用于pdc钻头的流线型槽设计的制作方法

用于pdc钻头的流线型槽设计的制作方法【专利说明】用于PDC钻头的流线型槽设计[0001]相关申请[0002]本申请是2012年12月28日提交的名称为“StreamlinedPocketDesignForPDCDrillBits”的美国临时申请N0.61/747，045的非临时申请，并且根据35U.S.C.§119要求该临时申请的优先权，该临时申请的整体通过援引并入本文。
技术领域：
[0003]本申请大体涉及一种用于地下钻井的测井下井仪，更具体地，涉及形成在测井下井仪中的切割件槽(cutterpocket)以及制备该切割件槽和将切割件安装在其中的方法。【
背景技术：
】[0004]钻头通常用来在地层结构中钻孔或钻井。一种类型的钻头是固定切割件型钻头，其典型地包括多个设置在各自的切割件槽中的切割元件或者切割件，该切割件槽形成在钻头的一个或多个刀片中。[0005]图1示出了根据现有技术的钻头100或固定切割件型钻头100的透视图。参照图1，钻头100包括钻头体100，其耦接至钻柄(shank)115并设计成以逆时针方向190转动。钻柄115在一个端部120包括螺纹连接116。螺纹连接116耦接至钻柱(未示出)或者其他耦接至钻柱的一些其他设备。螺纹连接116被示出为位于一个端部120的外表面上。该布置采取了钻头100耦接至位于钻柱(未示出)的内表面上的对应螺纹连接。然而，如果钻柱或其他设备的对应螺纹连接在其他示例性实施方式中位于其内表面上，那么在一个端部120处的螺纹连接116备选地位于一个端部120的内表面上。钻孔(未示出)径向形成通过钻柄115并且延伸到钻头体100中，以在钻孔操作期间将钻孔流体从钻柱经由在钻头体110中形成的一个或多个喷嘴114流通到钻头面111。[0006]钻头体110包括从钻头体110的钻头面111向螺纹连接116延伸的多个定径部(gaugesect1n)150和多个刀片130，其中每个刀片130延伸到并终止于各自的定径部150。刀片130和各自的定径部150形成为单个部件，但是在某些钻头100中分开形成。钻头面111位于钻头体110的最远离钻柄115的一个端部。多个刀片130形成钻头100的切割表面。这些多个刀片130中的一个或多个要么耦接到钻头体110，要么与钻头体110—体形成。定径部150位于钻头体110的邻近钻柄115的一个端部。定径部150在某些钻头100中包括一个或多个定径切割件(未示出)。定径部150典型地限定并保持被钻孔的整个孔径。刀片130和定径部150中的每个包括前缘部152、表面部154和后缘部156。表面部154从后缘部156的一端延伸到前缘部152的一端。前缘部152面向转动方向190。刀片130和/或定径部150根据一些现有技术被定向为螺旋形结构。然而，在其他钻头中，刀片130和/或定径部150定向为非螺旋形结构。在各个连续的刀片130之间形成或铣磨出废料槽122，一旦钻孔流体在钻孔操作期间从喷嘴114排出，废料槽122就允许切割和钻孔流体返回到井眼(未示出)的表面。[0007]多个切割件140在形成在刀片130中的各个切割件槽160中耦接到每个刀片130。切割件140通常形成为细长的圆柱形；但是，切割件140也可以形成为其他形状，例如圆盘形或者圆锥形。切割件140典型地包括通常圆柱形的基座142和也为圆柱形的切割表面144，切割表面144设置在基座142的一端，并且定向成当耦接在各自的切割件槽160中时从刀片130向外延伸。切割表面144可以由硬质材料形成，例如形成金刚石锤台(diamondtable)的多晶金刚石的束缚粒子，并且切割表面144可以设置在每个切割件140的基座142的大致圆形构形的端面上或者耦接至该端面。典型地，多晶金刚石切割件(“roc”)与钻头体110分开制造，并且固定在形成在钻头体110中的各个切割件槽160中。虽然在钻头100中使用的一种类型的切割件140是PDC切割件，但是可以想到其他类型的切割件140也可以用在钻头100中。根据钻头100的类型，这些切割件140和钻头体100的部分通过刮削和/或剪切使地层结构变形。[0008]图2A示出了根据现有技术的切割件槽160的侧视图，其中切割件140设置在形成于切割件槽160中的凹穴266中。图2B示出了根据现有技术的当PDC切割件140耦接在切割件槽160中时，PDC切割件140的后表面243和槽背部262的轮廓图。参照图2A和2B，典型的切割件槽160通过切削加工工艺或者一些其他的已知工艺从刀片130的前缘部152形成到刀片130中。该切削加工工艺形成槽背部262和两个槽侧面264，每个槽侧面264与其他槽侧面相似，从槽背部262向外朝着前缘152延伸并且互相相对布置。槽背部262和槽侧面264—起限定凹穴266用于将切割件140的至少一部分容纳在其中。典型地，槽背部262基本上在槽背部262的中心或者靠近中心处形成有钻尖263或者锥形凹口。该钻尖263是由于切削加工期间使用的工具(未示出)中的尖部而形成的。典型的切割件槽160在切割件140位于切割件槽160中时给切割件140提供“机械锁定”，并且通过在切割件耦接处理期间阻止切割件140在切割件槽160中的不想要的移动而有助于切割件140与切割件槽160的耦接，上述工艺对于所属领域技术人员而言是已知的。典型地，这种“机械锁定”已经通过形成一起包裹超过切割件140的筒径一半的槽侧面264获得。如图2B中所见，切割件140的后表面243的圆周与槽背部262的圆周重叠。