專利名稱：用于井下切削工具的切削元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于切削工具的切削元件或“切削件”，本發(fā)明尤其涉及包括跨切削元件頂面布置的切削型面的切削元件，其中，切削型面在對(duì)布置于油氣井中的物體(包括諸如被卡工具、橋塞、油管、油井套管等的物體)進(jìn)行切削期間自動(dòng)銳化，和/或其中，切削元件可以布置在切削工具上，從而使得物體布置在切削工具中心位置下面的部分能夠被切掉。
背景技術(shù)：
在油氣井的鉆井、完井和修井中，通常利用具有某些與井下結(jié)構(gòu)接觸的切削型面的工具在井眼中進(jìn)行井下作業(yè)。實(shí)例是利用磨銑工具磨銑井下金屬物體或者利用切削工具或磨銑工具切穿管件。為了方便這些操作，切削元件布置在井下切削工具上；然而，切削元 件的形狀、尺寸和設(shè)計(jì)會(huì)限制能夠放置切削元件的位置。例如，切削元件的形狀、尺寸和設(shè)計(jì)限制工具有效切削布置在工具中心位置之下的物體的能力。另外，或者另一方面，切削元件的切削邊緣在使用期間會(huì)變鈍。

發(fā)明內(nèi)容
廣義上講，本發(fā)明涉及布置在井下切削工具上的、用于切掉諸如布置在井中的物體的切削元件。術(shù)語(yǔ)“物體”包括可能希望被切削的任何實(shí)體結(jié)構(gòu)，所述實(shí)體結(jié)構(gòu)諸如布置在井中的那些物體(例如，卡在井中的另一工具，橋塞，油管，油井套管等)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，切削元件布置在井下切削工具的刀翼上，所述刀翼布置在工具表面上。刀翼布置在所述表面上則使得工具旋轉(zhuǎn)引起刀翼旋轉(zhuǎn)。一個(gè)或更多個(gè)刀翼包括前側(cè)表面和后側(cè)表面，所述前側(cè)表面具有布置在該前側(cè)表面上的一個(gè)或更多個(gè)切削元件。后側(cè)表面通常不包括任何切削元件。刀翼上具有切削元件允許刀翼在旋轉(zhuǎn)期間切削物體。另外，沿著刀翼的傾斜部布置切削元件則允許切削元件定位成使井下切削工具的所述表面的中心位置被切削元件遮住。在這種布置中，井下切削工具的旋轉(zhuǎn)使物體位于井下切削工具表面中心位置正下方的部分被切掉。在一個(gè)特定實(shí)施例中，切削元件包括頂面，所述頂面具有以不對(duì)稱方式或?qū)ΨQ方式布置在所述頂面上的切削型面。切削型面包括切削邊緣，所述切削邊緣被成型為使切削邊緣在對(duì)物體進(jìn)行切削期間被物體自動(dòng)銳化。在其它特定實(shí)施例中，切削元件包括各種形狀和設(shè)計(jì)以有利于將切削元件布置在井下切削工具的切削端上的對(duì)所述切削元件進(jìn)行承載的表面或其它結(jié)構(gòu)上并且有利于切削物體(諸如布置在井眼中那些物體)。例如，切削元件可以布置成使它們遮蓋刀翼式磨銑的中心位置。


圖I是具有例如本發(fā)明所披露的切削元件的井下切削工具的一個(gè)特定實(shí)施例的透視圖。圖2是本發(fā)明所披露切削元件的一個(gè)特定實(shí)施例的頂視圖。圖3是圖2所示切削元件沿直線3-3截取的剖視圖。圖4是圖2所示切削元件沿直線4-4截取的剖視圖。圖5是切削元件的沿圖3中的線5圈出的部分的放大剖視圖。圖6是圖2所示切削元件的實(shí)施例沿直線6-6截取的剖視圖。圖7是切削元件的沿圖6中的線7圈出的部分的放大剖視圖。 圖8是圖2-圖7所示切削元件的實(shí)施例的透視圖。圖9是圖2-圖7所示的兩個(gè)切削元件的側(cè)視圖，所示的兩個(gè)切削元件被布置為平行且彼此面對(duì)。圖10是圖9中的兩個(gè)切削元件的旋轉(zhuǎn)后的視圖，所示的兩個(gè)切削元件被布置為平行且彼此面對(duì)。圖11是圖2-圖7的切削元件實(shí)施例的視圖，所示的兩個(gè)切削元件被布置為以非平行夾角彼此面對(duì)。圖12是圖2-圖7中的切削元件的實(shí)施例的視圖，所示切削元件被布置為以不同于圖11中的非平行夾角的非平行夾角彼此面對(duì)。圖13是本發(fā)明披露的切削元件的另一特定實(shí)施例的透視圖。圖14是圖13所示切削元件的頂視圖。圖15是切削元件的沿圖14中的線15圈出的部分的放大圖。圖16是圖14所示切削元件沿直線16-16截取的剖視圖。圖17是圖14所示切削元件沿直線17-17截取的剖視圖。圖18是切削元件的沿圖17中的線18圈出的部分的放大剖視圖。圖19是切削元件的沿圖17中的線19圈出的部分的放大剖視圖。圖20是圖14所示切削元件的實(shí)施例的側(cè)視圖。圖21是切削元件的沿圖20中的線21圈出的部分的放大剖視圖。圖22是圖20所示切削元件沿線22-22截取的剖視圖。圖23是圖14所示切削元件的底視圖。盡管將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。相反，本發(fā)明旨在涵蓋可能包括在由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有替換方式、變型和等效方式。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考圖1，井下切削工具10包括刀翼式磨銑20，所述刀翼式磨銑具有主體或外殼22，所述主體或外殼的上端23適于連接到鉆柱或工作管柱15 ;具有表面25的切削端24 ;鉆井流體端口 26，鉆井流體或切削流體流過(guò)所述鉆井流體端口以有利于通過(guò)刀翼式磨銑20進(jìn)行切削；和六個(gè)刀翼40 (如附圖中的特定實(shí)施例中所示)。一個(gè)或更多個(gè)切削元件50固定到六個(gè)刀翼40中每一個(gè)的前表面或向前表面上。