具有经修饰表面的切削元件的制作方法
【专利摘要】一种切削元件，该切削元件包括切削面和通过该切削面的纵向轴线。该切削元件包括至少所述切削面的第一部，该第一部相对于所述切削元件的纵向轴线成大约81°到大约89°的角。所述切削元件可以进一步包括基底、超硬磨料层以及在所述基底和超硬磨料层之间的交界面。此外，所述切削面具有40微英寸或更小的表面粗糙度。
【专利说明】具有经修饰表面的切削元件
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种切削元件，例如用于地下地层的钻凿的刀具。更具体地，本公开涉及旨在安装在钻头或其它用于土地或岩石的钻孔的工具上的切削工具，诸如可出现在石油、天然气、地热或其它地下钻孔的钻井或扩大中，并且本公开涉及钻头和装备该切削刀具的工具。切削元件包括至少第一部，该第一部相对于纵向轴线具有大约81°或大约89°的角。本公开还涉及一种制造切削元件的方法，和一种使用切削元件的方法。
【背景技术】
[0002]在随后的背景的讨论中，参考了某些结构和/或方法。然而，以下引用不应被解释为承认这些结构和/或方法构成现有技术。 申请人:明确保留权利证明该结构和/或方法不称作现有技术。
[0003]通常用于钻通地下地层的一种类型的钻头是刮刀钻头(drag bit)或镶齿钻头。该钻头利用若干被钎焊或压入到钻头中的刀具或切削元件以切削、犁挖和剪切地下地层。
[0004]当前可用的刀具包括平面的切削面，该平面的切削面横跨切削元件的纵向轴线，并且形成切削元件的顶表面。图20A是具有常规刮刀钻头107的刀具的实例，该常规刮刀钻头107包括至少一个常规切削元件109。切削元件109被钎焊或压入到切削钻头107中以用于地下地层的钻凿。切削元件109以被称为背前角β的一定角度安装在刮刀钻头107内。所谓背前角β是刮刀钻头的轴线110和超硬磨料材料的前表面112之间的角度。在很多刮刀钻头中，背前角在大约15°和25°之间，但是可以高达30°甚至45°。
[0005]如在图20Α中所示，在切削操作期间，切削元件将犁挖和剪切地下地层108以形成孔。如在图20Β中所示，在钻凿一段时间后，切削元件通常具有磨损图案或磨损面114，该磨损图案或磨损面114带有与背前角β近似互补的磨损角Y。磨损角Y是切削元件的纵向轴线116和磨损面114之间的角度。
[0006]除了以如图20Β所示的角度磨损以外，刀具负载同样可以在未倒角处理的切削刀刃处在刀具被交付使用之后不久并且在刀具自然地磨损到平坦的表面之前造成金刚石层碎裂或破裂，或者在切削刀刃处造成“磨损平面”。在磨损期间，切削面的碎裂导致切削刀刃恶化，并且因此导致在钻凿操作期间低效率的地下地层的犁挖和剪切。
[0007]已确定的是，通过在钻凿的初始阶段期间设置减少单位应力的小承载区，斜角或倒角保护了切削刀刃免受载荷引起的应力集中。然而，即使具有倒角的刀具，诸如在图21中所示的刀具仍然在磨损期间经受切削面的碎裂。
[0008]其它刀具包括呈连续弯曲表面形式的非平面的切削面。更进一步地，该刀具包括具有相对于切削元件的纵向轴线成不同角度的不只一个的倒角的切削面。尽管这些刀具可以实现刀具耐久性的一定程度的增强，但是还有很大的改进空间。
【发明内容】
[0009]通过在使用期间减少切削元件的切削面的碎裂量，本公开的切削元件具有较长的磨损寿命。至少通过结合切削面的与带角度的常规表面不同的一部分，所公开的切削元件增加了磨损寿命并且减少了碎裂。
[0010]本发明的第一方面包括切削元件，该切削元件包括切削面和通过切削面的纵向轴线。切削面包括至少第一部，该第一部相对于切削元件的纵向轴线具有大约81°到大约89°的角。
[0011]本发明的第二方面包括具有切削面的切削元件。切削面包括至少第一部，该第一部相对于切削元件的纵向轴线具有大约81°到大约89°的角。此外，切削面具有大约40微英寸或更小的表面粗糙度。
[0012]本发明的第三方面包括切削元件，该切削元件包括金刚石台面、基底以及在金刚石台面与基底之间的非平面的交界面。金刚石台面包括切削面。切削面包括至少第一部，该第一部相对于切削元件的纵向轴线具有大约81°到大约89°的角。所述切削面的第一部具有大约5微英寸到大约7微英寸的表面粗糙度。此外，如在图29中所示，所述切削面的第一部具有沿纵向方向大约125微英寸到大约800微英寸的范围(A)。
