Область техники
Варианты выполнения настоящего изобретения относятся к области бурового инструмента, предназначенного для бурения подземных пород, режущих элементов для такого бурового инструмента и соответствующих способов.
Уровень техники
Скважины в подземных породах пробуриваются с различными целями, включая, например, добычу из подземных пород нефти и газа и извлечение геотермального тепла. Скважины в подземных породах могут быть сформированы с использованием бурового долота, например, долота роторного бурения подземных пород. Известны буровые долота роторного бурения различных типов, включая, например, долота с фиксированными резцами (часто называемые "лопастными" долотами), шарошечные долота (часто называемые "дробящими" долотами), долота с импрегнированными алмазами, и гибридные долота (которые могут включать, например, фиксированные резцы и шарошки). Буровое долото приводят во вращение и продвигают в подземную породу. При вращении бурового долота, его резцы или абразивные структуры рубят, дробят, срезают и (или) или истирают материал породы, формируя буровую скважину. Диаметр буровой скважины, пробуриваемой буровым долотом, может определяться режущими структурами, расположенными на поверхности бурового долота с максимальным диаметром.
Буровое долото подсоединено, непосредственно или через промежуточные элементы, к концу так называемой "буровой колонны", включающей последовательность удлиненных трубчатых сегментов, соединенных концами, которая спускается в буровую скважину с земной поверхности. Зачастую различные инструменты и компоненты, в том числе и буровое долото, могут быть соединены друг с другом на дальнем конце буровой колонны на дне пробуриваемой буровой скважины. Такую сборку инструментов и компонентов называют "компоновкой низа бурильной колонны" (КНБК).
Буровое долото может приводиться во вращение внутри скважины вращением буровой колонны с поверхности, либо подсоединенным к буровому долоту забойным двигателем, который также соединен с буровой колонной и находится вблизи дна буровой скважины. Забойным двигателем может быть, например, гидравлический двигатель типа Муано, на валу которого закреплено буровое долото. Вал двигателя может приводиться во вращение нагнетанием текучей среды (например, бурового раствора или промывочной жидкости) с поверхности вниз по центру буровой колонны, сквозь гидравлический двигатель, сопла в буровом долоте, и обратно на поверхность породы сквозь кольцевое пространство между наружной поверхностью буровой колонны и обнаженной поверхностью породы внутри буровой скважины.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к фигурному режущему элементу для бурового инструмента. Режущий элемент имеет подложку и расположенный на ней массив суперабразивного материала. Массив суперабразивного материала имеет непланарную переднюю режущую грань с заостренной формой, включающей коническую боковую поверхность и куполообразный конец. Причем подложка имеет форму цилиндра, максимальный диаметр которого меньше максимального диаметра массива суперабразивного материала, а сплошная граница контакта между подложкой и массивом суперабразивного материала расположена сзади конической боковой поверхности непланарной передней режущей грани массива суперабразивного материала вдоль центральной оси фигурного режущего элемента. Режущий элемент также имеет по меньшей мере выемку, проходящую в в коническую боковую поверхность непланарной режущей грани массива суперабразивного материала от передней режущей грани.
В частных вариантах выполнения по меньшей мере одна выемка, проходящая в коническую боковую поверхность, имеет кольцевую форму и проходит по меньшей мере по существу целиком вокруг центральной оси фигурного режущего элемента.
Коническая боковая поверхность и в основном куполообразная концевая поверхность образуют переднюю режущую грань фигурного режущего элемента.
По меньшей мере одна выемка, проходящая в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, включает первую утопленную поверхность и вторую утопленную поверхность, образованные в конической боковой поверхности массива абразивного материала. Каждая из первой и второй утопленных поверхностей может иметь дугообразную вогнутую форму. Каждая из первой и второй утопленных поверхностей может проходить вокруг всего режущего элемента относительно его центральной оси.
По меньшей мере одна выемка образована дугообразной вогнутой утопленной поверхностью. При этом утопленная поверхность проходит вокруг всего режущего элемента относительно его центральной оси.
По меньшей мере одна выемка также может проходить вокруг всего режущего элемента относительно его центральной оси.
В возможных вариантах режущий элемент имеет по меньшей мере выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступ, отходящий наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала. По меньшей мере выемка или выступ включают по меньшей мере один линейный сегмент, проходящий линейно поперек передней режущей грани в направлении по меньшей мере в основном поперек центральной оси режущего элемента.
Режущий элемент может также включать по меньшей мере несколько дискретных, разделенных в поперечном направлении выемок, проходящих в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или несколько дискретных, разделенных в поперечном направлении выступов, отходящих наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала.
Режущий элемент может также включать по меньшей мере удлиненную выемку, проходящую в передней режущей грани по спиральной траектории от точки вблизи центральной оси режущего элемента к боковой наружной кромке режущего элемента, или удлиненный выступ, отходящий от передней режущей грани наружу и проходящий по спиральной траектории от точки вблизи центральной оси режущего элемента к боковой наружной кромке режущего элемента.
Режущий элемент может также включать по меньшей мере выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступ, отходящий наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала. Кроме того, выемка проходит в массив суперабразивного материала от его боковой поверхности.
В настоящем изобретении также предлагается буровой инструмент, включающий один или более из описанных здесь вариантов выполнения режущих элементов, прикрепленных к корпусам буровых инструментов. Такой буровой инструмент может включать, например, долото роторного бурения, например, буровое долото с фиксированными резцами или шарошечное буровое долото.
В настоящем раскрытии также предлагаются способы формирования описанных здесь режущих элементов.
В способах формирования фигурного режущего элемента для бурового инструмента на подложке располагают массив суперабразивного материала. На массиве суперабразивного материала формируют непланарную переднюю режущую грань и боковую поверхность. Также формируют по меньшей мере выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступ, отходящий наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала.
В вариантах выполнения массив суперабразивного материала формируют с передней режущей гранью и боковой поверхностью. Кроме того, при осуществлении способа формируют по меньшей мере выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступ, отходящий наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала. По меньшей мере выемку или выступ формируют включающими по меньшей мере один линейный сегмент, проходящий линейно по передней режущей грани в направлении, по меньшей мере в основном поперек центральной оси режущего элемента.
В вариантах выполнения формируют по меньшей мере несколько дискретных, разделенных в поперечном направлении выемок, проходящих в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или несколько дискретных, разделенных в поперечном направлении выступов, отходящих наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала.
В вариантах выполнения формируют по меньшей мере удлиненную выемку, проходящую в передней режущей грани по спиральной траектории от точки вблизи центральной оси режущего элемента к боковой наружной кромке режущего элемента, или удлиненный выступ, проходящий наружу от передней режущей грани по спиральной траектории от точки вблизи центральной оси режущего элемента к боковой наружной кромке режущего элемента.