另外，如圖I所示，兩個(gè)切削元件50布置在刀翼40的傾斜部42上，所述兩個(gè)切削元件跨表面25的中心位置30且彼此面對(duì)，從而使得物體位于中心位置30之下的部分可以被切削元件50切削。并且，如圖I進(jìn)一步所示，布置在傾斜部42上的這兩個(gè)切削元件50彼此疊置以有利于對(duì)物體位于中心位置之下的部分進(jìn)行切削。這種疊置提高了這兩個(gè)切削元件50的強(qiáng)度和耐久性，并且降低了物體殘留的、任何未切削部分被迫壓進(jìn)入兩個(gè)切削元件50之間從而使切削元件50分開(kāi)和可能發(fā)生斷裂的可能性。應(yīng)當(dāng)理解，盡管切削元件50在圖I中顯示為具有各種形狀、尺寸和設(shè)計(jì)，但任何一個(gè)切削元件50可以具有下面討論的一個(gè)或更多個(gè)特征。現(xiàn)在參考圖2-圖12，切削元件50包括頂面或切削面54、第一縱向側(cè)面56、第二縱向側(cè)面58、第一橫向側(cè)面60、第二橫向側(cè)面62和底面64 (如圖3所不)。第一和第二橫向側(cè)面60、62限定了頂面長(zhǎng)度66 (如圖2所不)，即，切削兀件50在第一和第二橫向側(cè)面60、62之間沿著頂面54的長(zhǎng)度。長(zhǎng)度66可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸。例如，長(zhǎng)度66可以在從O. 250英寸到I. O英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，長(zhǎng)度66為O. 625英寸?！?br> 第一和第二橫向側(cè)面60、62還限定了底面長(zhǎng)度74 (如圖4所示)，即，切削元件50在第一和第二橫向側(cè)面60、62之間沿著底面64的長(zhǎng)度。長(zhǎng)度74可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸。例如，長(zhǎng)度74可以在從O. 250英寸到I. O英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，長(zhǎng)度74為O. 473英寸。第一和第二縱向側(cè)面56、58限定了頂面寬度68 (如圖2所示)，即，切削元件50在第一和第二縱向側(cè)面56、58之間沿著頂面54的寬度。寬度68可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸。例如，寬度68可以在從O. 250英寸到I. O英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，寬度68為O. 375英寸。第一和第二縱向側(cè)面56、58限定了底面寬度72 (如圖3所示)，即，切削元件50在第一和第二縱向側(cè)面56、58之間沿著底面64的寬度。寬度72可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸。例如，寬度72可以在從O. 250英寸到I. O英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，寬度72為O. 281英寸。頂面54和底面64限定了高度70 (如圖3所示)。高度70可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸。例如，高度70可以在從O. 100英寸到I. O英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，高度70為O. 250英寸。如附圖的實(shí)施例所示，切削元件50包括布置在第一縱向側(cè)面56和第一橫向側(cè)面60之間的第一徑向表面57 ;布置在第一橫向側(cè)面60和第二縱向側(cè)面58之間的第二徑向表面59 ;布置在第二縱向側(cè)面58和第二橫向側(cè)面62之間的第三徑向表面61，和布置在第二橫向側(cè)面62和第一縱向側(cè)面56之間的第四徑向表面63。第一、第二、第三、第四徑向表面57、59、61、63均包括曲率半徑。第一、第二、第三、第四徑向表面57、59、61、63的曲率半徑均可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸。例如，第一、第二、第三、第四徑向表面57、59、61、63的曲率半徑可以在從O. 010英寸到I英寸范圍內(nèi)。在圖2-圖8的特定實(shí)施例中，第一徑向表面57的曲率半徑等于第四徑向表面63的曲率半徑，第二徑向表面59的曲率半徑等于第三徑向表面61的曲率半徑，第一、第四徑向表面57、63的曲率半徑不等于第二、第三徑向表面59、61的曲率半徑。在一個(gè)特定實(shí)施例中，第一徑向表面57曲率半徑是O. 188英寸，第二徑向表面59的曲率半徑是O. 090英寸，第三徑向表面61的曲率半徑是O. 090英寸，第四徑向表面63的曲率半徑是O. 188英寸。如圖3-圖4中最佳所示，切削型面76包括凹部86和切削邊緣88，所述凹部和切削邊緣限定了切削型面76的深度87 (圖4所示)。深度87可以是有利于對(duì)布置在井眼中的物體(未顯示)進(jìn)行切削所希望或所需的任何距離/尺寸。例如，深度87可以在從O. 010英寸到高度70的大約60%的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，深度87為O. 040英寸。切削邊緣88顯示為具有橢圓形狀，然而，應(yīng)當(dāng)理解，切削邊緣88可以具有有利于對(duì)布置在井眼中的物體(未顯示)進(jìn)行切削所希望或所需的任何形狀，例如，矩形、正方形、圓形、卵形等。如圖所示，切削邊緣88由兩個(gè)夾角89、90限定。夾角89、90可以被設(shè)定為有利于對(duì)物體進(jìn)行切削以促使切削邊緣88隨著其切削進(jìn)行自動(dòng)銳化所希望或所需的任何度數(shù)。例如，夾角89、90可以在從15度到75度的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，夾角89、90為45度。