[0013]本发明的第四方面包括切削元件，该切削元件包括切削面和通过切削面的纵向轴线。至少切削面的第一部相对于切削元件的纵向轴线成大约81°到大约89°的角。此外，当经历至少约20分钟的16mm动态冲击测试时,切削元件不碎裂。
[0014]本发明的第五方面包括一种制造切削元件的方法，该方法包括形成具有切削面的切削元件；和修饰切削面以形成至少切削面的第一部，该第一部相对于切削元件的纵向轴线具有大约81°到大约89°的角。修饰工艺在切削面的第一部上提供了大约40微英寸或更小的表面粗糙度。
[0015]本发明的第六方面包括用于地下地层的钻凿的切削元件，该切削元件包括切削面、切削面的外周处的切削刀刃以及通过切削面的纵向轴线。切削面包括至少第一部，该第一部相对于切削元件的纵向轴线成大约81°到大约89°的角。切削元件犁挖并且剪切地下地层，使得至少切削面的第一部的一部分与地下地层接合。
[0016]本发明的第七方面包括切削元件，该切削元件包括切削面和通过切削面的纵向轴线。至少切削面的第一部相对于切削元件的纵向轴线成大约81°到大约89°的角。此外，当在立式转塔车床(VTL)上经历20000米的磨耗测试时，切削元件显著减少了碎裂。
[0017]应理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的，并且旨在提供要求保护的本发明的进一步的解释。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]可以阅读下面的详细说明和附图，其中，相同的附图标记表示相同的部件并且其中:
[0019]图1示出了根据本发明的第一实施例的切削元件的分解透视图。
[0020]图2示出了图1的切削元件的顶视图。
[0021]图3示出了图1的切削元件的局部横截面图。
[0022]图4示出了与纵向轴线正交的图1的切削元件的视图。
[0023]图5示出了沿线V-V截取的图1的切削元件的分解剖视图。
[0024]图6示出了沿线V1-VI截取的图1的切削元件的分解剖视图。[0025]图7示出了根据本发明的第二实施例的与纵向轴线正交的切削元件的视图。
[0026]图8示出了根据本发明的第三实施例的与纵向轴线正交的切削元件局部视图。
[0027]图9示出了根据本发明的第四实施例的切削元件的顶视图。
[0028]图10示出了图9的与线X-X平行的切削元件的视图。
[0029]图11示出了图10的与线X1-XI平行的切削元件的视图。
[0030]图12示出了根据本发明的第五实施例的切削元件的顶视图。
[0031]图13示出了图12的与线XII1-XIII平行的切削元件的视图。
[0032]图14A示出了在覆盖包含切削面的顶层之前的根据本发明的第六实施例的切削元件的基底的顶视图。
[0033]图14B示出了图14A的基底的横截面图。
[0034]图15A示出了在覆盖包含切削面的顶层之前的根据本发明的第七实施例的切削元件的基底的顶视图。
[0035]图15B示出了图15A的基底的横截面图。
[0036]图16A示出了在覆盖包含切削面的顶层之前的根据本发明的第八实施例的切削元件的基底的顶视图。
[0037]图16B示出了图16A的基底的横截面图。
[0038]图17示出了根据本发明的第九实施例的切削加工期间的切削元件。
[0039]图18是示出了不同切削元件在动态冲击测试中的表现的曲线图。
[0040]图19是示出了不同切削元件在立式转塔车床测试中的表现的曲线图。
[0041]图20A示出了切削加工期间的具有常规切削元件的刮刀钻头。
[0042]图20B示出了在已出现一定量磨损之后具有常规切削元件的切削钻头。
[0043]图21是在经过立式转塔车床测试后的已知切削元件的照片。
[0044]图22是在经过立式转塔车床测试后的根据本发明的第十实施例的切削元件的照片。
[0045]图23是在经过动态冲击测试后的已知切削元件的照片。
[0046]图24是在经过动态冲击测试后的根据本发明的第十一实施例的切削元件的照片。