В вариантах выполнения формируют по меньшей мере выемку, проходящую в массиве суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступ, отходящий наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала,. Кроме того, при осуществлении способа формируют выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от его боковой поверхности.
В других вариантах выполнения формируют режущий элемент, используя описанный способ, и прикрепляют режущий элемент к корпусу бурового инструмента.
Краткое описание чертежей
В то время как описание заканчивается формулой, в которой конкретно описывается и определенно заявляется предмет настоящего изобретения, различные признаки и преимущества этого изобретения могут быть легко установлены из приведенного далее описания некоторых частных вариантов осуществления изобретения, рассмотренного вместе с приложенными чертежами, на которых:
на фиг. 1 представлен перспективный вид бурового инструмента, представляющий собой долото роторного бурения с фиксированными резцами, включающее режущие элементы, аналогичные описанным здесь, прикрепленные к корпусу бурового долота;
на фиг. 2 представлен вид сбоку с частичным разрезом фигурного режущего элемента, имеющего утопленную поверхность в непланарной передней режущей грани массива суперабразивного материала режущего элемента;
на фиг. 3 представлен перспективный вид режущего элемента, показанного на фиг. 2;
на фиг. 4 представлен перспективный вид другого фигурного режущего элемента, имеющего утопленные поверхности в непланарной передней режущей грани;
на фиг. 5 представлен перспективный вид режущего элемента, имеющего овальную форму и включающего утопленную поверхность, сформированную в передней режущей грани массива суперабразивного материала режущего элемента;
на фиг. 6 представлен вид в плане передней режущей грани режущего элемента, показанного на фиг. 5;
на фиг. 7 представлен вид в плане, аналогичный виду на фиг. 6, иллюстрирующий другой режущий элемент треугольной формы, включающий утопленную поверхность в передней режущей грани массива суперабразивного материала режущего элемента;
на фиг. 8 представлен вид в плане, аналогичный виду на фиг. 6, иллюстрирующий другой режущий элемент, включающий две зигзагообразные утопленные поверхности в передней режущей грани массива суперабразивного материала режущего элемента;
на фиг. 9 представлен вид в плане другого режущего элемента, включающего две зигзагообразные утопленные поверхности в передней режущей грани массива суперабразивного материала режущего элемента, ориентация которых отличается от ориентации зигзагообразных утопленных поверхностей режущего элемента на фиг. 8;
на фиг. 10 представлен вид в плане другого режущего элемента, включающего две линейные утопленные поверхности в передней режущей грани массива суперабразивного материала режущего элемента;
на фиг. 11 представлен вид в плане другого режущего элемента, имеющего несколько линейных утопленных поверхностей в передней режущей грани массива суперабразивного материала режущего элемента, при этом утопленные поверхности расположены поперек всей поверхности режущей грани;
на фиг. 12 представлен вид в плане другого режущего элемента, имеющего несколько дискретных поперечно разделенных утопленных поверхностей в передней режущей грани массива суперабразивного материала режущего элемента, при этом утопленные поверхности расположены по всей поверхности режущей грани;
на фиг. 13 представлен вид в плане другого режущего элемента, имеющего несколько спирально проходящих выступов, отходящих наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала режущего элемента;
на фиг. 14 представлен перспективный вид другого режущего элемента, включающего несколько дискретных поперечно разделенных выступов, отходящих наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала режущего элемента;
на фиг. 15 представлен вид частичного сечения режущего элемента, показанного на фиг. 14;
на фиг. 16 представлен вид частичного сечения другого режущего элемента, имеющего утопленную поверхность в передней режущей грани массива суперабразивного материала режущего элемента, и имеющего другую поверхность, утопленную в массив суперабразивного материала с его боковой поверхности;
на фиг. 17 представлен перспективный вид режущего элемента, показанного на фиг. 16;
на фиг. 18 представлен вид сбоку поперечного сечения другого режущего элемента, имеющего утопленную поверхность в передней режущей грани массива суперабразивного материала режущего элемента и канал для бурового раствора, проходящий сквозь режущий элемент к передней режущей грани массива суперабразивного материала.
Осуществление изобретения
Представленные чертежи не являются фактическими изображениями какого-либо конкретного бурового инструмента, бурового долота или компонентов такого инструмента или долота, а представляют собой идеализированные представления, использованные для описания вариантов выполнения настоящего изобретения.
В настоящем описании, термин "буровой инструмент" означает и включает любой инструмент, используемый для удаления материала породы и формирования скважины (например, ствола скважины) в породе посредством удаления материала породы. Буровой инструмент включает, например, долота роторного бурения (например, долота с фиксированными резцами, или "лопастные" долота, и шарошечные, или "дробящие" долота), гибридные долота, включающие одновременно фиксированные резцы и шарошечные элементы, колонковые долота, ударные долота, долота со смещенным центром, разбуриватели (включая раздвижные разбуриватели и разбуриватели с фиксированными ребрами) и другие т.н. инструменты для расширения ствола скважины.
В настоящем описании, термин "режущий элемент" означает и включает любой элемент бурового инструмента, используемый для прорезывания или разрушения иным способом материала породы, при использовании бурового инструмента для формирования или расширения ствола скважины в породе.
На фиг. 1 представлен вариант выполнения бурового инструмента в соответствии с настоящим изобретением. Буровой инструмент, показанный на фиг. 1, представляет собой долото 10 роторного бурения с фиксированными резцами, корпус 11 которого включает группу лопастей 12, выступающих наружу от корпуса 11 долота и разделенных проходами 13 для бурового раствора. Участки проходов 13 для бурового раствора, проходящие вдоль радиально направленных сторон ("периферийных" частей бурового долота 10), часто называют "канавками для выноса бурового шлама". Корпус 11 долота также включает внутреннюю камеру для бурового раствора, имеющую в основном цилиндрическую форму, и проходы для бурового раствора, выходящие сквозь корпус 11 долота на наружную поверхность корпуса 11 долота. В проходах для бурового раствора вблизи наружной поверхности корпуса 11 долота могут быть закреплены сопла 18 для управления потоками бурового раствора у бурового долота 10 в процессе бурения. На каждой из лопастей 12 установлено по несколько режущих элементов 20, различные варианты выполнения которых более подробно описаны ниже.
В процессе буровых работ, буровое долото 10 может быть присоединено к буровой колонне (не показана). Когда буровое долото 10 вращают в стволе скважины, буровой раствор может нагнетаться вниз по буровой колонне, через внутреннюю камеру и проходы для бурового раствора в корпусе 11 бурового долота 10, и выходить из бурового долота 10 сквозь сопла 18. Обломки породы, создаваемые режущими элементами 20 бурового долота 10, могут уноситься буровым раствором по проходам 13 для бурового раствора вокруг бурового долота 10, и назад вверх по стволу скважины через кольцевое пространство внутри ствола снаружи буровой колонны.
