7]在一些实施例中，一种切削工具包括工具主体；从所述工具主体延伸的多个刀体；沿所述多个刀体的每一个设置的多个非平面切削元件。所述多个非平面切削元件形成切削型面，在所述多个非平面切削元件旋转入单个平面的旋转视图中，所述切削型面包括锥部区域、鼻部区域、肩部区域和保径部区域。所述多个非平面切削元件具有在所述锥部区域、鼻部区域、肩部区域和保径部区域中的至少一个中的第一直径，和在至少一个其他区域中的不同的第二直径。
[0018]在一些实施例中，一种切削工具包括工具主体；从所述工具主体延伸的多个刀体；沿所述多个刀体的每一个设置的多个非平面切削元件。所述多个非平面切削元件形成切削型面，在所述多个非平面切削元件旋转入单个平面的旋转视图中，所述切削型面包括锥部区域、鼻部区域、肩部区域和保径部区域。所述多个非平面切削元件具有在所述锥部区域、鼻部区域、肩部区域和保径部区域中的至少一个中的第一材料特性，和在至少一个其他区域中的不同的第二材料特性。
[0019]从下面的描述和所附的权利要求，本发明要求保护的主题的其他方面和优点将显而易见。
【附图说明】
[0020]图1示出了常规钻头。
[0021]图2示出了常规钻头的俯视图。
[0022]图3示出了常规钻头的剖视图。
[0023]图4示出了根据一个实施例的钻头的俯视图。
[0024]图5示出了根据一个实施例的切削型面。
[0025]图6示出了锥形切削元件的剖视图。
[0026]图7示出了具有凸出侧面的尖头形切削元件的剖视图。
[0027]图8示出了具有凹下侧面的尖头形切削元件的剖视图。
[0028]图9示出了根据一个或多个实施例的切削齿。
[0029]图10示出了根据一个或多个实施例的锥形切削元件。
[0030]图11示出了根据一个或多个实施例的锥形切削元件。
[0031]图12示出了根据一个或多个实施例的切削齿。
[0032]图13示出了根据一个或多个实施例的锥形切削元件的俯视图。
[0033]图14示出了根据一个或多个实施例的锥形切削元件的侧视图。
[0034]图15示出了根据一个或多个实施例的扩孔器。
【具体实施方式】
[0035]在本发明公开的一些方面，实施例涉及包含具有非平面切削表面的切削元件的固定切削齿钻头或其他井下切削工具。尤其是，本文中公开的实施例涉及包含两个或更多个非平面切削元件的钻头，所述至少两个切削元件具有不同的几何或尺寸型面和/或不同的材料特性。本文中公开的其他实施例涉及包含这些切削元件的固定切削齿钻头，包括在钻头上放置这些切削元件，以及可用于优化或改善钻井过程的在切削元件上的改变。
[0036]根据本发明公开的一个或多个实施例，可使用不同的非平面切削元件，且根据沿切削型面(例如参照图3限定的)的特定的非平面切削元件的位置选择几何形状。现在参照图4，示出了钻头的实施例的俯视图。如图4中所示，钻头40可包括从钻头主体44径向延伸的多个刀体42。非平面切削元件46每个都在多个刀体42上的切削齿袋孔48内。虽然在图4中仅示出了非平面切削元件，但一个或多个刀体可包括在其上的一个或多个平面的或大致平面的切削元件也在本发明公开的范围内。现在参照图5，示出了切削型面(其中钻头上的所有切削元件被示为旋转入单个平面内)。类似于图3中的上面限定的切削型面，图5中所示的切削型面50包括锥部区域53、鼻部区域57、肩部区域55和保径部区域56 ;然而，在图5中所示的实施例中，切削型面是由非平面切削元件形成的。此外，虽然在图5中所示的非平面切削元件是锥形切削元件，但本发明公开并非如此有限。而是，形成本发明公开的切削型面的一个或多个、或全部切削元件可包括除了锥形切削元件之外的非平面切削元件。例如，现在参照图6-8，示出了可用于本发明公开的实施例中的各种非平面切削元件的图示。
[0037]为了便于在多种类型的切削元件之间区分，术语“切削元件”将一般指的是任何类型的切削元件，而“切削齿”将指那些具有平面切削面的切削元件，如上面参照图1和2所述的，且“非平面切削元件”将指那些具有非平面顶部表面(例如，具有终止于顶端的端部)的切削元件，该非平面切削元件可包括具有锥形切削端的切削元件(图6中所示)或弹头形切削元件(图7中所示)，例如(两者也可称作“尖头形切削元件”)。在本文中使用的术语“锥形切削元件”指的是具有大体上锥形切削端62 (包括直锥或斜锥)的切削元件，即，具有终止于圆角顶端66的锥形侧壁64，如图6中所示。与终止于尖锐顶端的几何形圆锥不同，本发明公开的锥形切削元件拥有具有在侧面和顶端之间的弯曲部分的顶端。此外，在一个或多个实施例中，可使用弹头形切削元件70。术语“弹头形切削元件”指的是具有终止于圆角顶端76的大体上凸出的侧面78(代替大体上锥形的侧面)的切削元件。