[0047]图25A示出了根据本发明的第十二实施例的切削元件的顶视图。
[0048]图25B示出了图25A的与纵向轴线正交的切削元件的视图。
[0049]图26A示出了根据本发明的第十三实施例的切削元件的顶视图。
[0050]图26B示出了图26A的与纵向轴线正交的切削元件的视图。
[0051]图27示出了根据本发明的第十四实施例的切削元件的顶视图。
[0052]图28示出了根据本发明的第十五实施例的切削元件的顶视图。
[0053]图29示出了表示本发明的各种几何特征的图表。
【具体实施方式】
[0054]公开了一种改进的切削元件。该切削元件可用于但不局限于例如用于刮刀钻头的超硬磨料刀具。改进的切削元件在其它改进中包括减少碎裂、提高耐磨性以及具有更长的工具寿命。改进至少部分归功于添加了切削元件的切削面的第一部，该第一部相对于切削元件的纵向轴线具有大约81°到大约89°的角。
[0055]在图1至图6中示出了包含改进的切削面的刀具的第一实施例。切削元件10包括基底12、超硬磨料层14以及在基底12和超硬磨料层14之间的交界面16。超硬磨料层14包括形成切削元件10的顶表面的切削面18。在实施例中，切削面可以包括倒角20、第一部22和第二部24。如在图3中例示，第一实施例具有切削面的第一部，该第一部相对于切削元件的纵向轴线26具有大约86°角。在该具体实施例中，超硬磨料层的厚度大约是2.1mm并且切削面的第一部的轴向尺寸大约是0.009mm。
[0056]在实施例中，可以具有星形交界面。如在图1中所示，基底的顶表面包括具有从纵向轴线辐射出来的不同长度和深度的交替凹槽的星形图案。在超硬磨料层的底表面上呈现出相应的表面以形成互连交界面。形成星形图案的两种不同凹槽在交界面处的相互作用参见图5和图6的分解横截面图。
[0057]除了仅具有切削面的第一和第二部以及倒角的图1至图6的实施例以外，还可以形成具有多个部的切削面，每个部相对于切削元件的纵向轴线具有不同的角度。此外，切削元件可以形成或不形成倒角。
[0058]图7示出了第二实施例。切削元件30包括基底32、超硬磨料层34和交界面36。超硬磨料层34包括切削面38，该切削面38具有第一部40、第二部42和第三部44。至少第一部相对于纵向轴线46具有大约81°到大约89°的角。
[0059]图8示出了第三实施例。切削元件50包括基底51、超硬磨料层52和交界面53。超硬磨料层52包括切削面54，该切削面54具有第一部55、弯曲部56和第二部57。
[0060]图9至图11示出了第四实施例。第四实施例是切削元件的实例，其中，切削面的第一部未围绕纵向轴线形成均匀的环。切削元件60包括基底61、超硬磨料层62和交界面63。超硬磨料层62包括切削面64，该切削面64具有第一部65、倒角66和第二部67。如在图9中所示，第二部67的半径因方向而是不同的。
[0061]通过修饰超硬磨料层导致以上切削面，使得未被修饰的超硬磨料层的矩形形状被留在切削面的中心。如在图10和图11中所示，第二部的半径上的不同导致第一部65相对于切削元件的纵向轴线具有不同的角度并且第一部65取决于切削元件的方向具有不同长度。该选择的角度和长度允许切削元件60是可转位的，使得切削元件可以在钻头中的四个不同位置上使用。此外，矩形形状的第二部使得用户容易将切削元件对齐到四个位置中的每个位置。
[0062]修饰方法的实例包括但不局限于擦光(Iapp ing )、抛光、磨料研磨、放电加工方法、电火花磨削方法、摩擦化学加工、激光切割或其它已知方法，以提供具有例如40微英寸或更小的表面粗糙度的表面光洁度。
[0063]图12和图13示出了第五实施例。切削元件70包括基底71、超硬磨料层72和交界面73。超硬磨料层72包括切削面74。第五实施例是根据本发明的切削元件的实例，其中，相对于纵向轴线具有大约81°到大约89°角的第一部一直延续到切削元件的纵向轴线。特别地，切削面74包括第一部75和第二部76。如图13所示，切削面的第一部75在切削元件的纵向轴线77处达到其最高点。