По меньшей мере один из режущих элементов 20 может иметь любую из нескольких различных конфигураций, описанных выше применительно к настоящему изобретению. В частности, по меньшей мере один из режущих элементов 20 имеет объемную режущую грань, включающую по меньшей мере один элемент, например, выемку или выступ, который может влиять на агрессивность режущего элемента, долговечность режущего элемента и степень налипания обломков породы на режущую грань режущего элемента.
В некоторых вариантах выполнения, по меньшей мере один из режущих элементов 20 на фиг. 1 может представлять собой так называемый "фигурный режущий элемент", имеющий непланарную переднюю режущую грань. Примерами таких режущих элементов могут служить элементы, показанные на фиг. 2-4.
Например, на фиг. 2 и 3 показан фигурный режущий элемент 100. Фигурный режущий элемент 100 включает подложку 102 режущего элемента и массив суперабразивного материала 104 на подложке 102. Массив суперабразивного материала 104 может содержать, например, поликристаллический алмаз (ПКА) или поликристаллический кубический нитрид бора. В тех случаях, когда массив суперабразивного материала 104 содержит алмаз, его часто называют "алмазной пластинкой". Как показано на фиг. 2 и 3, передняя режущая грань 106 массива суперабразивного материала 104 не является планарной, а имеет, скорее, куполообразную форму. Иначе говоря, профиль передней режущей грани 106 имеет сводчатую, выпуклую форму, как показано на виде поперечного сечения, представленном на фиг. 2. Кроме того, между подложкой 102 режущего элемента и массивом суперабразивного материала 104 может быть образована поверхность контакта 108. В частности, массив суперабразивного материала 104 может иметь круговую фаску 110. Круговая фаска 110 массива суперабразивного материала 104, показанного на фиг. 2 и 3, имеет единую поверхность 112 фаски, хотя круговая фаска 110 также может иметь дополнительные поверхности фаски, и эти дополнительные поверхности фаски, как известно в уровне техники, могут иметь углы скоса фаски, отличающиеся от угла скоса поверхности 112 фаски. Подложка 102 режущего элемента может, в некоторых вариантах выполнения, иметь в целом цилиндрическую форму, как показано на фиг. 2 и 3. Вместо, или вдобавок, к одной или более поверхностям фаски на круговой кромке массива суперабразивного материала, может быть использована одна или более дугообразных или скругленных кромок или частей кромки, как это известно специалистам.
Массив суперабразивного материала 104 может быть сформирован на подложке 102 режущего элемента, либо массив суперабразивного материала 104 и подложка 102 режущего элемента могут быть сформированы отдельно и затем скреплены. Подложка 102 режущего элемента может быть сформирована из материала, обладающего относительно высокой твердостью и износостойкостью. Например, подложка 102 режущего элемента может быть сформирована из металлокерамического композиционного материала (часто называемого металлокерамикой), например цементированного карбида, или включать такой материал. В частном варианте выполнения, не ограничивающем изобретение, подложка режущего элемента может содержать материал на основе карбида вольфрама, цементированного кобальтом, в котором частицы карбида вольфрама скреплены в матрице связующего металла, включающего кобальт или сплав кобальта. В качестве матричного связующего металла могут быть использованы и другие металлы, например, никель, железо и их сплавы.
Как упоминалось ранее, передняя режущая грань 106 массива суперабразивного материала 104 может включать один или более объемный элемент поверхности. В частном примере, передняя режущая грань 106 массива суперабразивного материала 104 может включать одну или более выемки, в соответствии с раскрытием в патентной заявке US 13/092396, поданной 22 апреля 2011 г. (DiGiovanni et al.), и (или) предварительной патентной заявке US 61/535766, поданной 16 сентября 2011 г. (DiGiovanni et al.). В других вариантах выполнения, передняя режущая грань 106 массива суперабразивного материала 104 может включать одну или более выемки или выступы, как это описано в настоящей заявке.
В качестве частного примера, не ограничивающего изобретение, в режущей грани 106 режущего элемента 100 может быть образована утопленная поверхность 114. Например, утопленная поверхность 114, имеющая в целом кольцевую форму, может быть образована в режущей грани 106 режущего элемента 100, как это показано на фиг. 2 и 3. Утопленная поверхность 114 может находиться вблизи круговой фаски 110 режущего элемента 100, например, вблизи поверхности 112 фаски. В некоторых вариантах выполнения, утопленная поверхность 114 может иметь дугообразную форму и быть вогнутой, как это показано на фиг. 2 и 3. Утопленная поверхность может иметь любую форму, в соответствии с другими вариантами выполнения.
В частных примерах, утопленная поверхность 114 может находиться на глубине примерно от 0,0254 до 2,54 мм в массиве суперабразивного материала 104 от передней режущей грани 106. Кроме того, утопленная поверхность 114 может иметь ширину примерно от 0,1 до 10 миллиметров, примерно от 0,5 до 8,0 миллиметров, или даже примерно от 1,0 до 5,0 миллиметров. Радиально наружная кромка утопленной поверхности 114 может быть расположена на расстоянии примерно от 0,1 до 8,0 мм от поверхности 112 фаски. Ширина круговой фаски 110 (измеренная перпендикулярно центральной оси режущего элемента 100) может составлять примерно от 0,254 до 0,483 мм. В одном частном варианте выполнения, радиально наружная кромка утопленной поверхности 114 может располагаться на расстоянии примерно 1,0 мм от поверхности 112 фаски, а ширина круговой фаски 110 может составлять примерно 0,245 мм. В другом частном варианте выполнения, радиально наружная кромка утопленной поверхности 114 может располагаться на расстоянии примерно 1,2 мм от поверхности 112 фаски, а фаска 110 может иметь ширину примерно 0,406 мм. В другом частном варианте выполнения, радиально наружная кромка утопленной поверхности 114 может быть расположена на расстоянии примерно 1,6 мм от поверхности 112 фаски, а круговая фаска 110 может иметь ширину примерно 0,483 мм.
Как показано на фиг. 2 и 3, в кольцевой конфигурации, утопленная поверхность 114 может проходить по кругу вокруг всего режущего элемента 100, относительно центральной оси режущего элемента. В других вариантах выполнения, утопленная поверхность 114 может проходить только вдоль части режущего элемента, по окружности относительно его центральной оси, и может включать криволинейные и (или) линейные сегменты. В некоторых вариантах выполнения, утопленная поверхность 114 может включать одну или более секций, имеющих форму линии провисания (например, форму гиперболического косинуса).