切削型面76布置在切削元件50的頂面或切削表面54上。切削型面76可以沿著頂面54對(duì)稱或不對(duì)稱地布置。此處所使用的術(shù)語(yǔ)“不對(duì)稱地”是指切削型面76在頂面54上未居中布置。在圖I-圖12的實(shí)施例中，切削型面72不對(duì)稱地布置在頂面54上。因此，頂面54布置在切削型面76外側(cè)或外周周圍的一個(gè)或更多個(gè)部分或區(qū)域不等于任何其它此類部分。這些部分在這里是指頂面或切削表面54的“切削表面部”。切削表面部有利于兩個(gè)切削元件50的疊置，例如圖I (如上所述)和圖9-圖12 (在下面詳細(xì)描述)所示。如圖2-圖8所示，切削元件50的這個(gè)實(shí)施例包括多個(gè)切削表面部，其中的四個(gè)切削表面部由切削邊緣88的縱向和橫向邊緣、第一和第二縱向側(cè)面56、58以及第一和第二橫向側(cè)面60、62限定。切削表面部78由第一橫向側(cè)面60和切削邊緣88的第一橫向邊緣限定。切削表面部80由第二橫向側(cè)面62和切削邊緣88的第二橫向邊緣限定。當(dāng)在這里使用時(shí)，“橫向邊緣”是指切削邊緣88最靠近第一橫向側(cè)面60或第二橫向側(cè)面62的部分。切削表面部82由第一縱向側(cè)面56和切削邊緣88的第一縱向邊緣限定。切削表面部84由第二縱向側(cè)面58和切削邊緣88的第二縱向邊緣限定。當(dāng)在這里使用時(shí)，“縱向邊緣”是指切削邊緣88最靠近第一縱向側(cè)面56或第二縱向側(cè)面58的部分。每個(gè)切削表面部78、80、82、84均具有距離/尺寸。距離79 (如圖4)被限定為從切削邊緣88到第一橫向側(cè)面60的尺寸。距離81 (如圖4所示)被限定為從切削邊緣88到第二橫向側(cè)面62的尺寸。距離83 (如圖3所示)被限定為從切削邊緣88到第一縱向側(cè)面56的尺寸。距離85 (如圖3所示)被限定為從切削邊緣88到第二縱向側(cè)面58的尺寸。如圖所示，距離79大于距離81、83和85，從而使得切削表面部78具有比切削表面部80、82和84更大的面積。然而，應(yīng)當(dāng)理解，距離79、81、83和85可以按照有利于對(duì)井眼中的物體進(jìn)行切削并且有利于使切削邊緣88在切削期間自動(dòng)銳化所希望或所需的任何方式改變。例如,距離79可以在從O. 010英寸到O. 120英寸的范圍內(nèi)，距離81可以在從O. 010英寸到O. 120英寸的范圍內(nèi)，距離83可以在從O. 010英寸到O. 120英寸的范圍內(nèi)，距離85可以在從O. 010英寸到O. 120英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，距離79至少為距離81的兩倍。在另一實(shí)施例中，距離79為O. 102英寸，距離81為O. 040英寸，距離83為O. 040英寸，距離85為O. 040英寸。如圖5所示，第二縱向側(cè)面58的剖視圖顯示了第二縱向側(cè)面58包括相對(duì)于軸線98以?shī)A角95布置的傾斜部94。軸線98垂直于頂面54。夾角95可以在從3度到12度的范圍內(nèi)。在特定實(shí)施例中，夾角95是5度。另外，第二縱向側(cè)面58的剖視圖顯示出第二縱向側(cè)面58包括與軸線98平行的上部92和與軸線98平行的下部96。上部92的長(zhǎng)度93可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸。例如，長(zhǎng)度93可以在從O. 010英寸到O. 035英寸的范圍內(nèi)。在特定實(shí)施例中，上部92的長(zhǎng)度93是O. 025英寸。下部96的長(zhǎng)度97可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸。例如，長(zhǎng)度97可以在從O. 001英寸到O. 010英寸范圍內(nèi)。在特定實(shí)施例中，下部96的長(zhǎng)度97是O. 005英寸。如圖6-圖7所示，第一橫向側(cè)面60包括相對(duì)于軸線98以?shī)A角102布置的上部?jī)A斜部100和相對(duì)于軸線98以?shī)A角106布置的下部?jī)A斜部104。在附圖所示實(shí)施例中，上部?jī)A斜部100被布置為鄰接下部?jī)A斜部104。 上部?jī)A斜部100的長(zhǎng)度103可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸。例如，長(zhǎng)度103可以在從O. 025英寸到I. O英寸的范圍內(nèi)。在特定實(shí)施例中，長(zhǎng)度103為O. 085英寸。夾角102、106可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何角度。例如，夾角102可以在從10度到20度的范圍內(nèi)，夾角106可以在從20度到30度的范圍內(nèi)。在特定實(shí)施例中，夾角102是15度，夾角106是24度。另外，第一橫向側(cè)面60的剖視圖顯示出第一橫向側(cè)面60包括平行于軸線98的上部108和平行于軸線98的下部110。上部108的長(zhǎng)度109可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸。例如，長(zhǎng)度109可以在從O. 010英寸到O. 035英寸的范圍內(nèi)。在特定實(shí)施例中，上部108的長(zhǎng)度109是O. 025英寸。