[0064]如至少在上述实施例中所示，切削元件的第一部可以相对于切削元件的纵向轴线被布置在沿切削面的不同位置上。例如，在第一部不接触纵向轴线的位置，切削面的第一部绕切削元件的纵向轴线形成环，其中，诸如对于16mm的刀具来说，环的半径(如在图29中所示的(D))大约是0.5mm到大约8mm。在更多具体的实施例中，切削面的第一部绕切削元件的纵向轴线形成环，其中，环的径向尺寸大约是2mm到大约4_。
[0065]图14A至图16B示出了基底和超硬磨料层之间的具有不同交界面的切削元件的具体实施例。任何上述界面或任何在图14A至16B中示出的交界面以及任何已知的交界面可以用于任何前述实施例。
[0066]图14A和14B示出了具有凸出的顶表面81的切削元件基底80，切削元件基底80具有从中心部83延伸到基底80的外周84的拱形横截面的棱面82。超硬磨料层本身在结构上是沿着切削元件基底80的凸出的顶表面81的轮廓的拱形或凸形。
[0067]图15A和图15B示出了具有顶表面86的切削元件基底85，该切削元件基底85具有从中心部88到切削元件基底85的外周89在高度上下降的三角形横截面的棱面87。
[0068]图16A和图16B示出了具有凹进的顶表面91的切削元件基底90，该切削元件基底90具有从外周94延伸到切削元件基底90的中心93的棱面92，其具有恒定水平的上表面，并且因此随着接近切削元件基底90的中心93，该棱面92的高度稳定上升。
[0069]图17示出了根据本发明的实施例的用于地下地层96的钻凿的切削元件95。切削元件95包括基底97、超硬磨料层98以及在基底和超硬磨料层之间的交界面99。超硬磨料层98包括切削面100，该切削面100包括倒角101、第一部102和第二部103。第一部与切削元件95的纵向轴线104成大约81°到大约89°的角。在钻凿过程中，切削元件95在地下地层96中切削一定深度，使得第一部102接触地下地层96。例如，切削元件切入到地下地层中至少大约100米的距离。
[0070]图25A和图25B示出了示例性切削元件，在该切削元件中，切削面的第一部包括切削面的周向部。一个或多个这样的第一部可以存在于刀具上。
[0071]图26A和图26B示出了示例性切削元件，在该切削元件中，切削面的第一部包括切削面的周向部并且在与纵向轴线成多个角度处取向，以在优选方向上推动切削形成碎片。
[0072]图27示出了如凹槽所示的、替代了前述示例性平面部的具有径向取向的非平面的表面的第一部。在该实施例中，非平面表面可以是凹进的、凸出的或其它非平面的几何形状。
[0073]图28示出了具有相对于纵向轴线以多个角度取向的非平面表面的第一部。
[0074]图29示出了表示实施例的各种几何特征的图表。
[0075]前面实施例中的每个实施例的特征可以被包括在不同的组合中以形成另外的实施例。在其它实施例中，切削元件的切削面可以包括任何数目的部，每个部相对于切削元件的纵向轴线具有不同的角度。在其它实施例中，切削元件的切削面除了具有不同角度的多个部以外还可以包括不只一个的倒角。在其它实施例中，第一部下方的交界面可以被修改以调整第一部中的超硬磨料层厚度。
[0076]如图所示，上述实施例中的每个实施例包括具有“凸出”表面的切削面，“凸出”指的是凸出弯曲的表面或包括有角度的平面部的表面，其中，如果部会合处的点被圆化，那么会形成凸出的形状。在其它实施例中，切削面可以具有“凹进”表面或“马鞍”表面。“凹进”表面不仅指的是表面具有凹进弯曲形状的切削面，还指的是这样的表面，即:在该表面中，如果平面部的连接点被圆化，那么至少一些有角度的平面部会形成凹进表面。类似地，“马鞍”表面指的是这样的切削面，即:其中弯曲表面或具有成角度的平面部表面缓和地在两个斜坡之间弯曲，并且类似于马鞍的形状。
[0077]在某些实施例中，基底由碳化物构成。在更确切的实施例中，碳化物是硬质合金。在另外一些的实施例中，硬质合金是碳化钨。在另外一些的实施例中，硬质合金包含铬。
[0078]在具体的实施例中，超硬磨料层由金刚石构成。在更具体的实施例中，金刚石是多晶金刚石。在另外一些实施例中，多晶金刚石被浸滤(leached)。
[0079]在某些实施例中，超硬磨料层可以进一步包括切削面上的涂层。涂层可以包括CVD金刚石、类金刚石碳(DLC)、纳米晶体金刚石或其它已知超硬磨料材料。涂层可以包括修饰切削面的摩擦特性的材料和/或涂层可以包括修饰切削面的化学特性并且提高腐蚀性地下地层中的寿命的材料。涂层可以仅应用于切削面的一部分。