На фиг. 4 представлен другой вариант выполнения фигурного режущего элемента 120, имеющего непланарную режущую грань 122. Режущая грань 122 режущего элемента 120 на фиг. 4 имеет более заостренную форму по сравнению с формой режущих элементов, показанных на фиг. 2 и 3, и имеет в основном коническую боковую поверхность 124, проходящую к куполообразной концевой поверхности 126. Режущий элемент 120 также может включать подложку 128 режущего элемента и массив суперабразивного материала 130 на подложке 128. Массив суперабразивного материала 130 и подложка 128 могут соответствовать описанным выше применительно к массиву суперабразивного материала 104 и подложки 102 на фиг. 2 и 3. Размеры и форма массива суперабразивного материала 130 могут быть такими, что режущая грань 122, имеющая в целом коническую боковую поверхность 124 и в целом куполообразную концевую поверхность 126, имеет открытые поверхности суперабразивного материала 130.
Режущий элемент 120 также имеет один или более объемных элементов поверхности. В частном примере, режущая грань 122 массива суперабразивного материала 130 может включать одну или более выемки, в соответствии с раскрытием в патентной заявке US 13/092396, и (или) предварительной патентной заявке US 61/535766, поданной 16 сентября 2011 г. В других вариантах выполнения, режущая грань 122 массива суперабразивного материала 130 может включать одну или более выемку или выступ, как это было описано в настоящей заявке.
В частном примере, первая утопленная поверхность 132 и вторая утопленная поверхность 134 могут быть образованы в конической боковой поверхности 124 массива абразивного материала 130. Каждая из первой и второй утопленных поверхностей 132, 134 может быть аналогична описанной ранее утопленной поверхности 114 на фиг. 2 и 3, и может иметь дугообразную вогнутую форму, как это показано на фиг. 4. Утопленные поверхности 132, 134 могут иметь любую форму, в соответствии с другими вариантами выполнения. Утопленные поверхности 132, 134, при круглой форме режущего элемента, могут проходить вокруг всего режущего элемента 120 относительно центральной оси режущего элемента 120. В других вариантах выполнения, утопленные поверхности 132, 134 могут проходить вокруг режущего элемента 120 относительно его центральной оси, только вдоль части его окружности, и могут включать криволинейные и (или) линейные сегменты.
В дополнительных вариантах выполнения настоящего изобретения, режущие элементы, имеющие нецилиндрическую форму, включают непланарную переднюю режущую грань на массиве суперабразивного материала. Примеры таких вариантов выполнения представлены на фиг. 5-7.
На фиг. 5 и 6 представлен режущий элемент 140, имеющий в целом овальную форму (в плоскости, поперечной центральной оси режущего элемента 140). Режущий элемент 140 имеет подложку 142 и расположенный на подложке массив суперабразивного материала 144. Массив суперабразивного материала 144 имеет переднюю режущую грань 146. Массив суперабразивного материала 144 и подложка 142 могут быть аналогичны описанным ранее применительно к массиву суперабразивного материала 104 и подложке 102 на фиг. 2 и 3.
Как показано на фиг. 5 и 6, подложка 142 имеет боковую поверхность 143 овальной или эллиптической формы в плоскости, перпендикулярной центральной оси режущего элемента 140. Массив суперабразивного материала 144 также может иметь боковую поверхность 145 овальной или эллиптической формы в плоскости, перпендикулярной центральной оси режущего элемента 140. Боковая поверхность 145 массива суперабразивного материала 144 может иметь одинаковую протяженность с боковой поверхностью 143 подложки 142 и служить ее продолжением.
Режущая грань 146 массива суперабразивного материала 144 режущего элемента 140 также включают один или более объемных элементов поверхности. В качестве примера, не ограничивающего изобретения, режущая грань 146 массива суперабразивного материала 144 может включать одну или более выемки в соответствии с раскрытием в патентной заявке US 13/092396, и (или) предварительной патентной заявке US 61/535766, поданной 16 сентября 2011 г. В других вариантах выполнения, режущая грань 146 массива суперабразивного материала 144 может включать одну или более выемок или выступов, в соответствии с описанными в настоящей заявке.
В качестве частного примера, в режущей грани 146 массива абразивного материала 144 может быть определена утопленная поверхность 148. Утопленная поверхность 148 может быть аналогична ранее описанной утопленной поверхности 114 на фиг. 2 и 3. Утопленная поверхность 148, однако, может быть в основном планарной и ориентированной в целом поперек центральной оси режущего элемента 140, как это показано на фиг. 5 и 6. Утопленная поверхность 148 может иметь любую форму в соответствии с другими вариантами выполнения. В круговой конфигурации, утопленная поверхность 148 может проходить по кругу вокруг всего режущего элемента 140, вокруг его центральной оси. В других вариантах выполнения, утопленная поверхность 140 может проходить вокруг только части режущего элемента 140, вокруг его центральной оси, и может включать криволинейные и (или) линейные сегменты.
Хотя режущий элемент 140 на фиг. 5 и 6 имеет овальную или эллиптическую форму в плоскости поперек центральной оси режущего элемента, другие варианты выполнения режущих элементов могут иметь любую другую форму, включая круглую форму, треугольную форму, прямоугольную форму, надгробного камня и др., в плоскости поперек центральной оси режущих элементов.
На фиг. 7 представлен вид сверху, аналогичный виду на фиг. 6, показывающий другой режущий элемент 150 треугольной формы в плоскости поперек центральной оси режущего элемента 150. Режущий элемент 150 может включать подложку (не показана) и расположенный на подложке массив суперабразивного материала 154. Массив суперабразивного материала 154 включает переднюю режущую грань 156. Массив суперабразивного материала 154 и подложка могут быть аналогичны ранее описанным применительно к массиву суперабразивного материала 104 и подложке 102, показанных на фиг. 2 и 3. Подложка и массив суперабразивного материала 154 каждая могут включать боковую поверхность, имеющую в целом треугольную форму в плоскости поперек центральной оси режущего элемента 150 (т.е., в плоскости изображения на фиг. 7).
Режущая грань 156 массива суперабразивного материала 154 режущего элемента 150 также включает один или более объемных элементов поверхности. В качестве не ограничивающего изобретение примера, режущая грань 156 массива суперабразивного материала 154 может включать одну или более выемок в соответствии с раскрытием в патентной заявке US 13/092396, и (или) предварительной патентной заявке US 61/535766, поданной 16 сентября 2011 г. В других вариантах выполнения, режущая грань 156 массива суперабразивного материала 154 может включать одну или более выемок или выступов, в соответствии с настоящей заявкой.