此外，每个槽侧面264典型地在圆周上围绕基座142的一部分延伸到至少大于当切割件140位于切割件槽160中时所见的切割件围长241的百分之七十。典型地，槽侧面264的上边缘在高度上相对于切割件140的圆周部分恒定。当将切割件140耦接在切割件槽160中时，切割件140位于凹穴266中并且被定向，从而使得切割表面144从刀片130的前缘部152向外延伸。一旦定位合适，就用诸如粘合剂或铜焊合金的复合材料(未示出)来将切割件140固定在切割件槽160中。然而，由于切割件140的后表面243和钻头263的表面之间的空间增加，如上所述在切削加工处理期间形成在切割件槽160中的那些钻头263阻止复合材料的正常流动，并因此导致切割件140和切割件槽160之间的接合减弱。此外，因为槽背部262典型地形成到切割件围长241的百分之百，如果将耐磨堆焊材料添加到槽背部262的顶部/刀片顶部，那么这种耐磨堆焊材料就会变成渗透阻碍物并且还会成为来自井眼的碎片的支撑点。【附图说明】[0009]在结合附图阅读时，参照以下某些示例性实施方式的描述，可以更好地理解本发明的前述和其他特征以及方面，其中:[0010]图1示出了根据现有技术的固定切割件型钻头的透视图；[0011]图2A示出了根据现有技术的图1的切割件槽的侧视图，其中切割件设置在形成于切割件槽内的凹穴中；[0012]图2B示出了根据现有技术的当PDC切割件耦接在切割件槽中时，图1的PDC切割件的后表面和槽背部的轮廓图；[0013]图3A示出了根据本发明示例性实施方式的在其中形成有切割件槽的刀片一部分的透视图，其中切割件耦接在切割件槽中；[0014]图3B示出了根据本发明示例性实施方式的图3A的刀片一部分的透视图，其中该切割件从切割件槽去除；[0015]图3C示出了根据本发明示例性实施方式的图3A的切割件槽的侧视图，其中切割件设置在形成于切割件槽中的凹穴中；[0016]图3D示出了根据示例性实施方式的当PDC切割件耦接在切割件槽中时，图3A的PDC切割件的后表面和图3A的切割件槽的槽背部的轮廓图；[0017]图4A示出了根据本发明示例性实施方式的切割件槽的侧视图，其中切割件设置在形成于切割件槽中的凹穴中；[0018]图4B示出了根据另一示例性实施方式的当PDC切割件耦接在切割件槽中时，图4A的PDC切割件的后表面和图4A的切割件槽的槽背部的轮当前第1页1 2 3 4 5  廓图；
[0019]图5A示出了根据本发明第三示例性实施方式的切割件槽的侧视图，其中该切割件设置在形成于切割件槽中的凹穴中；以及
[0020]图5B示出了根据第三示例性实施方式的当PDC切割件耦接在切割件槽中时，图5A的PDC切割件的后表面和图5A的切割件槽的槽背部的轮廓图。
[0021]附图仅示出了本发明的示例性实施方式，因此并不被考虑为本发明范围的限制，因为本发明可以允许其他等效的实施方式。
【具体实施方式】
[0022]本发明涉及用于地下钻孔的测井下井仪。特别地，本申请涉及形成在测井下井仪中的切割槽以及制备该切割槽和将切割件安装在其中的方法。虽然以下结合类似于图1所示的固定切割件钻头提供了示例性实施方式的描述，但是本发明的备选实施方式也可以应用于具有安装在各个切割件槽中的一个或多个切割件的切割件槽的其他类型的测井下井仪，包括但不限于:钢体式roc钻头、胎体式roc钻头、取芯钻头、偏心钻头、双心钻头、开孔器、扩孔器、钻孔器和可张开钻孔器。虽然已经相对于圆柱形切割件描述和/或说明了以下讨论的示例性实施方式，但是切割件可以成形为任何形状，例如，圆锥形或椭圆形，除非示例性实施方式特别声称特定的切割件形状用于具体的示例性实施方式中。
[0023]通过参照附图阅读以下非限制性的示例性实施方式的说明，可以更好地理解本发明，其中每幅附图中相同的部件由相同的参考附图标记表示，以下将简单描述。
[0024]图3A示出了根据本发明示例性实施方式的具有形成在其中的切割件槽360的刀片130的一部分的透视图，其中切割件140耦接在切割件槽360中。图3B示出了根据本发明示例性实施方式的图3A的刀片130 —部分的透视图，其中该切割件140从切割件槽360去除。图3C示出了根据本发明示例性实施方式的切割件槽360的侧视图，其中切割件140设置在形成于切割件槽360中的凹穴366中。图3D示出了根据示例性实施方式的当TOC切割件140耦接在切割件槽360中时，PDC切割件140的后表面243和切割件槽360的槽背部362的轮廓图。参照图3A-3D，切割件槽360形成在钻头(未示出)的刀片130中，该钻头与钻头100 (图1)相似但不相同。切割件槽360与切割件槽160 (图1)相似，但是不同地设计成容纳附加零件(例如，将耐磨堆焊材料应用在其上)和/或提高钻头性能。此夕卜，在该示例性实施方式中，切割件140是圆柱形的。
[0025]切割件槽360通过切削加工或者铣磨工艺或者一些其他已知的工艺从刀片130的前缘部152形成到刀片130中。该切削加工或者铣磨工艺形成槽背部362和两个槽侧面364，根据某些示例性实施方式，每个槽侧面364与另一个相似。但是，备选地，在某些示例性实施方式中，一个槽侧面364与另一个槽侧面不同。每个槽侧面364从槽背部362向外朝着前缘部152延伸，并且彼此相对地定位。槽背部362和槽侧面364 —起限定凹穴366，以用于将切割件140的至少一部分容纳在其中。根据一些示例性实施方式，例如当使用钢制造钻头时，切割件槽360通过标准圆柱形铣磨工具(未示出)加工，其比表面铣磨操作切割起来快且有效。此外，在这些示例性实施方式中，执行附加的铣磨步骤以削减槽背部362。根据一些示例性实施方式，例如当使用胎体材料(matrix material)制造钻头时，用较小的成形工具将切割件背部362铣磨到石墨模具中，或者利用精确定点工具来获得如下所述的弯曲差异。