[0080]在某些实施例中，上述倒角可以相对于切削元件的纵向轴线具有大约20°到大约70°的角。在另外一些的实施例中，倒角可以相对于切削元件的纵向轴线具有大约30°到大约60°的角。在另外一些的实施例中，倒角可以具有大约40°到大约50°的角。
[0081]可以通过形成基底和超硬磨料层并且然后将基底和超硬磨料层烧结以形成单个切削元件来制得根据上述实施例的切削元件。通过去除超硬磨料层的一部分来修饰切削面，从而形成超硬磨料层的切削面的至少第一部。在具体的实施例中，在形成切削元件之后，超硬磨料层的顶表面经受修饰以形成切削面的有角度部。
[0082]除了形成具体的角度，需要形成具有受控的表面粗糙度的表面光洁度的切削面。可替代地，可以通过其它已知的方法(包括但不局限于擦光、抛光、磨料研磨、放电加工方法、电火花磨削方法、摩擦化学加工、激光切割或任何其它已知的研磨工艺)去除超硬磨料以提供具有例如40微英寸或更小的表面粗糙度的表面光洁度。
[0083]在某些实施例中，切削元件的至少第一部的表面粗糙度大约是40微英寸或更小，优选地，大约30微英寸或更小，更优选地，大约20微英寸或更小，或还更优选地，大约10微英寸或更小。在更确切的实施例中，切削元件的至少第一部的表面粗糙度大约是2微英寸或更大或优选地大约5微英寸或更大。在具体的实施例中，切削面的表面粗糙度大约是5微英寸到大约7微英寸。
[0084]使用干涉仪诸如由Veeco仪表公司(美国纽约Plainview)制造的WYKO NT1100白光干涉仪测量表面粗糙度(Ra)。在特定位置即擦光表面、修饰表面、倒角和金刚石台面的外径尺寸上进行测量。除了倒角区域，所有的测量均在5倍的组合的总放大倍率下完成，其中由于倒角的宽度小而使用了 20倍的放大倍率。5倍的扫描区域是1.2mm x0.9mm,而20倍的扫描区域是0.30mm x0.23mm,并且所有的表面扫描被修正以除去倾斜和圆柱度。
[0085]对于公开的具体切削元件来说，触针轮廓测定法不是表面粗糙度的好的测量方法，因为触针是一个金刚石尖端，当测量金刚石表面诸如切削元件的表面上的时，该尖端会磨损。同样地，结果会被歪曲，从而使表面读数看起来比实际更光滑。
[0086]在使用动态冲击测试和立式转塔车床测试两者的情况下，通过将根据上述实施例的切削元件与具有倒角但没有切削面的“第一部”的更常规的刀具相比，能够示出在碎裂减少和提闻刀具寿命方面的进步。
[0087]在使具有0.007英寸的研磨倒角的切削元件重复撞击40磅弹簧加载装置的同时使用水平主轴铣床来进行动态冲击测试，其中，保持高速工具钢条的聚氨酯反弹阻尼器被夹在机床工作台上。切削元件被夹在飞刀的端部中，该飞刀则被安装到具有4.25英寸的旋转半径并以160RPM运转的主轴上，其中在坯料与刀具接触的初始碰触之后，切削面垂直地撞击以0.022英寸进给的钢条，并且运行直到出现故障或运行达两个小时。
[0088]在具体的实施例中，在MARS刀具(由Diamond Innovations公司制造)和MERCURY刀具(仍由Diamond Innovations公司制造)上进行动态冲击测试。MARS刀具和MERCURY刀具都是在硬质合金基底上由多晶金刚石构成的紧密金刚石刀具，其中，除了在外周边缘附近的45 °倒角以外，切削面是平的。还在修饰后的MARS和MERCURY刀具上进行了相同的动态冲击测试。修饰是将有角度部添加到常规MARS和MERCURY刀具的切削面，其中，有角度部相对于刀具的纵向轴线具有大约81°到大约89°的角度。MARS和MERCURY是DiamondInnovations公司的商标。
[0089]动态冲击测试的结果在图18的曲线图中被示出，该曲线图示出了在不到10分钟后在常规MARS和MERCURY刀具中出现了碎裂。相比之下，在至少120分钟内，修饰后的MARS和MERCURY刀具没有出现任何碎裂。此外，图23是动态冲击测试6分钟后的常规MARS刀具的照片。相比之下，图24是动态冲击测试120分钟后修饰后的MARS刀具的照片。