В качестве частного примера, в режущей грани 156 массива абразивного материала может быть определена утопленная поверхность 158. Утопленная поверхность 158 может быть в основном планарной и ориентированной по меньшей мере в целом поперек центральной оси режущего элемента 150, как показано на фиг. 7. Утопленная поверхность 158 может проходить вдоль треугольной траектории вблизи наружной режущей кромки треугольного режущего элемента 150, и может в целом иметь своим центром центральную ось режущего элемента 150, как показано на фиг. 7. Утопленная поверхность 158 может иметь любую другую форму, в соответствии с другими вариантами выполнения.
Утопленная поверхность 114 на фиг. 2 и 3, утопленные поверхности 132 и 134 на фиг. 4 и утопленная поверхность 148 на фиг. 5 и 6 имеют криволинейную форму. Режущий элемент 150 на фиг. 7 включает утопленную поверхность 158 с линейными сегментами. Таким образом, режущие элементы, в соответствии с настоящим изобретением, могут включать элементы на передней режущей грани массива суперабразивного материала, при этом эти элементы включают одну или более линейных утопленных поверхностей, или утопленные поверхности, имеющие один или более линейных сегментов. Другие примеры подобных вариантов выполнения иллюстрируются на фиг. 8-10.
На фиг. 8 представлен режущий элемент 160, содержащий массив суперабразивного материала 164. Режущий элемент 160 может включать подложку (не показана) и расположенный на подложке массив суперабразивного материала 164. Массив суперабразивного материала 164 имеет переднюю режущую грань 166. Массив суперабразивного материала 164 и подложка могут быть аналогичны описанным ранее массиву суперабразивного материала 104 и подложке 102 на фиг. 2 и 3. Режущая грань 166 массива суперабразивного материала 164 режущего элемента 160 также имеют один или более объемных элементов поверхности, включающих по меньшей мере один линейный сегмент. В качестве частного, не ограничивающего изобретение, примера, режущая грань 166 массива суперабразивного материала 164 может включать одну или более выемок, аналогичных описанным выше, но которые включают по меньшей мере один линейный сегмент. В качестве частного примера, в режущей грани 166 массива суперабразивного материала 164 могут быть образованы первая утопленная поверхность 168 и вторая утопленная поверхность 170. Утопленные поверхности 168, 170 могут иметь зигзагообразную форму в диаметральной плоскости, поперечной центральной оси режущего элемента 160, как показано на фиг. 8. Таким образом, каждая утопленная поверхность 168, 170 включает первый линейный сегмент с первой стороны вершины зигзагообразной утопленной поверхности 168, 170, и второй линейный сегмент со второй стороны вершины зигзагообразной утопленной поверхности 168, 170. Вершина каждой зигзагообразной утопленной поверхности 168, 170 может быть расположена на линии, пересекающей центральную ось режущего элемента, как это показано на фиг. 8. При этом, в некоторых вариантах выполнения, зигзагообразная утопленная поверхность 168, 170 может быть симметричной относительно оси. В некоторых вариантах выполнения, зигзагообразная утопленная поверхность 168, 170 может и не быть симметрична относительно оси. В варианте выполнения, показанном на фиг. 8, утопленные поверхности 168, 170 по меньшей мере в основном расположены на одной половине передней режущей грани 166 массива суперабразивного материала 164, а вершина каждой зигзагообразной поверхности 168, 170 направлена по радиусу внутрь в сторону противоположной половины передней режущей грани 166 массива суперабразивного материала 164.
На фиг. 9 представлен другой вариант выполнения режущего элемента 180, в целом аналогичного режущему элементу 160, показанному на фиг. 8. Режущий элемент 180 может включать подложку (не показано) и расположенный на подложке массив суперабразивного материала. Массив суперабразивного материала 184 имеет переднюю режущую грань 186. Массив суперабразивного материала 184 и подложка могут быть аналогичны ранее описанным массиву суперабразивного материала 104 и подложке 102, показанным на фиг. 2 и 3. Режущая грань 186 массива суперабразивного материала 184 режущего элемента 180 также включает первую утопленную поверхность 188 и вторую утопленную поверхность 190, образованные в режущей грани 186 массива абразивного материала 184. Утопленные поверхности 188, 190 имеют зигзагообразную форму в диаметральной плоскости, поперечной центральной оси режущего элемента 180, как показано на фиг. 9. Таким образом, каждая утопленная поверхность 188, 190 включает первый линейный сегмент с первой стороны вершины зигзагообразной утопленной поверхности 188, 190, и второй линейный сегмент со второй стороны вершины зигзагообразной утопленной поверхности 188, 190. Вершина каждой зигзагообразной утопленной поверхности 188, 190 может быть расположена на линии, пересекающей центральную ось режущего элемента, как это показано на фиг. 9. В варианте выполнения, показанном на фиг. 9, утопленные поверхности 188, 190 по меньшей мере в основном расположены на одной половине передней режущей грани 186 массива суперабразивного материала 184, а вершина каждой зигзагообразной поверхности 188, 190 направлена по радиусу наружу от центральной оси режущего элемента 180.
На фиг. 10 представлен другой вариант выполнения режущего элемента 200, который может включать подложку (не показана) и расположенный на подложке массив суперабразивного материала 204. Массив суперабразивного материала 204 имеет переднюю режущую грань 206. Массив суперабразивного материала 204 и подложка могут быть аналогичны ранее описанным массиву суперабразивного материала 104 и подложке 102, показанным на фиг. 2 и 3. Режущая грань 206 массива суперабразивного материала 204 режущего элемента 200 также включает первую линейную утопленную поверхность 208 и вторую линейную утопленную поверхность 210, образованные в режущей грани 206 массива суперабразивного материала 204. Утопленные поверхности 208, 210 проходят линейно через режущую грань 206 массива суперабразивного материала 204, как это показано на фиг. 10. Утопленные поверхности 208, 210 могут проходить в основном параллельно друг другу, как это показано на фиг. 10. В других вариантах выполнения, они могут располагаться под углом друг к другу.
Режущие элементы вариантов выполнения, показанных на фиг. 8-10, каждый включают две утопленные поверхности. В других вариантах выполнения, любой из режущих элементов может включать одну, три или любое число утопленных поверхностей в режущей грани массива суперабразивного материала. Кроме того, в вариантах выполнения режущих элементов, включающих две или более режущих поверхностей в режущей грани массива суперабразивного материала, утопленные поверхности могут располагаться на одинаковой, общей глубине внутри массива суперабразивного материала, либо утопленные поверхности могут располагаться на разной глубине в массиве суперабразивного материала. Помимо этого, в вариантах выполнения режущих элементов, включающих две или более утопленные поверхности в режущей грани массива суперабразивного материала, утопленные поверхности могут иметь одинаковую форму поперечного сечения, либо они могут иметь разную форму поперечного сечения.