[0026]根据某些示例性实施方式，槽背部362开始基本上在槽背部362的中心或者靠近槽背部362的中心形成有与钻尖263 (图2A)相似的钻尖(未示出)，然后槽背部362被抛光以去除钻尖，从而使得槽背部362基本上是光滑的或者平坦的。备选地，根据某些示例性实施方式，槽背部362直接形成有光滑或者平坦的表面。根据某些示例性实施方式，槽侧面364直接形成有光滑表面。槽背部362的光滑表面和/或槽侧面364的内表面通过在没有不需要的凹口和/或凸起的情况下使部件以小且均匀的或者基本上固定的距离分开铜焊而允许铜焊处理更加有效。
[0027]根据某些示例性实施方式，槽背部362的上表面363是弯曲形的并且同心、接近同心、或者切片的(filleted)同心结构，其在槽背部362的上表面363的尖端361 (弯曲部分的顶部)和切割件的后表面243的上表面344的尖端341 (弯曲部分的顶部)之间产生了高度差异390。根据一些示例性实施方式，高度差异390范围从约0.010”(1英寸的千分之十)至约0.200” ( 一英寸的千分之两百)。根据某些示例性实施方式，槽背部362的上表面363是不平坦的，并且并不从槽侧面364的一端延伸到另一槽侧面364的对应端。此外，槽背部362不是切割件的后表面243的整个圆周；相反，比切割件的后表面243的整个圆周要小。因此，槽背部362低于切割件的后表面243，从而使得具有足够的空间来将耐磨堆焊材料应用至其上。在某些示例性实施方式中，高度差异390或者弯曲差异大于0.200”(一英寸的千分之两百)。根据某些示例性实施方式，槽背部362的上表面363的高度范围在切割件的围长350的百分之五十二至百分之九十五。无论是应用在胎体上还是钢上，耐磨堆焊材料都产生更抗腐蚀且可修复的槽背部362。当切割件140耦接在切割件槽360中时，槽侧面364提供切割件140上的“机械锁定”。“机械锁定”被获得，从而使得当切割件140在铜焊期间被转动时，切割件140被夹持在槽360内，以便获得具有均匀厚度的铜焊接头。根据一些示例性实施方式，该均匀厚度为一英寸的千分之三，但是在其他示例性实施方式中，范围从一英寸的千分之一点五至大约一英寸的千分之五。
[0028]因此，根据一些示例性实施方式，槽背部362 (仅由母体材料制成)的上表面363的高度范围从切割件的围长350的百分之五十二至百分之九十五。在一些备选的示例性实施方式中，槽背部362(仅由母体材料制成)的上表面363的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之六十。在一些备选的示例性实施方式中，槽背部362(仅由母体材料制成)的上表面363的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之五十五。在一些备选的示例性实施方式中，槽背部362(仅由母体材料制成)的上表面363的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之五十。在一些备选的示例性实施方式中，槽背部362 (仅由母体材料制成)的上表面363的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之四十五。母体材料是制造钻头的主要材料，例如，根据钻头类型的钢材料或者胎体材料。
[0029]根据一些示例性实施方式，槽侧面364形成有逐渐减小的高度，其从槽背部362延伸到刀片130的前缘部152。然而，在其他备选的示例性实施方式中，槽侧面364形成有从槽背部362延伸到刀片130的前缘部152的不逐渐减小的高度。例如，在某些示例性实施方式中，槽侧面364形成有从槽背部362延伸到刀片130的前缘部152的逐渐增加的高度、平坦的高度或者在增加和减小的高度之间变化的高度。当切割件140耦接在切割件槽360中时，槽侧面364也提供切割件140上的“机械锁定”。根据某些示例性实施方式，“机械锁定”设置在槽侧面364的接近槽背部362的一端并且基本上在切割件140铜焊至切割件槽360的位置处。备选地，根据一些其他示例性实施方式，“机械锁定”设置在槽侧面364的远离槽背部362的相对端和/或设置在槽侧面364的接近槽背部362的一端和槽侧面364的远离槽背部362的相对端之间某个中间距离处。提供“机械锁定”的槽侧面364的至少一部分包括在切割件的围长350的百分之五十二至百分之六十五之间延伸的高度。然而，根据某些示例性实施方式，当提供切割件140上的“机械锁定”的槽侧面364的该部分的高度将被重建至切割件的围长350的至少百分之五十二时，其高度与切割件的围长350的百分之三i^一样低。例如，在某些示例性实施方式中，根据已知的应用方法，将耐磨堆焊材料应用到提供“机械锁定”的槽侧面364的至少上部分，以将提供该“机械锁定”的槽侧面364的 整个高度重建成等于或大于切割件的围长350的百分之五十二，从而使槽侧面364现在包括钻头的母体材料和随后应用的耐磨堆焊材料。无论是应用在胎体上还是钢上，耐磨堆焊材料都产生更抗腐蚀且可修复的槽侧面364。“机械锁定”被获得，从而获得具有均匀厚度的铜焊接头。根据一些示例性实施方式，该均匀厚度为一英寸的千分之三，但是在其他示例性实施方式中，其范围从一英寸的千分之一点五至大约一英寸的千分之五。