在一个或多个实施例中，顶端76具有比凸出的侧面78大致更小的曲率半径。然而，还被设想到的是本发明公开的非平面切削元件也可包括其他形状，例如包括终止于圆角顶端的凹下的侧面，如图8中所示。在每个这样的实施例中，非平面切削元件可具有在侧面和圆角顶端之间的平滑过渡(即，侧面或侧壁相切地连接顶端的弯曲部分)，但在一些实施例中，可以提供非平滑的过渡(即，侧面的切线与顶端的切线以非180度的角相交，就像例如从约120度到小于180度的范围)。此外，在一个或多个实施例中，非平面切削元件可包括具有在夹持或基部区域上方延伸的切削端的任何形状，在一个或多个实施例中在夹持或基部区域上方，切削端延伸一高度，该高度是切削元件的直径的至少0.25倍，或是直径的至少0.3,0.4、0.5或0.6倍。
[0038]本发明公开的各种实施例可使用沿切削型面的不同形状(比如在图6-8中所示的那些，例如非平面切削元件或尖头形切削元件)的切削元件。例如，在一个实施例中，锥部区域可包括一个或多个弹头形切削元件70，而鼻部区域、肩部区域和保径部区域可包括不是弹头形切削元件的一个或多个非平面切削元件(或尖头形切削元件)，比如锥形切削元件60或凹下的切削元件80。在特定实施例中，锥部区域可包括一个或多个(或全部)弹头形切削元件70，且鼻部区域、肩部区域和保径部区域可包括一个或多个(或全部)锥形切削元件60。例如，当在锥部区域希望更大的冲击保护时，可选择这样的实施例。
[0039]在另一实施例中，锥部区域和鼻部区域可包括一个或多个弹头形切削元件70，而肩部区域和保径部区域可包括不是弹头形切削元件的一个或多个非平面切削元件，比如锥形切削元件60或凹下的切削元件80。在特定实施例中，锥部区域和鼻部区域可包括一个或多个(或全部)弹头形切削元件70，且肩部区域和保径部区域可包括一个或多个(或全部)锥形切削元件60。例如，当在锥部区域和鼻部区域希望更大的冲击保护时，可选择这样的实施例。
[0040]在另一实施例中，锥部区域、鼻部区域和肩部区域可包括一个或多个弹头形切削元件70，而保径部区域可包括不是弹头形切削元件的一个或多个非平面切削元件，比如锥形切削元件60或凹下的切削元件80。在特定实施例中，锥部区域、鼻部区域和肩部区域可包括一个或多个(或全部)弹头形切削元件70，且保径部区域可包括一个或多个(或全部)锥形切削元件60。例如，对于高冲击应用来说，可选择这样的实施例。
[0041]在一个实施例中，锥部区域可包括一个或多个锥形切削元件60，而鼻部区域、肩部区域和保径部区域可包括不是锥形切削元件的一个或多个非平面切削元件，比如弹头形切削元件70或凹下的切削元件80。在特定实施例中，锥部区域可包括一个或多个(或全部)锥形切削元件60，且鼻部区域、肩部区域和保径部区域可包括一个或多个(或全部)弹头形切削元件70。例如，当在鼻部区域、肩部区域和保径部区域希望更大的冲击保护时，可选择这样的实施例。
[0042]在另一实施例中，锥部区域和鼻部区域可包括一个或多个锥形切削元件60，而肩部区域和保径部区域可包括不是锥形切削元件的一个或多个非平面切削元件，比如弹头形切削元件70或凹下的切削元件80。在特定实施例中，锥部区域和鼻部区域可包括一个或多个(或全部)锥形切削元件60，且肩部区域和保径部区域可包括一个或多个(或全部)弹头形切削元件70。例如，当在肩部区域和保径部区域希望更大的冲击保护时，可选择这样的实施例。
[0043]在另一实施例中，锥部区域、鼻部区域和肩部区域可包括一个或多个锥形切削元件60，而保径部区域可包括不是锥形切削元件的一个或多个非平面切削元件，比如弹头形切削元件70或凹下的切削元件80。在特定实施例中，锥部区域、鼻部区域和肩部区域可包括一个或多个(或全部)锥形切削元件60，且保径部区域可包括一个或多个(或全部)弹头形切削元件70。例如，当在保径部区域希望更大的冲击保护时，可选择这样的实施例。
[0044]此外，在另一实施例中，锥部区域和肩部区域可具有相同的所选形状，而鼻部区域形状不同。例如，在一个实施例中，锥部和肩部区域可包括一个或多个锥形切削元件60，而鼻部区域可包括不是锥形切削元件的一个或多个非平面切削元件，比如弹头形切削元件70或凹下的切削元件80。在特定实施例中，锥部区域和肩部区域可包括一个或多个(或全部)锥形切削元件60，且鼻部区域可包括一个或多个(或全部)弹头形切削元件70。保径部区域也可具有一个或多个(或全部)弹头形切削元件70也在本发明公开的范围内。
[0045]在另一实施例中，锥部和肩部区域可包括一个或多个弹头形切削元件70，而鼻部区域可包括不是锥形切削元件的一个或多个非平面切削元件，比如锥形切削元件60或凹下的切削元件80。