下部110的長(zhǎng)度111可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸。例如，長(zhǎng)度111可以在從O. 001英寸到O. 010英寸的范圍內(nèi)。在特定實(shí)施例中，下部110的長(zhǎng)度111是O. 005英寸。盡管沒(méi)有詳細(xì)顯示，應(yīng)當(dāng)理解，在圖2-圖12所示實(shí)施例中，第二橫向側(cè)面62的截面與第一橫向側(cè)面60的截面相同。換句話說(shuō)，第二橫向側(cè)面62的截面具有與第一橫向側(cè)面60相同的傾斜部、平行部和夾角。還應(yīng)當(dāng)理解，這些截面不需要相同。進(jìn)一步地，應(yīng)當(dāng)理解，第一縱向側(cè)面56的截面可以包括傾斜部、平行部和夾角。在附圖所示特定實(shí)施例中，第一縱向側(cè)面56包括與第一和第二橫向側(cè)面60、62的傾斜部100、104、平行部108、110和夾角102、106—致且相同的傾斜部、平行部和夾角。還應(yīng)當(dāng)理解，第一縱向側(cè)面56的截面并不需要與第一或第二橫向側(cè)面60、62的截面相同。在圖2-圖8所示切削元件的一個(gè)特定實(shí)施例中，長(zhǎng)度66是O. 625英寸，寬度68是O. 375英寸，長(zhǎng)度74是O. 473英寸，寬度72是O. 281英寸，高度70是O. 250英寸，曲率半徑57、63均是O. 188英寸，曲率半徑59、61均是O. 090英寸，上部92的長(zhǎng)度93是O. 025英寸，傾斜夾角95是5度，下部96的長(zhǎng)度97是O. 005英寸，上部108的長(zhǎng)度109是O. 025英寸，傾斜夾角102是15度，傾斜部100的長(zhǎng)度103是O. 085英寸，傾斜夾角106是24度，下部110的長(zhǎng)度111是O. 005英寸，深度87是O. 040英寸，夾角89、90是45度。
特別是參考圖9-圖10，但在圖I中也示出了，所示的兩個(gè)切削元件50、50’彼此相關(guān)聯(lián)，它們可以布置在井下切削工具20的切削端24上(例如如圖I中所示那樣位于兩個(gè)刀翼40上)，或者直接位于連續(xù)表面上(例如位于切削端24的表面25上)。如圖所示，兩個(gè)切削元件50、50’的頂面或切削面54布置成彼此面對(duì)，其中，切削元件50的切削表面部78被布置成與切削元件50’的切削型面76相對(duì)，切削元件50’的切削表面部78被布置成與切削元件50的切削型面76相對(duì)。如圖9-圖10所示，切削元件50、50’被布置成彼此平行，其中，切削元件50、50’的第二縱向側(cè)面58彼此對(duì)齊，并且切削元件50、50’的第一縱向側(cè)面56彼此對(duì)齊。現(xiàn)在參考圖11-圖12，切削元件50、50’相對(duì)于彼此以非平行夾角布置。在圖11所示方案中，切削元件50、50’的第二縱向側(cè)面58限定了銳角。切削元件50、50’可以沿此朝向布置在切削端24上，從而工具10的旋轉(zhuǎn)允許切削元件50、50’與井內(nèi)的物體接觸(該物體朝著切削型面76上的朝向橫向端60的端部)。
在圖12所示方案中，切削元件50、50’的第一縱向側(cè)面56限定了銳角。切削元件50,50'可以沿此朝向布置在切削端24上，從而工具10的旋轉(zhuǎn)允許切削元件50、50’與井內(nèi)的物體接觸(該物體朝著切削型面76上的朝向橫向端62的端部)。盡管圖I-圖12的實(shí)施例顯示為具有不對(duì)稱地布置在頂面54上的切削型面76，應(yīng)當(dāng)理解，切削型面76可以對(duì)稱地布置在頂面54上，例如圖13-圖23的實(shí)施例所示?，F(xiàn)在參考圖13-圖23，顯示了切削元件150。在圖13-圖23所示實(shí)施例中，用于描述切削元件50的某些附圖標(biāo)記也同樣用于描述切削元件150。在這些情況下，應(yīng)當(dāng)理解，圖13-圖23所示實(shí)施例中如此描述的結(jié)構(gòu)與圖1-12所示實(shí)施例中的相同。在圖13-圖23所示實(shí)施例中，切削元件150包括對(duì)稱地布置在頂面154上的切削型面176。因此，頂面154的圍繞切削型面176的外側(cè)或外周布置的各部分或各區(qū)域(例如切削表面部78、80、82、84)與其它的此類部分相同。各切削表面部78、80、82、84均可以具有在從O. 010英寸到
O.120英寸范圍內(nèi)的距離79、81、83和85。在一個(gè)特定實(shí)施例中，各距離79、81、83和85均為O. 030英寸。參考圖15，徑向表面57具有從中心200測(cè)得的曲率半徑203、204、205。中心200由從第一縱向側(cè)面56和第一橫向側(cè)面60測(cè)得的距離201、202的垂直交點(diǎn)確定，其中，距離201等于距離202。距離201、202可以在從O. 100英寸到O. 350英寸的范圍內(nèi)，曲率半徑203、204、205可以在從O. 100英寸到O. 300英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，距離201、202均為O. 165英寸，曲率半徑203、205均為O. 135英寸，曲率半徑204為O. 125英寸。在圖13-圖23所不實(shí)施例中，各徑向表面59、61、63均與徑向表面57相同。然而，應(yīng)當(dāng)理解，徑向表面59、61或63中的一個(gè)或更多個(gè)可以不同于徑向表面57,并且可以彼此不同?，F(xiàn)在參考圖16-圖18，第二縱向側(cè)面58的剖視圖顯示了第二縱向側(cè)面58包括相對(duì)于軸線198以一夾角195布置的傾斜部194。