[0030]因此，根据一些示例性实施方式，槽侧面364(仅由母体材料制成)的高度范围从切割件的围长350的百分之三十至百分之六十五。在一些备选的示例性实施方式中，槽侧面364 (仅由母体材料制成)的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之六十。在一些备选的示例性实施方式中，槽侧面364 (仅由母体材料制成)的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之五十五。在一些备选的不例性实施方式中，槽侧面364 (仅由母体材料制成)的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之五十。在一些备选的示例性实施方式中，槽侧面364(仅由母体材料制成)的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之四十五。
[0031]图4A示出了根据本发明的另一示例性实施方式的切割件槽的460侧视图，其中切割件140设置在形成于切割件槽460中的凹穴466中。图4B不出了根据另一不例性实施方式的当PDC切割件140耦接在切割件槽460中时，PDC切割件140的后表面243和切割件槽460的槽背部462的轮廓图。参照图4A和4B，切割件槽460形成在钻头(未示出)的刀片130中，钻头与钻头100 (图1)相似但不相同。切割件槽460与切割件槽360(图3A-3D)相似，但是关于槽背部462和槽侧面464的形状不同地设计。此外，在该示例性实施方式中，切割件140具有任何期望的形状，例如圆柱形和圆锥形。
[0032]切割件槽460通过切削加工或者铣磨工艺或者一些其他已知的工艺从刀片130的前缘部152形成到刀片130中。该切削加工或者铣磨工艺形成槽背部462和两个槽侧面464，根据某些示例性实施方式，每个槽侧面464与另一个相似。但是，备选地，在某些示例性实施方式中，一个槽侧面464与另一个槽侧面不同。每个槽侧面464从槽背部462向外朝着前缘部152延伸，并且彼此相对地定位。槽背部462和槽侧面464 —起限定凹穴466，以用于将切割件140的至少一部分容纳在其中。根据一些示例性实施方式，例如当使用钢制造钻头时，切割件槽460通过标准圆柱形铣磨工具(未示出)加工，其比表面铣磨操作切割起来快且有效。此外，在这些示例性实施方式中，执行附加的铣磨步骤以削减槽背部462。根据一些示例性实施方式，例如当使用胎体材料制造钻头时，用较小的成形工具将切割件背部462铣磨到石墨模具中，或者利用精确定点工具来获得如下所述的弯曲差异。
[0033]根据某些示例性实施方式，槽背部462开始基本上在槽背部462的中心或者靠近槽背部462的中心形成有与钻尖263 (图2A)相似的钻尖(未不出)，然后槽背部462被抛光以去除钻尖，从而使得槽背部462基本上是光滑的或者平坦的。备选地，根据某些示例性实施方式，槽背部462直接形成有光滑或者平坦的表面。槽背部462的光滑表面和/或槽侧面464的内表面通过在没有不需要的凹口和/或凸起的情况下使部件以小且均匀的或者基本上固定的距离分开铜焊而允许铜焊处理更加有效。
[0034]根据某些示例性实施方式，槽背部462的上表面463是从槽侧面464向内延伸的部分弯曲形状，并且具有在向上方向上基本上集中延伸的支柱465。因此，支柱465的周围侧面部分已经被去除了材料。根据某些示例性实施方式，支柱465的上表面463基本上是平坦的；但是，在其他示例性实施方式中，支柱465的该上表面463是不平坦的。支柱465的上表面463在槽背部462的上表面463的尖端461 (支柱465的顶部)和切割件的后表面243的上表面344的尖端341 (弯曲部分的顶部)之间产生了高度差异490。根据一些示例性实施方式，高度差异490范围从约0.010”(I英寸的千分之十)至约0.015”(一英寸的千分之十五)。然而，在其他示例性实施方式中，该高度差异490范围从约0.010” (I英寸的千分之十)至约0.200”( 一英寸的千分之两百)。根据某些示例性实施方式，槽背部462的上表面463不是全部平坦的，并且并不从槽侧面464的一端延伸到另一个槽侧面464的对应端。此外，槽背部462不是切割件的后表面243的整个圆周；相反，比切割件的后表面243的整个圆周要小。因此，槽背部462低于切割件的后表面243，从而使得具有足够的空间来将耐磨堆焊材料应用至其上。在某些示例性实施方式中，高度差异490大于0.200”(一英寸的千分之两百)。例如，槽背部462的上表面463的高度范围在切割件的围长350的百分之五十二至百分之九十五之间。然而，当槽背部462的上表面463的高度将被重建至切割件的围长350的至少百分之五十二时，其高度与切割件的围长350的百分之三十一样低。例如，在某些示例性实施方式中，根据已知的应用方法，将耐磨堆焊材料应用到槽背部462的至少上表面463，以将槽背部462的整个高度重建成大于切割件的围长350的百分之五十二，从而使槽背部462现在包括钻头的母体材料和随后应用的耐磨堆焊材料。无论是应用在胎体上还是钢上，耐磨堆焊材料都产生更抗腐蚀且可修复的槽背部462。当切割件140耦接在切割件槽460中时，槽背部462提供切割件140上的“机械锁定”。“机械锁定”被获得，从而获得具有均匀厚度的铜焊接头。根据一些示例性实施方式，该均匀厚度为一英寸的千分之三，但是在其他示例性实施方式中，其范围从一英寸的千分之一点五至大约一英寸的千分之五。
