[发明专利]被构造成减少冲击损坏的切削元件以及相关工具和方法-另选构型

说明书

本发明提供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基底的端部的多晶超级磨料。该多晶超级磨料包括第一过渡表面和弯曲的应力减小特征结构，该第一过渡表面从多晶超级磨料的外周边边缘并在倾斜于基底的中心纵向轴线的第一方向上延伸，该弯曲的应力减小特征结构位于至少第一过渡表面上。另外，弯曲的应力减小特征结构可包括形成于至少第一过渡表面中的起伏边缘和从形成于至少第一过渡表面中的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“被构造成减少冲击损坏的切削元件以及相关工具和方法-另选构型(CUTTING ELEMENTS CONFIGURED TO REDUCE IMPACT DAMAGE ANDRELATED TOOLS AND METHODS-ALTERNATE CONFIGURATIONS)”的美国专利申请序列号16/047863的提交日期的权益。

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。更具体地讲，本发明所公开的实施方案涉及用于钻地工具的切削元件，这些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。

钻地工具中使用的切削元件通常包括多晶金刚石复合片(通常被称为“PDC”)切削元件，其是包括安装到支撑基底并呈现用于接合地下地层的切削面的、多晶金刚石材料的所谓“台面”的切削元件。多晶金刚石(通常被称为“PCD”)材料是包括相互键合的金刚石材料晶粒或晶体的材料。换句话讲，PCD材料包括金刚石材料晶粒或晶体之间的直接晶粒间键。