[发明专利]被构造为减少冲击损坏和减轻多晶超级磨料失效的切削元件、包括此类切削元件的钻地工具以及相关方法

说明书

本发明公开了一种用于钻地工具的切削元件，该切削元件包括基底和固定到该基底的端部的多晶超级磨料。该多晶超级磨料包括至少位于第一过渡表面上的弯曲的应力减小特征结构。该切削元件包括至少一个凹口，该至少一个凹口限定在多晶超级磨料的弯曲的应力减小特征结构中。该至少一个凹口包括侧壁，该侧壁与多晶超级磨料的应力减小特征结构的前表面相交并且延伸到多晶超级磨料内的底壁。该弯曲的应力减小特征结构包括靠近多晶超级磨料的周边边缘形成的起伏边缘和从起伏边缘朝向切削元件的中心纵向轴线延伸的波形。

优先权声明

本申请要求2018年7月27日提交的“被构造为减少冲击损坏和减轻多晶超级磨料失效的切削元件、包括此类切削元件的钻地工具以及相关方法(CUTTING ELEMENTSCONFIGURED TO REDUCE IMPACT DAMAGE AND MITIGATE POLYCRYSTALLINE,SUPERABRASIVEMATERIAL FAILURE EARTH-BORING TOOLS INCLUDING SUCH CUTTING ELEMENTS,ANDRELATED METHODS)”的美国专利申请序列号16/047,819的申请日的权益。

相关申请

本申请涉及于2018年7月27日提交的“被构造为减少冲击损坏的切削元件以及相关工具和方法替代构型(CUTTING ELEMENTS CONFIGURED TO REDUCE IMPACT DAMAGE ANDRELATED TOOLS AND METHODS-ALTERNATE CONFIGURATIONS)”的美国专利申请号16/047,863，该专利申请的全部公开内容据此以引用方式并入本文。本申请还涉及于2017年5月2日提交的美国专利申请号15/584,943的主题。另外，本申请还涉及于2015年3月12日提交的美国专利申请号14/656,036的主题。

技术领域

本公开整体涉及用于钻地工具的切削元件，涉及承载此类切削元件的钻地工具，并且涉及相关方法。更具体地，所公开的实施方案涉及用于钻地工具的切削元件，该切削元件可更好地抵抗冲击损坏，在切削元件内引起有益的应力状态，并改善切削元件的冷却。

背景技术

在地下地层中形成井眼以用于各种目的，包括例如从地下地层开采油和气以及从地下地层开采地热。可使用钻头(诸如钻地旋转钻头)在地下地层中形成井眼。不同类型的钻地旋转钻头是本领域中已知的，包括固定刀具钻头(在本领域中通常被称为“刮刀”钻头)、滚轮钻头(在本领域中通常被称为“牙轮”钻头)、镶金刚石钻头以及混合式钻头(其可包括例如固定刀具和滚轮刀具两者)。使钻头旋转并将钻头推进到地下地层中。当钻头旋转时，钻头的刀具或研磨结构切削、压碎、剪切和/或磨削掉地层材料而形成井眼。钻头所钻出的井眼的直径可由钻头的最大外径处设置的切削结构限定。

钻头直接或间接联接到本领域中称之为“钻杆柱”的端部，该钻杆柱包括一系列首尾相连的细长管状节段，这些细长管状节段从被钻的地下地层上方的地面延伸进入井眼中。各种工具和部件(包括钻头)可在位于被钻的井眼底部的钻杆柱的远端处联接在一起。工具和部件构成的这种组件在本领域中被称为“井底钻具组合”(BHA)。

可通过从地层表面旋转钻杆柱而使钻头在井眼内旋转；或者可通过将钻头联接到井下马达而使钻头旋转，该井下马达还联接到钻杆柱并设置在井眼底部附近。井下马达可包括例如液压莫瓦诺型马达，该液压莫瓦诺型马达具有安装了钻头的轴，通过将流体(例如，钻井泥浆或钻井流体)从地层表面向下泵送穿过钻杆柱的中心、穿过液压马达、从钻头中的喷嘴喷出，并使流体经过钻杆柱的外表面与井眼内暴露的地层表面之间的环形空间向上返回到地层表面，从而可引起钻头旋转。井下马达可在有或没有钻杆柱旋转的情况下操作。