[0035]因此，根据一些示例性实施方式，槽背部462 (仅由母体材料制成)的上表面463的高度范围从切割件的围长350的百分之三十至百分之九十五。在一些备选的示例性实施方式中，槽背部462(仅由母体材料制成)的上表面463的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之六十。在一些备选的示例性实施方式中，槽背部462(仅由母体材料制成)的上表面463的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之五十五。在一些备选的示例性实施方式中，槽背部462(仅由母体材料制成)的上表面463的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之五十。在一些备选的示例性实施方式中，槽背部462 (仅由母体材料制成)的上表面463的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之四十五。
[0036]根据一些示例性实施方式，槽侧面464形成有基本上平坦且不变的高度，其从槽背部462延伸到刀片130的前缘部152。然而，在其他备选的示例性实施方式中，槽侧面464形成有不是平坦且不变的高度，其从槽背部462延伸到刀片130的前缘部152。例如，在某些示例性实施方式中，槽侧面464形成有从槽背部462延伸到刀片130的前缘部152的逐渐增加的高度、逐渐减小的高度或者在增加和减小的高度之间变化的高度。在一些示例性实施方式中，槽侧面464延伸切割件的围长350的百分之三十。备选地，根据某些示例性实施方式，当切割件140耦接在切割件槽460中时，槽侧面464提供切割件140上的“机械锁定”。根据某些示例性实施方式，“机械锁定”设置在槽侧面464的接近槽背部462的一端并且基本上在切割件140铜焊至切割件槽460的位置处。备选地，根据一些其他示例性实施方式，“机械锁定”设置在槽侧面464的远离槽背部462的相对端和/或设置在槽侧面464的接近槽背部462的一端和槽侧面464的远离槽背部462的相对端之间的某个中间距离处。提供“机械锁定”的槽侧面464的至少一部分包括在切割件的围长350的百分之五十二至百分之六十五之间延伸的高度。然而，根据某些示例性实施方式，提供切割件140上的“机械锁定”的槽侧面464的该部分的高度与切割件的围长350的百分之三十一样低，并且可以重建至切割件的围长350的至少百分之四十五。例如，在某些示例性实施方式中，根据已知的应用方法，将耐磨 堆焊材料应用到提供“机械锁定”的槽侧面464的至少上部分，以将提供该“机械锁定”的槽侧面464的整个高度重建成等于或大于切割件的围长350的百分之四十五，从而使槽侧面464现在包括钻头的母体材料和随后应用的耐磨堆焊材料。无论是应用在胎体上还是钢上，耐磨堆焊材料都产生更抗腐蚀且可修复的槽侧面464。“机械锁定”被获得，从而获得具有均匀厚度的铜焊接头。根据一些示例性实施方式，该均匀厚度为一英寸的千分之三，但是在其他示例性实施方式中，范围从一英寸的千分之一点五至大约一英寸的千分之五。根据一些示例性实施方式，槽侧面464不提供“机械锁定”。
[0037]因此，根据一些示例性实施方式，槽侧面464(仅由母体材料制成)的高度范围从切割件的围长350的百分之三十至百分之六十五。在一些备选的示例性实施方式中，槽侧面464 (仅由母体材料制成)的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之六十。在一些备选的示例性实施方式中，槽侧面464 (仅由母体材料制成)的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之五十五。在一些备选的不例性实施方式中，槽侧面464 (仅由母体材料制成)的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之五十。在一些备选的示例性实施方式中，槽侧面464(仅由母体材料制成)的高度范围从切割件的围长350的百分之三十到百分之四十五。
[0038]图5A示出了本发明第三示例性实施方式的切割件槽560的侧视图，其中切割件140设置在形成于切割件槽560中的凹穴566中。图5B示出了根据第三示例性实施方式的当PDC切割件140耦接在切割件槽560中时，图5A的PDC切割件140的后表面243和图5A的切割件槽560的槽背部562的轮廓图。参照图5A和5B，切割件槽560形成在钻头(未示出)的刀片130中，该钻头与钻头100 (图1)相似但不相同。切割件槽560与切割件槽460 (图4A和4B)相似，但是关于槽侧面564的形状不同地设计。此外，在该示例性实施方式中，切割件140具有任何期望的形状，例如圆柱形和圆锥形。