В других вариантах выполнения режущих элементов в соответствии с настоящим изобретением, режущие элементы могут включать элементы, расположенные в передней режущей грани массива суперабразивного материала, при этом элементы проходят, в основном, по всей режущей грани. На фиг. 11 и 12 приведены примеры таких вариантов выполнения.
На фиг. 11 представлен другой вариант выполнения режущего элемента 220, который может включать подожку (не показана) и расположенный на подложке массив суперабразивного материала 224. Массив суперабразивного материала 224 имеет переднюю режущую грань 226. Массив суперабразивного материала 224 и подложка могут быть аналогичны ранее описанным массиву суперабразивного материала 104 и подложке 102, показанным на фиг. 2 и 3. Режущая грань 226 массива суперабразивного материала 224 режущего элемента 220 также включают группу линейных утопленных поверхностей 228, образованных в режущей грани 226 массива абразивного материала 224. Утопленные поверхности 228 проходят линейно по режущей грани 226 массива суперабразивного материала 224, как показано на фиг. 11. Утопленные поверхности 228 могут проходить по меньшей мере в основном параллельно друг другу, как показано на фиг. 11. В других вариантах выполнения, они могут располагаться под углом друг к другу. Например, в другом варианте выполнения, каждая из утопленных поверхностей 228 может проходить в радиальном направлении от точки вблизи центральной оси режущего элемента к наружной боковой кромке режущего элемента, в конфигурации, напоминающей спицы колеса.
На фиг. 12 представлен другой вариант выполнения режущего элемента 240, который может включать подожку (не показана) и расположенный на подложке массив суперабразивного материала 244. Массив суперабразивного материала 244 имеет переднюю режущую грань 246. Массив суперабразивного материала 244 и подложка могут быть аналогичны ранее описанным массиву суперабразивного материала 104 и подложке 102, показанным на фиг. 2 и 3. Режущая грань 246 массива суперабразивного материала 244 режущего элемента 240 также включают группу линейных утопленных поверхностей 248, образованных в режущей грани 246 массива абразивного материала 244. Утопленные поверхности 248 каждая представляют собой отдельную выемку прямоугольной формы. Утопленные поверхности 248 отделены друг от друга в поперечном направлении. Утопленные поверхности 248 расположены по всей режущей грани 246 массива суперабразивного материала 244, как показано на фиг. 12. В некоторых вариантах выполнения, утопленные поверхности 248 могут быть расположены в виде упорядоченной группы, например, нескольких рядов и столбцов, как показано на фиг. 12. В других вариантах выполнения, они могут быть хаотично расположены по грани 246 массива суперабразивного материала 244.
В качестве примера, не ограничивающего изобретение, утопленные поверхности на фиг. 11 и 12 могут иметь средние размеры поперечного сечения примерно от 0,1 мкм до 500 мкм, от 10,0 мкм до 400 мкм, или даже от 100 мкм до 300 мкм.
В вариантах выполнения режущих элементов, описанных со ссылкой на фиг. 2-12, непланарные передние режущие грани на массивах суперабразивных материалов включают выемки, проходящие в массивы суперабразивного материала от главной поверхности массивов суперабразивного материала. В других вариантах выполнения настоящего изобретения, режущие элементы могут включать непланарные передние режущие грани на массивах суперабразивного материала, имеющие выступы, проходящие наружу от главных поверхностей массивов суперабразивного материала. Например, другие варианты выполнения настоящего изобретения включают режущие элементы, например, аналогичные показанным на фиг. 2-12, но имеющие выступы вместо утопленных поверхностей. Геометрия поперечного сечения выступов может представлять собой зеркальное отражение выемок относительно поверхностей, образуемых передними режущими гранями массивов суперабразивного материала. Другие примеры режущих элементов, включающие выступы, отходящие наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала, описаны ниже со ссылкой на фиг. 13-15.
На фиг. 13 представлен другой вариант выполнения режущего элемента 260, который может включать подложку (не показана) и расположенный на подложке массив суперабразивного материала 264. Массив суперабразивного материала 264 имеет переднюю режущую грань 266. Массив суперабразивного материала 264 и подложка могут быть аналогичны ранее описанным массиву суперабразивного материала 104 и подложке 102, показанным на фиг. 2 и 3. Режущая грань 266 массива суперабразивного материала 264 режущего элемента 260 также включают группу выступов 268, отходящих наружу от режущей грани 266 массива абразивного материала 264. Как показано на фиг. 13, каждый из выступов 268 может проходить в целом по спирали от точки вблизи центральной оси режущего элемента 260 к круговой наружной границе режущего элемента 260. В других вариантах выполнения, каждый выступ 268 может иметь в целом планарную наружную поверхность. Кроме того, в варианте выполнения, представленным на фиг. 13, ширина каждого из выступов 268 увеличивается в направлении вдоль выступа 268 от точки вблизи центральной оси режущего элемента 260 к круговой наружной границе режущего элемента 260. В других вариантах выполнения, ширина каждого выступа 268 может быть постоянной, либо может уменьшаться в направлении вдоль выступа 268 от точки вблизи центральной оси режущего элемента 260 к круговой наружной границе режущего элемента 260. Режущий элемент 260 имеет пять (5) выступов, но в других вариантах выполнения может быть один или более выступов. Например, в другом варианте может быть единственный выступ, аналогичный выступу 268, проходящий по спирали от точки вблизи центральной оси режущего элемента 260 к круговой наружной границе режущего элемента 260. Такой единственный спиральный выступ может выполнить менее одного полного оборота, проходя по спирали вокруг центральной оси режущего элемента 260, либо он может выполнить один или более полный оборот. В других вариантах выполнения, могут быть сформированы режущие элементы, аналогичные описанным со ссылкой на фиг. 13, имеющие утопленные поверхности вместо выступов 268, при этом геометрия утопленных поверхностей представляет собой зеркальное отражение выступов относительно поверхности режущей грани 266 массива суперабразивного материала 264, либо чередующиеся выступы и выемки, как это было описано ранее.
