开的实施例的钻头的局部仰视图；