軸線198垂直于頂面154布置。夾角195可以在從3度到12度的范圍內(nèi)。在特定實(shí)施例中，夾角195是5度。另外，第二縱向側(cè)面58的剖視圖顯示出第二縱向側(cè)面58包括與軸線198平行的上部部分192和與軸線198平行的下部部分196。上部部分192的長(zhǎng)度193可以是有利于使切削元件150放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸(如圖I所示)。例如，長(zhǎng)度193可以在從O. OlO英寸到O. 035英寸的范圍內(nèi)。在特定實(shí)施例中，上部部分192的長(zhǎng)度193是O. 025英寸。下部部分196的長(zhǎng)度197可以是有利于使切削元件150放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸。例如，長(zhǎng)度197可以在從O. 001英寸到O. 040英寸的范圍內(nèi)。在特定實(shí)施例中，下部部分196的長(zhǎng)度197是O. 020英寸。如圖16-圖17所示，切削型面176具有寬度73 (如圖16所示)和長(zhǎng)度75 (如圖17所示)。寬度73為沿著與切削邊緣88垂直且跨凹部86延伸的直線在切削邊緣88的最高點(diǎn)之間測(cè)得的距離。長(zhǎng)度75為沿著與切削邊緣88垂直且跨凹部86延伸的直線在切削邊緣88的最高點(diǎn)之間測(cè)得的距離。寬度73可以在從O. 050英寸到O. 60英寸的范圍內(nèi)，長(zhǎng)度75可以在從O. 050英寸到I. O英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，寬度73是O. 260英寸，長(zhǎng)度75是O. 448英寸。 現(xiàn)在參考圖18，切削邊緣88的最高點(diǎn)以一高度77布置在切削表面154上方(如圖18所示)。高度77可以在從O. 005英寸到高度70的大約40%的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，高度77是O. 015英寸。如圖18所示,切削邊緣88包括上邊緣表面122,所述上邊緣表面具有寬度131,從而使得寬度131的最外點(diǎn)(即，寬度131最接近第一橫向側(cè)面60的點(diǎn))布置成與第一橫向側(cè)面60相距一距離133。寬度131可以在從O. 002英寸到O. 020英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，寬度131是O. 010英寸。距離133可以在從O. 200英寸到O. 010英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，距離133是O. 053英寸。切削邊緣88的上邊緣表面122與切削邊緣88的最外邊緣表面124 (即切削邊緣88的與切削表面部78相連的側(cè)面)的相交提供了曲率半徑135。切削邊緣88的上邊緣表面122與切削邊緣88的最外邊緣表面124相交的點(diǎn)是過(guò)渡點(diǎn)。切削表面部78與切削邊緣88的最外邊緣表面124之間的相交提供了曲率半徑137。曲率半徑135、137可以在從O. 003英寸到O. 040英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，曲率半徑135是O. 010英寸，曲率半徑137是O. 020英寸。如圖18所示，切削凹部86和切削邊緣88的最內(nèi)邊緣表面126(即切削邊緣88的與切削凹部86相連的側(cè)面)之間的相交提供了曲率半徑142。曲率半徑142可以在從O. 010英寸到O. 060英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，曲率半徑142是O. 030英寸。距離139在切削邊緣88的最內(nèi)邊緣表面126開(kāi)始過(guò)渡到曲率半徑142的點(diǎn)和第一橫向側(cè)面60之間測(cè)得。距離139可以在從O. 050英寸到O. 250英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，距離139是O. 1030英寸。如圖17-圖18所不,第一橫向側(cè)面60的剖視圖顯不出第一橫向側(cè)面60包括相對(duì)于軸線198以一夾角207(如圖17所示)布置的傾斜部206。軸線198垂直于底面64布置。夾角207可以在從3度到12度的范圍內(nèi)。在特定實(shí)施例中，夾角207為5度。另外，第一橫向側(cè)面60的剖視圖顯示出第一橫向側(cè)面60包括平行于軸線198的上部部分208 (如圖17所示)和平行于軸線198的下部部分210 (如圖19所示)。上部部分208的長(zhǎng)度209可以是有利于使切削元件150放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸(如圖I所示)。例如，長(zhǎng)度209可以在從O. 010英寸到O. 035英寸的范圍內(nèi)。在特定實(shí)施例中，上部部分208的長(zhǎng)度209是O. 025英寸。