[0039]槽背部562的上表面563与槽背部462 (图4A)的上表面463 (图4A)相似地形成。因此，与支柱465 (图4B)相似，支柱565的周围侧面部分已经被去除材料。因此，与高度差异490 (图4B)相似，支柱565的上表面563在槽背部562的上表面563的尖端561 (支柱565的顶部)和切割件的后表面243的上表面344的尖端341 (弯曲部分的顶部)之间产生了高度差异590。根据一些示例性实施方式，高度差异590范围从约0.010”(1英寸的千分之十)至约0.015”( 一英寸的千分之十五)。然而，在其他示例性实施方式中，根据以上针对高度差异490(图4B)提供的说明，高度差异590是不同的。此外，在某些示例性实施方式中，使用耐磨堆焊材料根据以上针对槽背部462 (图4B)提供的说明，构造槽背部562的至少一部分。
[0040]根据一些示例性实施方式，槽侧面564形成有基本上不平坦且变化的高度，其从槽背部562延伸到刀片130的前缘部152。在某些示例性实施方式中，槽侧面564形成有增加和减小的高度，其从槽背部562延伸到刀片130的前缘部152，从而使得其间形成至少一个尖端567。根据某些示例性实施方式，该尖端567形成点，而在其他示例性实施方式中，该尖端567是弯曲形状的。在一些示例性实施方式中，槽侧面564的至少一部分延伸切割件的围长350的百分之二十五，例如接近槽背部562和接近前缘部152。根据某些示例性实施方式，当切割件140耦接在切割件槽460中时，槽侧面564也提供切割件140上的“机械锁定”。根据某些示例性实施方式，“机械锁定”设置在槽侧面564的接近槽背部562的一端和槽侧面564的远离槽背部562的相对端之间的某个中间距离处。在一些示例性实施方式中，尖端567提供对切割件140的“机械锁定”。提供“机械锁定”的槽侧面564的至少一部分(例如，尖端567)包括在切割件的围长350的百分之五十二至百分之九十五之间延伸的高度。例如，槽侧面564在槽背部562和前缘部152之间的位置处延伸的范围从切割件围长350的百分之五十至百分之九十五，而槽侧面564在接近槽背部562和接近前缘部152处延伸小于切割件围长350的百分之五十。然而，根据某些示例性实施方式，提供切割件140上的“机械锁定”的槽侧面564的该部分的高度与切割件的围长350的百分之三^^一样低，并且可以重建至切割件的围长350的至少百分之五十。例如，在某些示例性实施方式中，根据已知的应用方法，将耐磨堆焊材料应用到提供“机械锁定”的槽侧面564的至少上部分，以将提供该“机械锁定”的槽侧面564的整个高度重建成等于或大于切割件的围长350的百分之五十但是小于切割件的围长的百分之九十五，从而使槽侧面564现在包括钻头的母体材料和随后应用的耐磨堆焊材料。无论是应用在胎体上还是钢上，耐磨堆焊材料都产生更抗腐蚀且可修复的槽侧面564。根据一些示例性实施方式，槽侧面564不提供“机械锁定”。
[0041]参照图3A-5B，以下提供一种用于形成切割件槽360和将切割件140耦接在切割件槽360中的方法。虽然已经根据一种顺序描述了步骤，但是应该认识到一个或多个步骤可以不同顺序执行，和/或组合成较少步骤，和/或分成较多数量的步骤。在一些示例性实施方式中，使用切削加工处理、铣磨处理或者一些其他已知的工艺将切割件槽360从前缘部152形成到刀片130中。切割件槽140根据以上描述的任一种示例性实施方式或者其显而易见的变型而形成。例如，如果槽背部362和/或槽侧面364的内表面在切割件槽360形成期间还没有变得光滑，则将它们变得光滑。然而，在其他示例性实施方式中，例如当制造胎体钻头时，在模铸处理期间将切割件槽360形成在刀片130中。一旦形成切割件槽360，就将耐磨堆焊材料应用到切割件槽360的表面上。根据用户喜好以及根据槽背部362和槽侧面364在切割件140放置到切割件槽360中时是否能够给切割件140提供“机械锁定”，耐磨堆焊材料能够组合槽侧面364和/或槽背部362。耐磨堆焊材料还可以使切割件槽360更耐腐蚀和可修复。切割件140位于切割件槽360中，并且使用所属领域技术人员已知的方法铜焊到切割件槽360中。
[0042]虽然已经详细描述了每个示例性实施方式，但是将被理解的是，可以应用到一个实施方式中的任何特征和修改也可以应用到其他实施方式中。
[0043]虽然已经参照特定实施方式描述了本发明，但是并不应该将这些描述理解为以限制性方式的解释。在参照示例性实施方式的描述的基础上，对于所属领域技术人员而言，所公开的实施方式的各种修改以及本发明的备选的实施方式将变得显而易见。所属领域技术人员应该理解，可以将所公开的观点和特定实施方式容易地用作修改或设计实现本发明的相同目的的其他结构或方法的基础。所属领域技术人员还应该意识到，这种等效结构并不背离所附权利要求书所记载的本发明的精神和范围。因此，应该理解，权利要求书覆盖了落于本发明的范围内的任何这种修改或实施方式。
【主权项】