[0090]通过使切削元件表面车削天然花岗岩以经受磨损来进行立式转塔车床(VTL)测试。为了进行VTL测试，切削元件被取向为以15°到20°的背前角邻近具有1.3米的直径的巴里灰色花岗岩轮的平坦的表面。该构造可以包含大约200MPa的抗压强度。切削元件在花岗岩的表面以400英尺每分钟的线速度移动，而切削元件在测试期间恒定以0.014英寸的切削深度到0.200英寸的切削深度进入到花岗岩构造中。进给是沿径向方向每转0.140英寸的切削深度到0.200英寸的切削深度。
[0091]在具体的实例中，常规的MERCURY16mm刀具和修饰后的MERCURY 16mm刀具经受VTL测试。VTL测试的结果在图19的曲线图中示出，该曲线图示出修饰后的MERCURY16mm刀具减少的碎裂导致了每直线英尺切削的较少的磨损量。具体地，由附图标记105表示的曲线图的三条曲线对应于常规的MERCURY16mm刀具。由附图标记106表示的曲线图的三条曲线对应于具有切削面的有角度部的修饰后的MERCURY16mm刀具，该切削面相对于刀具的纵向轴线具有86°的角。
[0092]图21是经受了 VTL测试后的常规的MERCURY13mm刀具的照片。相比之下，图22是经受了 VTL测试后的修饰后的MERCURY 13mm刀具的照片。
[0093]尽管已结合本发明优选实施例进行了说明，但对于本领域的技术人员而言要理解的是，可以在没有脱离如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下进行未具体描述的添加、删除、修改和替换。
【权利要求】
1.一种切削元件，所述切削元件包括切削面和通过所述切削面的纵向轴线，其中，至少所述切削面的第一部相对于所述切削元件的纵向轴线成大约81°到大约89°的角。
2.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述切削元件包括金刚石台面，其中所述切削面被布置在所述金刚石台面的顶表面上。
3.根据权利要求2所述的切削元件，其中，所述切削元件进一步包括基底。
4.根据权利要求2所述的切削元件，所述切削元件进一步包括倒角。
5.根据权利要求4所述的切削元件，其中，所述倒角相对于所述切削元件的纵向轴线在从大约20°到大约70°的范围内。
6.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述切削面具有大约40微英寸或更小的表面粗糙度。
7.根据权利要求4所述的切削元件，其中，所述切削面具有大约40微英寸或更小的表面粗糙度。
8.根据权利要求3所述的切削元件，所述切削元件进一步包括在所述金刚石台面和所述基底之间的交界面。
9.根据权利要求8所述的切削元件，其中，所述交界面是非平面的。
10.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述切削面进一步包括至少所述切削面的第二部，并且所述切削面的第二部相对于所述切削元件的纵向轴线的角度与所述第一部的角度不同。
11.根据权利要求10所述的切削元件，其中，所述切削面进一步包括所述切削面的三个或更多个部，每个部相对于所述切削元件的纵向轴线具有不同的角度。
12.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述切削面是凸出的。
13.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述切削面的所述第一部绕所述切削元件的纵向轴线形成环，其中，所述环的径向尺寸从大约0.5mm到大约8_。
14.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述切削面的所述第一部围绕所述切削元件的纵向轴线，所述切削面的所述第一部的最靠近纵向轴线的区域具有至少两个半径，第一半径大于或等于第二半径。
15.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述切削面的所述第一部围绕所述切削元件的纵向轴线，并且在所述切削元件的纵向轴线处包括处于所述切削面上的点。