下部部分210的長(zhǎng)度211可以是有利于使切削元件150放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距離/尺寸(如圖I所示)。例如，長(zhǎng)度211可以在從O. 001英寸到O. 040英寸的范圍內(nèi)。在特定實(shí)施例中，下部部分210的長(zhǎng)度211是O. 020英寸。傾斜部194相對(duì)于下部部分210以與軸線198形成的夾角212布置(如圖19所示)。夾角212可以在從3度到12度的范圍。在特定實(shí)施例中，夾角212為5度。盡管沒(méi)有詳細(xì)顯示，應(yīng)當(dāng)理解，在圖13-圖23所示實(shí)施例中，第二橫向側(cè)面62的截面包括與第一橫向側(cè)面60相同的截面。換句話說(shuō)，第二橫向側(cè)面62的截面具有與第一橫向側(cè)面60相同的傾斜部、平行部和夾角。還應(yīng)當(dāng)理解，這些截面并不需要相同。應(yīng)當(dāng)理解，在圖13-圖23所示實(shí)施例中，第二縱向側(cè)面58的截面包括與第一縱向側(cè)面56相同的截面。換句話說(shuō)，第一縱向側(cè)面56的截面具有與第二縱向側(cè)面58相同的傾斜部、平行部和夾角。還應(yīng)當(dāng)理解，這些截面并不需要相同。另外，應(yīng)當(dāng)理解，在圖13-圖23所示實(shí)施例中，第一和第二縱向側(cè)面56、58的截面包括與第一和第二橫向側(cè)面60、62相同的截面。然而，還應(yīng)當(dāng)理解，第一和第二縱向側(cè)面 56、58的截面不需要與第一和第二橫向側(cè)面60、62的截面相同,第一和第二縱向側(cè)面56、68或者第一或第二橫向側(cè)面60、62的截面不需要彼此相同?，F(xiàn)在參考圖20-圖22，切削元件150的底面64包括凹部300。凹部300顯示為連續(xù)地布置在第一和第二橫向側(cè)面60、62之間，然而，應(yīng)當(dāng)理解，可以將整個(gè)凹部300從切削元件150省略，或者可以將凹部布置成使它未達(dá)到第一或第二橫向側(cè)面60、62中的一個(gè)或兩者，或者使得凹部300不是單個(gè)的連續(xù)凹部。如圖21-圖23所示，凹部300具有曲率半徑305、307和309，各曲率半徑均可以在從O. 010英寸到O. 500英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，曲率半徑305、307是O. 250英寸，曲率半徑309是O. 060英寸。另外，在圖13-圖23所示實(shí)施例中，凹部300具有在第一橫向側(cè)面60處最高(高度311)而在第二橫向側(cè)面62處最低(高度313)的變化的高度，以及在第一橫向側(cè)面60處最寬(寬度321)而在第二橫向側(cè)面62處最窄(寬度323)的變化的寬度。夾角315 (如圖22所示)表示從高度313到高度311的斜度，該斜度沿著第一橫向側(cè)面60和第二橫向側(cè)面62之間的凹部300而在中點(diǎn)處測(cè)得。高度311、313可以在從O. 001英寸到O. 020英寸的范圍內(nèi)，夾角315可以在從O. 2度到O. 6度的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，高度311為O. 005英寸，高度313為O. 009英寸，夾角315是O. 425度。在圖13-圖23所示實(shí)施例中，寬度321大于寬度323。軸線317限定夾角319，該夾角表示從第二橫向側(cè)面62到第一橫向側(cè)面60的凹部300的斜度。寬度321大于寬度323。夾角319可以在從O. 5度到4度的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，夾角319是I. 808度。圖22是沿圖20中的直線22-22截取的切削元件的剖視圖，該直線沿著軸線151將切削元件150沿縱向?qū)Π肭蟹?。距離155在軸線151和第二縱向側(cè)面58之間測(cè)得。距離155可以在從O. 050英寸到O. 400英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，距離155是O. 188英寸。在圖13-圖23所示切削元件150的一個(gè)特定實(shí)施例中，長(zhǎng)度66是O. 563英寸，寬度68是O. 375英寸，長(zhǎng)度74是O. 530英寸，寬度72是O. 342英寸，高度70是O. 235英寸，每個(gè)徑向表面57、59、61、63以距離201、202為O. 165英寸為基準(zhǔn)時(shí)的曲率半徑203、204和205均分別是O. 135英寸、O. 125英寸和O. 049英寸，切削表面部78、80、82、84的距離79、81、83、85均為O. 030英寸，寬度73是O. 260英寸，長(zhǎng)度75是O. 448英寸，上部部分192的長(zhǎng)度193是O. 025英寸，夾角195是5度，下部部分196的長(zhǎng)度197是O. 020英寸，高度77是O. 015英寸，寬度131是O. 010英寸，距尚133是O. 053英寸，距尚139是O. 103英寸，曲率半徑135是O. 010英寸，曲率半徑137是O. 020英寸，曲率半徑142是O. 300英寸，夾角89是45度，夾角90是45度，深度87是O. 040英寸，上部部分208的長(zhǎng)度209是O. 025英寸，夾角207是5度，夾角212是5度，下部部分210的長(zhǎng)度211是O. 020英寸，并且距離155是O. 188英寸。在包括凹部300的一個(gè)特定實(shí)施例中，曲率半徑305是O. 250英寸，曲率半徑307是O. 250英寸，曲率半徑309是O. 060英寸，高度311是O. 009英寸，高度313是O. 005英寸，夾角315是O. 425度，并且?jiàn)A角319是I. 808度。分別具有切削型面76、176 (所述切削型面包括本發(fā)明描述的與切削邊緣88有關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)量度、尺寸、曲率半徑和/或夾角)的切削元件50、150有利于切削邊緣88在切削物體期間被物體銳化。