[发明专利]具有释放特征的切削元件凹窝

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年4月8日提交的且名称为“Cutting Element Pocket with Front Relief Groove”的美国专利申请号62/320,045以及于2016年4月8日提交的且名称为“Cutting Element with Base Relief Groove”的美国专利申请号62/320,076的权益和优先权。前述申请中的每一个以引用的方式整体并入本文。

发明背景

出于各种勘探或开采目的，可以在地面位置或海床中钻探井筒。例如，可以钻探井筒来接近存储在地下地层中的流体，诸如液体和气态烃并且从地层开采流体。用于生产或开采流体的井筒可以在井筒壁周围衬有套筒。可以部分根据在其中钻探井筒的地层的特征来利用各种钻井方法和工具。

在井筒的创建、维护、扩展和报废中，钻井系统可以使用各种钻头。钻头包括钻探钻头、铣刀、扩孔器、开孔器以及其他切削工具。一些钻头采用由钻头的主体固持的切削元件。切削元件可以包括比钻头的主体更硬或更耐磨的材料。切削元件通过摩擦、钎焊、焊接或机械紧固件而紧固在主体中的凹窝内。

在钻井系统的操作期间，钻头会经受整个主体和切削元件中产生的力和振动。主体和切削元件两者之上的力和振动会使凹窝中的切削元件出现松动、损坏凹窝处或其附近的主体、损坏凹窝中介于切削元件与主体之间的钎焊或其他材料，或者以其他方式危害切削元件在钻头中的存留、或钻头自身的完整性。

发明内容

在一些实施方案中，钻头包括钻头主体和切削面，所述切削面形成钻头主体的一部分或以其他方式联接至所述钻头主体。切削面包括具有凹窝的表面。凹窝完全或部分由后壁和侧壁限定。所述凹窝在凹窝与表面的界面处包括释放开口，并且在凹窝的周边的至少75％周围延伸。

根据一些实施方案，钻头包括钻头主体和从钻头主体延伸的刀片。刀片具有其中带有顶部凹窝的面向地层的表面。刃片定位在顶部凹窝中。顶部凹窝至少部分由后壁和侧壁限定，并且包括释放开口，所述释放开口至少部分在顶部凹窝的周边周围，在面向地层的表面与侧壁之间的界面处延伸。

在另外的实施方案中，制造钻头的方法包括形成具有切削面的钻头主体，所述切削面具有面向地层的表面。顶部凹窝处于面向地层的表面和切削面中，并且由后壁和侧壁限定。将刃片放置到顶部凹窝中并且将其钎焊到适当的位置。降低钻头主体和刃片的温度，这会使切削面以大于刃片的速率热收缩。用应力释放开口减少切削面中的应力集中，所述应力释放开口处于顶部凹窝的周边周围，并且位于面向地层的表面与侧壁之间的界面处。

在一些实施方案中，钻头包括钻头主体和从钻头主体延伸的刀片。刀片具有至少部分由后壁和侧壁限定的凹窝。一个或多个凹窝在侧壁或后壁中包括环形应力释放元件。将刃片钎焊到具有环形应力释放元件的凹窝中。

附加实施方案包括钻头，所述钻头具有钻头主体，所述钻头主体具有表面和所述表面中的凹窝。凹窝至少部分由侧壁和后壁限定，并且具有凹窝深度和凹窝宽度。钻头主体还包括在后壁与侧壁的界面处的释放凹部。释放凹部具有凹部深度和凹部宽度。钻头主体还在侧壁与表面的界面处包括释放开口。释放开口至少部分在凹窝的周边周围延伸，并且具有开口深度和开口横向延伸。

在一些实施方案中，钻头包括钻头主体和从钻头主体延伸的刀片。刀片包括具有凹窝的表面。凹窝由侧壁和后壁限定，并且释放凹部形成在侧壁与后壁之间。释放凹部具有延伸超出凹窝的凹窝深度的深度。

在一些实施方案中，钻头包括钻头主体、从钻头主体延伸的刀片和切削元件。切削元件定位在刀片中的刃面凹窝中。刃面凹窝处于刀片的前向表面中，并且由侧壁和后壁限定。凹窝在后壁与侧壁之间包括释放凹部。释放凹部定位在后壁与侧壁之间，并且释放凹部具有延伸超出刃面凹窝的凹窝深度的深度。

在另外的实施方案中，制造钻头的方法包括形成钻头主体，其中刀片从所述钻头主体延伸。刀片包括其中具有刃面凹窝的前向表面。将切削元件放置在刃面凹窝中并且将其钎焊在其中。降低刀片和切削元件的温度，这会使刀片以大于切削元件的速率热收缩。使用刃面凹窝的底部处的应力释放凹部来减少刀片中的应力集中。

本发明内容被提供用来介绍具体实施方式中进一步描述的一些概念，并且既不旨在标识要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用来帮助限制要求保护的主题的范围。以下描述中将阐述本公开的实施方案的附加特征和方面。这些和其他特征根据以下描述和随附权利要求将变得更加彻底清楚明白，或者可以通过实践如本文所述的这类实施方案来了解。