Для совмещения оси z с центральной осью режущего элемента 260 может быть использована Декартова система координат с осями х, у, z (оси составляют прямой угол друг с другом). Плоскости, определяемые направлениями осей х-у, x-z, y-z, представляют собой ортогональные плоскости. Эта координатная система также может быть использована для задания положения центра (т.е., пересечения осей х, у, z) на центральной оси. В некоторых вариантах выполнения, выступы 268 могут обладать вращательной асимметрией относительно оси z. В некоторых вариантах выполнения, выступы 268 могут обладать отражательной асимметрией (также называемой зеркальной асимметрией, асимметрией зеркального отображения и двухсторонней асимметрией) вокруг по меньшей мере двух из плоскостей х-у, x-z, y-z. Другими словами, первая половина выступов 268 может не представлять собой симметричной зеркальной проекции изображении второй половины выступов 268, разделенных по меньшей мере двумя из плоскостей х-у, x-z, y-z. В других вариантах выполнения, асимметричные выступы 268 могут обладать отражательной асимметрией относительно каждой из плоскостей х-у, x-z, y-z. Кроме того, асимметричные выступы 268 могут обладать комбинацией вращательной и отражательной асимметрии. Помимо этого, асимметричные выступы 268 могут обладать вращательной и отражательной асимметрией относительно всех плоскостей и осей, пересекающихся с подложкой 48. Выступы и (или) выемки на передней режущей грани в других вариантах режущих элементов, описанных выше и далее, могут аналогично обладать такой асимметрией.
На фиг. 14 и 15 представлен другой вариант выполнения режущего элемента 280, имеющего выступы, отходящие наружу от его режущей грани. Режущий элемент 280 может включать подложку 282 и массив суперабразивного материала 284 на подложке 282. Массив суперабразивного материала 284 имеет переднюю режущую грань 286. Массив суперабразивного материала 284 и подложка могут быть аналогичны описанным ранее массиву суперабразивного материала 104 и подложке 102, показанным на фиг. 2 и 3. Режущая грань 286 массива суперабразивного материала 284 режущего элемента 280 также имеет несколько выступов 288, отходящих наружу от режущей грани 286 массива абразивного материала 284. Как показано на фиг. 14 и 15, каждый из выступов 288 может представлять собой отдельный выступ 288, отделенный в поперечном направлении от других выступов 288. Выступы могут быть расположены упорядоченной группой по режущей грани 286, либо их расположение по режущей грани 286 может быть хаотичным. В вариантах выполнения на фиг. 14 и 15, каждый из выступов 288 имеет скругленную наружную поверхность, которая может составлять часть сферы (например, полусферу). В других вариантах выполнения, выступы 288 могут иметь другие формы. В других вариантах выполнения, режущие элементы, описанные со ссылкой на фиг. 14 и 15, могут быть сформированы с использованием утопленных поверхностей, геометрия которых представляет собой зеркальное изображение выступов, отраженных от поверхности режущей грани 286 массива суперабразивного материала 284.
В других вариантах выполнения настоящего изобретения, режущие элементы, имеющие выемки и (или) выступы на режущей грани массива суперабразивного материала, например, режущие элементы, описанные выше со ссылкой на фиг. 2-15, также могут включать одну или более утопленные поверхности, проходящие в боковой поверхности массива суперабразивного материала. Частный пример такого режущего элемента описан ниже со ссылкой на фиг. 16 и 17.
На фиг. 16 и 17 представлен режущий элемент 300, имеющий подложку 302 и расположенный на ней массив суперабразивного материала 304. Массив суперабразивного материала 304 имеет переднюю режущую грань 306. Массив суперабразивного материала 304 и подложка 302 могут быть аналогичны ранее описанным массиву суперабразивного материала 104 и подложке 102 фиг. 2 и 3. Как показано на фиг. 16 и 17 подложка 302 имеет боковую поверхность 303, а массив суперабразивного материала 304 имеет боковую поверхность 305. Боковая поверхность 305 массива суперабразивного материала 304 может иметь одинаковую протяженность с боковой поверхностью 303 подложки 302 и служить ее продолжением. Режущая грань 306 массива суперабразивного материала 304 режущего элемента 300 также включает один или более объемных элементов поверхности. В качестве одного частного примера, в режущей грани 306 массива абразивного материала 304 может быть образована утопленная поверхность 308. Утопленная поверхность 308 может быть аналогична ранее описанной утопленной поверхности 148 на фиг. 5 и 6. Утопленная поверхность 308 может иметь любую другую форму, описанную здесь со ссылкой на другие варианты выполнения, а режущий элемент 300 может иметь один или более выступов, отходящих наружу от режущей грани 306, вместо утопленной поверхности 308, либо в дополнение к утопленной поверхности 308.
Как показано на фиг. 16 и 17, режущий элемент 300 также имеет по меньшей мере одну утопленную поверхность 310, проходящую в массив суперабразивного материала 304 от боковой поверхности 305 массива суперабразивного материала 304. В некоторых вариантах выполнения, утопленная поверхность 310 может проходить по окружности вокруг всего бокового контура массива суперабразивного материала 304. В вариантах выполнения, представленных на фиг. 16 и 17, утопленная поверхность 310 имеет дугообразную форму поперечного сечения. В других вариантах выполнения, утопленная поверхность 310 может быть образована несколькими поверхностями, планарными в одном направлении (например, вертикальное или горизонтальное направление в плоскости чертежа на фиг. 16). Как показано на фиг. 16 и 17, утопленная поверхность 310 может проходить только в массив суперабразивного материала 304, но ни в какую из частей подложки 302. В других вариантах выполнения, часть утопленной поверхности 310 также может входить в подложку 302. Другими словами, утопленная поверхность 310 может проходить через поверхность контакта между массивом суперабразивного материала 304 и подложкой 302.
Утопленная поверхность 310 может способствовать формированию радиально выступающей кромки на пятне износа, формируемом на режущем элементе в процессе бурения. Такая радиально выступающая кромка, часто называемая "губой среза", может приводить к концентрации напряжений в областях породы вблизи этой губы среза, которые срезаются и удаляются режущим элементом в процессе бурения. В результате такой концентрации напряжений, вызванной наличием упомянутой кромки на пятне износа и ее проникновением в породу, повышается эффективность резания.
Режущие элементы в соответствии с настоящим изобретением, например, любой из режущих элементов, описанных со ссылкой на фиг. 2-17, могут быть сформированы с одним или более каналами для бурового раствора, проходящими через режущий элемент к режущей грани на массиве суперабразивного материала. Пример такого режущего элемента описан ниже со ссылкой на фиг. 18.