另外，切削型面76、176分別不對(duì)稱地布置在切削元件50、150上有利于使切削元件50、150放置在切削工具上，從而使得物體布置在切削工具中心位置·之下的部分能夠被切削。因此，切削元件50、150能夠在切削期間被銳化，并且可以使用具有不對(duì)稱布置的切削型面的切削元件50來(lái)切削物體布置在切削工具中心位置正下方的部分。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所示和所述的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)、操作、具體材料或?qū)嵤├?，因?yàn)樽冃秃偷刃Х绞綄?duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)。例如，切削元件在圖I中顯示為在磨銑刀翼上使用，然而，切削元件可以位于任何類型的井下切削工具(例如鉆頭和無(wú)刀翼式磨銑)上，并且可以直接位于工具切削端的表面上。此外，切削元件的縱向側(cè)面和橫向側(cè)面的傾斜部的夾角可以根據(jù)有利于使切削元件設(shè)置在井下切削工具的切削端上的對(duì)切削元件進(jìn)行承載的表面或其它結(jié)構(gòu)上或者有利于對(duì)井眼內(nèi)物體進(jìn)行切削的希望或需要進(jìn)行改變。同樣地，切削元件的形狀可以根據(jù)有利于使切削元件放置在井下切削工具的切削端上的承載切削元件的表面或其它結(jié)構(gòu)上的希望或需要進(jìn)行改變。同樣，縱向側(cè)面和橫向側(cè)面的長(zhǎng)度、寬度和高度也可以根據(jù)有利于使切削元件設(shè)置在井下切削工具的切削端上的承載切削元件的表面或其它結(jié)構(gòu)上或者有利于對(duì)井眼內(nèi)物體進(jìn)行切削的希望或需要進(jìn)行改變。另夕卜，所述高度不必跨頂面的長(zhǎng)度或?qū)挾然蛘呖绲酌娴拈L(zhǎng)度或?qū)挾缺３忠恢禄蚝愣?。切削元件也不需要包括任何徑向表面，或者如果存在兩個(gè)或更多個(gè)徑向表面，也不需要任何一個(gè)曲率半徑等于任何其它的曲率半徑。盡管切削邊緣88的量度、距離、曲率半徑或夾角的范圍中的至少一個(gè)對(duì)于切削邊緣在物體切削期間的自動(dòng)銳化很重要，但是應(yīng)當(dāng)理解，不是所有的量度、距離、曲率半徑或夾角的范圍都是切削元件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)銳化功能所需。進(jìn)一步地，在切削型面不自動(dòng)銳化的情況下，切削型面可以根據(jù)有利于切削物體所希望或所需進(jìn)行改變例如用于放置在切削工具的中心位置上從而使布置在中心位置之下的物體能夠被切削。此外，切削元件頂面上的切削表面部的尺寸和形狀可以根據(jù)有利于使切削元件設(shè)置在井下切削工具的切削端上的承載切削元件的表面或其它結(jié)構(gòu)上或者有利于對(duì)物體進(jìn)行切削的希望或需要進(jìn)行改變。另夕卜，盡管切削元件在圖I中顯示為布置成與刀翼垂直，即，相對(duì)于刀翼成90度，但是，一個(gè)或更多個(gè)切削元件可以相對(duì)于刀翼以非90度的角度向下或向上傾斜。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所示和所述的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)、操作、具體材料或?qū)嵤├驗(yàn)樽冃秃偷刃Х绞綄?duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)。因此，本發(fā)明僅由所附 權(quán)利要求的范圍限定。
權(quán)利要求
1.一種用于切削物體的切削元件，所述切削元件包括 主體，所述主體包括頂面、與所述頂面相對(duì)布置的底面，第一縱向側(cè)面，與所述第一縱向側(cè)面相對(duì)布置的第二縱向側(cè)面、第一橫向側(cè)面、與所述第一橫向側(cè)面相對(duì)布置的第二橫向側(cè)面；和 切削型面，所述切削型面包括切削邊緣，所述切削邊緣包括上邊緣表面、最外邊緣表面、最內(nèi)邊緣表面、由上邊緣表面和所述頂面限定的高度，所述最外邊緣表面相對(duì)于上邊緣表面以第一夾角布置，所述最內(nèi)邊緣表面相對(duì)于上邊緣表面以第二夾角布置，所述第一夾角在從大約15度到大約75度的范圍內(nèi)，所述第二夾角在從大約15度到大約75度的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求I所述的切削元件，其中，所述切削型面沿著所述頂面不對(duì)稱地布置。
3.如權(quán)利要求I所述的切削元件，其中，第一夾角為大約45度，第二夾角為大約45度。
4.如權(quán)利要求3所述的切削元件，其中，上邊緣表面具有上邊緣表面寬度，所述上邊緣表面寬度在從大約O. 002英寸到大約O. 020英寸的范圍內(nèi)，其中，所述高度在從大約O. 005英寸到切削元件的高度的大約40%的范圍內(nèi)，所述切削元件的高度被確定為從所述頂面到底面所測(cè)距離。
5.如權(quán)利要求4所述的切削元件，其中，所述切削型面包括切削型面寬度和切削型面長(zhǎng)度，所述切削型面寬度在從大約O. 050英寸到大約O. 600英寸的范圍內(nèi)，所述切削型面長(zhǎng)度在從大約O. 050英寸到大約I. O英寸范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的切削元件，其中，所述切削型面包括布置在頂面中的凹部，所述凹部的凹部深度有至少O. 005英寸在所述頂面之下并且不超過(guò)切削元件的頂面和底面之間高度的60%，以及 所述切削邊緣的最內(nèi)邊緣表面與所述凹部以第一曲率半徑相交，所述第一曲率半徑在從大約O. 010英寸到大約O. 060英寸的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的切削元件，其中，所述切削邊緣的上邊緣表面與切削元件的最外邊緣表面相交于過(guò)渡點(diǎn)，所述過(guò)渡點(diǎn)布置成與第一橫向側(cè)面相隔從大約O. 002英寸到大約O. 020英寸范圍內(nèi)的距離。
