[发明专利]具有碳化物基体的切割元件的机械锁定

说明书

一种用于在钻头尖中使用的切割装置具有包括超硬材料的主体。所述主体具有顶表面、前表面、以及与所述顶表面相邻的至少一个侧表面。所述侧表面相对于所述顶表面以30度与150度之间的表面角定向。一个或多个锁定特征位于所述侧表面上。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年12月14日提交且标题为“MECHANICAL LOCKING OF CUTTINGELEMENT WITH CARBIDE MATRIX”的美国临时专利申请号62/267262的优先权和利益，所述申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。

背景技术

可出于多种勘探或开采目的将井眼钻探到地表位置或海床中。例如，可钻探井眼以获取储存在地下地层中的流体，诸如液体和气态烃，并且从地层提取流体。用于生产或提取流体的井眼可围绕井眼的壁内衬有套管。多种钻探方法可部分地取决于穿过其钻探井眼的地层的特性利用。另外，存在需要对地下地层进行钻探的其他应用，包括用于地热、水井、建造、电力、通信或采矿应用的镗孔，包括爆破孔钻探和顶板锚杆支护。

钻探系统可穿过多种地层钻探井眼或其他钻孔。地层可包括在疏松材料到岩石地层(诸如花岗岩、玄武岩或变质地层)的范围内的地质地层。钻探系统可包括具有多个切割元件的钻头尖，所述多个切割元件位于钻头上用于使材料松散和/或将材料从地层移除以形成井眼。超硬材料常规地用于提供切割元件上的充分耐用以穿透地层并维持钻探系统的所需正常运行时间的切割边缘或表面。

超硬材料本身是不可钎焊的，并且若干种材料用于将超硬材料层附连到钻头尖。例如，在常规的固定切割器钻头中，超硬材料以单个切割元件制造，所述切割元件然后附连到可润湿基体以允许超硬材料间接地被钎焊到钻头尖。超硬材料由浸润基体和超硬材料两者的中间材料附连到基体。切割元件在超硬材料的一部分被磨损后在钻头尖中进行替换。

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。

在一个实施方案中，切割装置包括主体，所述主体具有长度、宽度和高度。所述主体包括超硬材料并具有顶表面、前表面和第一侧表面。所述前表面与所述顶表面相邻。所述第一侧表面的至少一部分相对于所述顶表面以30度至150度范围内的表面角度定向；并且一个或多个锁定特征位于所述侧表面上。

在另一个实施方案中，切割组件包括切割装置和基体。所述切割装置包括主体，所述主体具有长度、宽度和高度。所述主体包括超硬材料并具有顶表面、前表面和第一侧表面。所述前表面与所述顶表面相邻。所述第一侧表面的至少一部分相对于所述顶表面以30度至150度范围内的表面角度定向；并且一个或多个锁定特征位于所述侧表面上。所述基体包括基体材料并且至少部分地围绕所述切割装置。所述基体的至少部分接合所述一个或多个锁定特征中的至少一个，并且所述基体向所述一个或多个锁定特征中的至少一个施加横向力。

在又一实施方案中，一种制造切割组件的方法包括提供超硬材料坯件并将所述超硬材料坯件分割成至少第一切割装置。所述方法包括在所述第一切割装置的侧表面中形成一个或多个锁定特征以及将第一基体前体定位成与所述第一切割装置的所述一个或多个锁定特征中的至少一个接触。所述方法还包括将与所述第一切割装置的所述一个或多个锁定特征中的至少一个接触的所述第一基体前体固化以产生第一切割组件。

在一些实例中，所述方法还包括将所述超硬材料坯件分割成第二切割装置。在所述第二切割装置的侧表面中形成一个或多个锁定特征，并且将第二基体前体定位成与所述第二切割装置的所述一个或多个锁定特征中的至少一个接触。将与所述第二切割装置的所述一个或多个锁定特征中的至少一个接触的所述第二基体前体固化以产生第二切割组件。