16.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述切削面的所述第一部在所述切削元件的纵向轴线处包括处于所述切削面上的点。
17.一种切削元件，所述切削元件包括切削面，其中，至少所述切削面的第一部相对于所述切削元件的纵向轴线成大约81°到大约89°的角度，并且其中，所述切削面具有40微英寸或更小的表面粗糙度。
18.一种切削元件，所述切削元件包括: 金刚石台面、基底以及在所述金刚石台面和所述基底之间的非平面的交界面， 其中，所述金刚石台面包括切削面， 其中，至少所述切削面的第一部相对于所述切削元件的纵向轴线成大约81°到大约89°的角度， 其中，所述切削面具有大约5微英寸到7微英寸的表面粗糙度，并且其中，所述切削面的所述第一部绕所述切削元件的纵向轴线形成环，其中，所述环的径向尺寸在从大约0.5mm到大约8mm的范围内。
19.根据权利要求18所述的切削元件，其中，所述交界面是星形交界面。
20.根据权利要求18所述的切削元件，其中，所述基底包括具有铬的硬质合金基底。
21.根据权利要求18所述的切削元件，其中，所述金刚石台面被浸滤处理。
22.根据权利要求18所述的切削元件，其中，所述环的径向尺寸在从大约2mm到大约4mm的范围内。
23.一种切削元件，所述切削元件包括切削面和通过所述切削面的纵向轴线，其中，至少所述切削面的第一部相对于所述切削元件的纵向轴线成大约81°到89°的角度，并且其中，当经受至少20分钟的16mm动态冲击测试时,所述切削元件不碎裂。
24.根据权利要求23所述的切削元件，其中，当经受至少60分钟的16_动态冲击测试时，所述切削元件不碎裂。
25.根据权利要求24所述的切削元件，其中，当经受至少120分钟的16mm动态冲击测试时，所述切削元件不碎裂。
26.根据权利要求23所述的切削元件，其中，当经受立式转塔车床(VTL)测试时，所述切削元件切削至少60000直线英尺，且磨损体积小于大约5e-位方英寸。
27.根据权利要求26所述的切削元件，其中，当经受VTL试验时，所述切削元件切削至少80000直线英尺，且磨损体积小于大约le-3立方英寸。
28.根据权利要求26所述的切削元件，其中，所述切削元件在平均大约98000英尺或更长的距离处出现碎裂。
29.根据权利要求26所述的切削元件，所述切削元件进一步包括具有CVD金刚石的涂层。
30.根据权利要求26所述的切削元件，所述切削元件进一步包括具有纳米晶体金刚石的涂层。
31.一种制造切削元件的方法，包括:形成具有切削面的切削元件；和修饰所述切削面以形成至少所述切削面的所述第一部，所述第一部相对于所述切削元件的纵向轴线具有大约81°到89°的角度，其中，所述修饰步骤在所述切削面的第一部上提供了大约40微英寸或更小的表面粗糙度。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，从擦光、抛光、磨料研磨、放电加工方法、电火花磨削方法、摩擦化学加工、激光切割中选择所述修饰步骤。
33.一种用于地下地层的钻凿的切削元件，所述切削元件包括:切削面、在所述切削面的外周处的切削刀刃和通过所述切削面的纵向轴线，所述切削面包括至少第一部，所述第一部相对于所述切削元件的纵向轴线成大约81°到89°的角，其中，所述切削元件犁挖并剪切地下地层，使得至少所述切削面的所述第一部的一部分与地下地层接合。
34.根据权利要求33所述的切削元件，其中，所述切削元件切入到地下地层中的深度至少为大约250微米。
35.一种使用根据权利要求33所述的切削元件的方法，所述方法包括将所述切削元件切入到地下地层中至少100米的距离，以及犁挖并剪切地下地层，使得至少所述切削元件的第一部的一部分与地下地层接合。
【文档编号】E21B10/43GK103890305SQ201280015926
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年3月28日 优先权日:2011年3月28日
【发明者】大卫·韦恩·布克斯鲍姆, 内尔·克里斯南 申请人:戴蒙得创新股份有限公司