8.如權(quán)利要求7所述的切削元件，其中，所述切削邊緣的最外邊緣表面與頂面以第二曲率半徑相交，所述第二曲率半徑在從大約O. 003英寸到大約O. 040英寸的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的切削元件，其中，所述切削邊緣的最外邊緣表面與所述切削邊緣的上邊緣表面以第三曲率半徑相交，所述第三曲率半徑在從大約O. 003英寸到大約O. 040英寸的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求9所述的切削元件，其中，所述切削邊緣的高度為大約O.015英寸，所述上邊緣表面寬度為大約O. 010英寸，所述切削型面寬度為大約O. 260英寸，所述切削型面長(zhǎng)度為大約O. 448英寸，所述凹部深度為大約O. 040英寸，所述第一曲率半徑為O. 030英寸，所述過(guò)渡點(diǎn)的距離為O. 053英寸，所述第二曲率半徑為O. 020英寸，所述第三曲率半徑為O. 010英寸。
11.如權(quán)利要求I所述的切削元件，所述切削元件還包括縱向地布置在底面中的凹部。
12.如權(quán)利要求11所述的切削元件，其中，所述凹部與第一橫向側(cè)面和第二橫向側(cè)面相交。
13.如權(quán)利要求12所述的切削元件，其中，所述凹部設(shè)有該凹部與第一橫向側(cè)面相交處所具有的第一凹部高度以及該凹部與第二橫向側(cè)面相交處所具有的第二凹部高度，所述第一凹部高度大于第二凹部高度。
14.如權(quán)利要求13所述的切削元件，其中，所述凹部設(shè)有該凹部與第一橫向側(cè)面相交處所具有的第一凹部寬度以及該凹部與第二橫向側(cè)面相交處所具有的第二凹部寬度，所述第一凹部寬度大于第二凹部寬度。
15.如權(quán)利要求14所述的切削元件，其中，第一夾角為大約45度，第二夾角為大約45度。
16.一種用于在切削物體用工具上應(yīng)用的切削元件，所述切削元件包括 頂面，所述頂面包括具有切削邊緣的切削型面，所述切削邊緣被成形以對(duì)物體進(jìn)行切肖IJ，并且使得在對(duì)物體進(jìn)行切削的過(guò)程中，切削邊緣在切削期間被物體銳化。
17.一種用于在對(duì)物體進(jìn)行切削期間使布置在切削工具上的切削元件銳化的方法，所述方法包括 (a)提供具有多個(gè)切削元件的切削工具，所述切削元件中的至少一個(gè)包括頂面，所述頂面包括切削型面，所述切削型面包括切削邊緣，所述切削邊緣被成形以對(duì)物體進(jìn)行切削，并且使得在對(duì)物體進(jìn)行切削的過(guò)程中，切削邊緣通過(guò)對(duì)物體進(jìn)行的切削而被銳化； (b)使一個(gè)或更多個(gè)切削元件與將要被切削的物體接觸；和 (c)使切削工具旋轉(zhuǎn)以利用一個(gè)或更多個(gè)切削元件對(duì)物體進(jìn)行切削，從而導(dǎo)致所述一個(gè)或更多個(gè)切削元件中的至少一個(gè)隨著所述一個(gè)或更多個(gè)切削元件對(duì)物體進(jìn)行的切削而被銳化。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述切削型面包括切削邊緣，所述切削邊緣包括上邊緣表面、最外邊緣表面、最內(nèi)邊緣表面、由上邊緣表面和所述頂面確定的高度，所述最外邊緣表面相對(duì)于上邊緣表面以第一夾角布置，所述最內(nèi)邊緣表面相對(duì)于上邊緣表面以第二夾角布置，所述第一夾角在從大約15度到大約75度的范圍內(nèi)，所述第二夾角在從大約15度到大約75度的范圍內(nèi)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，第一夾角為大約45度，第二夾角為大約45度。
20.一種用于切削物體中心位置的方法，所述方法包括 (a)提供具有多個(gè)切削元件的切削工具，每個(gè)切削元件均包括頂面，所述頂面包括不對(duì)稱地布置在頂面上的切削型面以提供不具有切削型面的切削表面部； (b)將第一切削元件和第二切削元件布置在切削工具的中心，所述第一切削元件的切削型面被布置成面向第二切削型面的切削表面部，第二切削元件的切削型面被布置成面向第一切削元件的切削表面部； (C)使第一或第二切削元件中的至少一個(gè)與將要被切削的物體接觸；和 (d)使切削工具旋轉(zhuǎn)以利用第一或第二切削元件中的至少一個(gè)對(duì)物體進(jìn)行切削，從而導(dǎo)致物體的中心位置被第一或第二切削元件中的至少一個(gè)切削。
全文摘要
用于井下切削工具的切削元件，包括具有切削表面部的頂面和跨頂面布置的切削型面。切削元件包括第一和第二縱向側(cè)面以及第一和第二橫向側(cè)面，每個(gè)側(cè)面具有相應(yīng)的截面。切削型面可以不對(duì)稱或?qū)ΨQ地布置在切削表面上。不對(duì)稱布置允許兩個(gè)切削元件被布置成彼此面對(duì)以遮蓋切削工具的中心位置。不對(duì)稱或?qū)ΨQ布置的切削型面的切削邊緣可以具有有利于在切削期間被自動(dòng)銳化的形狀。
文檔編號(hào)E21B10/43GK102959176SQ201180031284
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者C·J·斯托二世, A·D·龐德 申請(qǐng)人:貝克休斯公司