1.一种测井下井仪，其包括: 主体； 一个或多个刀片，其从主体的一端延伸，多个刀片形成切割表面，每个刀片包括前缘部； 一个或多个切割件槽，其形成在至少一个刀片中，切割件槽包括: 由第一材料制成的槽背部； 第一槽侧面，其从槽背部的一端延伸到前缘部并且由第一材料制成；以及第二槽侧面，其从槽背部的相对端延伸到前缘部并且由第一材料制成，其中槽背部以及第一槽侧面和第二槽侧面限定空穴；以及 切割件，其至少部分地位于空穴中并且耦接在切割件槽中，切割件包括切割件围长，其中槽背部的第一材料的上表面的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之六十五之间。2.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，槽背部的第一材料的上表面的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之六十之间。3.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，槽背部的第一材料的上表面的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之五十五之间。4.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，槽背部的第一材料的上 表面的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之五十之间。5.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，高度差异390形成在槽背部362的第一材料的上表面的尖端和切割件的后表面的上表面的尖端之间，高度差异范围从约0.010” ( 一英寸的千分之十)至约0.200” ( 一英寸的千分之两百)。6.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，槽背部的上表面是弯曲形状的。7.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，槽背部包括在垂直方向延伸的支柱。8.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，槽侧面的第一材料的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之六十之间。9.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，槽侧面的第一材料的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之五十五之间。10.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，槽侧面的第一材料的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之五十之间。11.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，槽侧面的上表面是高度恒定的。12.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，槽侧面的上表面在高度上从槽背部至前缘部逐步增加。13.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，槽侧面的上表面在高度上从槽背部至前缘部逐步减小。14.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，槽侧面的上表面在增加的高度和减小的高度之间变化。15.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，还包括耦接至槽背部的至少上表面的耐磨堆焊材料。16.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，还包括耦接至槽侧面的至少上表面的耐磨堆焊材料。17.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，槽侧面的内表面是光滑的。18.根据权利要求1所述的测井下井仪，其中，槽背部是整体光滑的。19.一种切割件槽，其包括: 由第一材料制成的槽背部； 第一槽侧面，其从槽背部的一端向外延伸并且由第一材料制成；以及 第二槽侧面，其从槽背部的相对端向外延伸并且由第一材料制成，其中槽背部以及第一槽侧面和第二槽侧面限定空穴，以用于容纳具有切割件围长的切割件， 其中槽背部的第一材料的上表面的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之六十五之间。20.根据权利要求19所述的切割件槽，其中，槽侧面的第一材料的上表面的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之六十五之间。21.根据权利要求19所述的切割件槽，其中，槽背部的第一材料的上表面的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之六十之间。22.根据权利要求19所述的切割件槽，其中，槽背部的第一材料的上表面的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之五十之间。23.根据权利要求19所述的切割件槽，槽背部的上表面是弯曲形状的。24.根据权利要求19所述的切割件槽，其中，槽背部包括在垂直方向延伸的支柱。25.根据权利要求19所述的切割件槽，其中，槽侧面的第一材料的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之六十之间。26.根据权利要求19所述的切割件槽，其中，槽侧面的第一材料的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之五十之间。27.根据权利要求19所述的切割件槽，槽侧面的上表面是高度恒定的。28.根据权利要求19所述的切割件槽，其中，槽侧面的上表面在高度上从槽背部朝向背离槽背部的方向逐步增加。29.根据权利要求19所述的切割件槽，其中，槽侧面的上表面在高度上从槽背部朝向背离槽背部的方向逐步减小。30.根据权利要求19所述的切割件槽，其中，槽侧面的上表面在增加的高度和减小的高度之间变化。31.根据权利要求19所述的切割件槽，其中，还包括耦接至槽背部的至少上表面的耐磨堆焊材料。32.根据权利要求19所述的切割件槽，其中，还包括耦接至槽侧面的至少上表面的耐磨堆焊材料。33.根据权利要求19所述的切割件槽，其中，槽侧面的内表面是光滑的。34.根据权利要求19所述的切割件槽，其中，槽背部是整体光滑的。35.一种切割件槽，其包括: 由第一材料制成的槽背部； 第一槽侧面，其从槽背部的一端向外延伸并且由第一材料制成；以及 第二槽侧面，其从槽背部的相对端向外延伸并且由第一材料制成，其中槽背部以及第一槽侧面和第二槽侧面限定空穴，以用于容纳具有切割件围长的切割件， 其中槽侧面的第一材料的上表面的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之六十五之间。36.根据权利要求35所述的切割件槽，槽背部的上表面是弯曲形状的。37.根据权利要求35所述的切割件槽，其中，槽背部包括在垂直方向延伸的支柱。38.根据权利要求35所述的切割件槽，其中，槽侧面的第一材料的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之六十之间。39.根据权利要求35所述的切割件槽，其中，槽侧面的第一材料的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之五十之间。40.根据权利要求35所述的切割件槽，其中，槽侧面的上表面是高度恒定的。41.根据权利要求35所述的切割件槽，其中，槽侧面的上表面在高度上从槽背部朝向背离槽背部的方向逐步增加。42.根据权利要求35所述的切割件槽，其中，槽侧面的上表面在高度上从槽背部朝向背离槽背部的方向逐步减小。43.根据权利要求35所述的切割件槽，其中，槽侧面的上表面在增加的高度和减小的高度之间变化。44.根据权利要求35所述的切割件槽，其中，还包括耦接至槽背部的至少上表面的耐磨堆焊材料。45.根据权利要求35所述的切割件槽，其中，还包括耦接至槽侧面的至少上表面的耐磨堆焊材料。46.根据权利要求35所述的切割件槽，其中，槽侧面的内表面是光滑的。47.根据权利要求35所述的切割件槽，其中，槽背部是整体光滑的。48.一种用于将切割件耦接至测井下井仪的方法，其包括: 在测井下井仪的刀片中形成切割件槽，该切割件槽包括: 由第一材料制成的槽背部； 第一槽侧面，其从槽背部的一端向外延伸并且由第一材料制成；以及第二槽侧面，其从槽背部的相对端向外延伸并且由第一材料制成，其中槽背部以及第一槽侧面和第二槽侧面限定空穴，以用于容纳具有切割件围长的切割件； 其中槽背部的第一材料的上表面的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之六十五之间， 从切割件背部去除至少一些第一材料，该切割件背部具有光滑表面； 从切割件侧面的内表面去除至少一些第一材料，该切割件侧面具有光滑的内表面； 将切割件放置在空穴中；以及 使用铜焊材料将切割件耦接至切割件槽。49.根据权利要求48所述的方法，还包括: 将耐磨堆焊材料应用至槽背部的至少上表面。50.根据权利要求48所述的方法，还包括: 将耐磨堆焊材料应用至第一槽侧面和第二槽侧面的至少上表面。51.—种测井下井仪，其包括: 主体； 一个或多个刀片，其从主体的一端延伸，多个刀片形成切割表面，每个刀片包括前缘部； 一个或多个切割件槽，其形成在至少一个刀片中，切割件槽包括: 由第一材料制成的槽背部； 第一槽侧面，其从槽背部的一端延伸到前缘部并且由第一材料制成；以及第二槽侧面，其从槽背部的相对端延伸到前缘部并且由第一材料制成，其中槽背部以及第一槽侧面和第二槽侧面限定空穴；以及切割件，其至少部分地位于空穴中并且耦接在切割件槽中，切割件包括切割件围长， 其中槽侧面在槽背部和前缘部之间的位置处在切割件围长的百分之五十至百分之九十五的范围之间延伸，以及其中槽侧面在接近槽背部处和接近前缘部处延伸小于切割件围长的百分之五十。
【专利摘要】本发明描述了一种切割件槽、形成有至少一个切割件槽的测井下井仪以及用于将切割件耦接至切割件槽的方法。切割件槽形成在测井下井仪的至少一个刀片中，并且包括：由第一材料制成的槽背部、从槽背部的一端延伸到测井下井仪的前缘的第一槽侧面以及从槽背部的相对端延伸到前缘的第二槽侧面。槽背部和槽侧面限定空穴。切割件位于并至少部分耦接在空穴中。槽背部的第一材料的上表面的高度范围在切割件围长的百分之三十至百分之六十五之间。
【IPC分类】E21B10/46
【公开号】CN104884730
【申请号】CN201380068343
【发明人】加里·M·西朋
【申请人】威达国际工业有限合伙公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年12月11日
【公告号】CA2892224A1, EP2938805A1, US20140182949, WO2014105431A1