На фиг. 18 представлен вид поперечного сечения режущего элемента 320, в основном аналогичного режущему элементу 100 на фиг. 2 и 3. Режущий элемент 320 имеет подложку 322 и расположенный на ней массив суперабразивного материала 324. Массив суперабразивного материала 324 включает выпуклую переднюю режущую грань 326. Массив суперабразивного материала 324 и подложка 322 могут быть аналогичны массиву суперабразивного материала 104 и подложке 102, описанным ранее со ссылкой на фиг. 2 и 3. Как показано на фиг. 18, подложка 322 имеет боковую поверхность 323, а массив суперабразивного материала 324 имеет боковую поверхность 325. Боковая поверхность 325 массива суперабразивного материала 324 может иметь одинаковую протяженность с боковой поверхностью 323 подложки 322 и служить ее продолжением. Режущая поверхность 326 массива суперабразивного материала 324 режущего элемента 320 также имеет один или более объемные элементы поверхности. В качестве одного частного примера, в режущей грани 326 массива абразивного материала 324 может быть образована утопленная поверхность 328. Утопленная поверхность 328 может быть аналогична утопленной поверхности 114, ранее описанной со ссылкой на фиг. 2 и 3. Утопленная поверхность 328 может иметь любую другую форму, в соответствии с описанными здесь другими вариантами выполнения, а режущий элемент 320 может иметь один или более выступов, отходящих наружу от режущей грани 326, вместо утопленной поверхности 328, либо вдобавок к утопленной поверхности 328.
Как показано на фиг. 18, режущий элемент 320 также имеет канал 330 для бурового раствора. Канал 330 для бурового раствора может быть использован для обеспечения протекания через него бурового раствора к режущей грани 326 при использовании режущего элемента 320 для бурения, при этом поток бурового раствора способствует удалению от режущей грани 326 обломков породы. Благодаря этому, затрудняется или предотвращается прилипание обломков породы к режущей грани 326, и снижается вероятность образования сальника на буровом долоте или другом инструменте, к которому прикреплен режущий элемент 320. Канал 330 для бурового раствора может быть совмещен со связанным с ним соответствующим каналом для бурового раствора, проходящим сквозь корпус бурового инструмента, например, долота роторного бурения, аналогичного описанному ранее со ссылкой на фиг. 1, поэтому часть бурового раствора, нагнетаемого через корпус бурового инструмента в процессе бурения, будет протекать через канал 330 для бурового раствора, проходящий через режущий элемент 320.
Как показано на фиг. 18, канал 330 для бурового раствора проходит сквозь подложку 322 и через массив суперабразивного материала 324 к передней режущей грани 326 массива суперабразивного материала 324. В некоторых вариантах выполнения, канал для бурового раствора может проходить вдоль центральной оси режущего элемента 320, хотя в других вариантах выполнения, канал 330 для бурового раствора может быть расположен в любом месте внутри режущего элемента 320. Канал 330 для бурового раствора может быть прямым или криволинейным. Режущий элемент 320, показанный на фиг. 18, включает единственный канал 330 для бурового раствора. В других вариантах выполнения, через режущий элемент 320 к режущей грани 326 проходит несколько относительно небольших каналов 330 для бурового раствора.
Режущие элементы, включающие массивы суперабразивного материала, обладающего признаками, описанными выше, могут быть изготовлены с использованием любых способов. Как известно в уровне техники, массив суперабразивного материала может быть сформирован процессом ВТВД (высокая температура, высокое давление) спекания суперабразивных кристаллов (например, кристаллов алмаза или кубического нитрида бора), в ходе которого между кристаллами формируются прямые межкристаллические атомные связи. Для содействия формированию межкристаллических атомных связей может использоваться катализатор, например, катализатор на основе раствора металла (например, кобальта, железа, никеля или сплава одного или более таких металлов). В таком ВТВД процессе спекания, кристаллы помещаются внутри контейнера, после чего подвергаются воздействию высоких температур (например, температур, превышающих примерно 1300°С) и повышенных давлений (например, давлений, превышающих примерно 5 ГПа). Прессы для проведения таких ВТВД процессов спекания имеются на рынке.
Выемки и (или) выступы на режущей грани (и, в частности, боковой поверхности) массива поликристаллического алмазного материала могут быть сформированы непосредственно в ходе ВТВД процесса спекания. Например, внутри контейнера, в котором кристаллы суперабразивного материала должны быть подвергнуты процессу ВТВД спекания, может быть в нужном месте помещена вставка, геометрия которой соответствует выемке, которая должна быть сформирована в массиве суперабразивного материала. Вставка может содержать материал, сохраняющий свою форму в ходе всего ВТВД процесса спекания, и который не будет ухудшать окружающий его суперабразивный материал или как-то негативно влиять на его свойства в ходе ВТВД процесса спекания. В качестве примера, не ограничивающего изобретение, вставка может содержать керамику, например оксид (например, оксид магния (MgO)). Суперабразивные кристаллы могут быть помещены внутри контейнера вокруг вставки. В частности, внутри контейнера рядом с суперабразивными кристаллами может быть помещена подложка, например, подложка 102, показанная на фиг. 2 и 3. Каталитический материал может использоваться из подложки, либо может находиться в суперабразивных кристаллах в форме, например, порошкового каталитического материала. Контейнер может быть подвергнут ВТВД процессу спекания вместе со вставкой, суперабразивными кристаллами и, при необходимости, находящейся там подложкой, для спекания суперабразивных кристаллов и формирования массива суперабразивного материала внутри контейнера и вокруг вставки. После завершения ВТВД процесса спекания, вставка может быть удалена для формирования выступов или выемок на поверхностях массива суперабразивного материала или в них. В альтернативном варианте, вставка может быть оставлена нетронутой на массиве суперабразивного материала, или в нем. При использовании получившегося режущего элемента для бурения, материал вставки будет стираться и (или) изнашиваться относительно быстро на первом же этапе работы, в результате чего останется режущий элемент, включающий массив суперабразивного материала, выемки и (или) выступы, описанные выше.
В другом примере способа, который может быть использован для формирования выемок и (или) выступов на режущей грани массива суперабразивного материала, массив суперабразивного материала может быть сформирован на поверхности первой расходуемой подложки в ВТВД процессе спекания. Поверхность первой расходуемой подложки, на которой формируется массив суперабразивного материала, может иметь такие размеры, форму и конструкцию, что поверхность контакта между массивом суперабразивного материала и первой расходуемой подложкой имеет размеры, форму и конструкцию требуемой передней режущей грани в массиве суперабразивного материала. После формирования массива суперабразивного материала, он может быть отделен от первой расходуемой подложки, перевернут и прикреплен ко второй подложке для формирования режущего элемента. При переворачивании суперабразивного материала, поверхность массива суперабразивного материала, которая находилась на поверхности контакта с первой расходуемой подложкой, становится передней режущей гранью массива суперабразивного материала при прикреплении массива суперабразивного материала ко второй подложке. Массив суперабразивного материала может быть прикреплен ко второй подложке посредством, например, пайки тугоплавким припоем, либо помещением массива суперабразивного материала на вторую подложку в контейнере и воздействием на массив суперабразивного материала и вторую подложку другим ВТВД процессом спекания для спекания массива суперабразивного материала со второй подложкой. Вторая подложка может представлять собой подложку из цементированного карбида вольфрама, или другой массив суперабразивного материала (например, поликристаллический алмаз).
В других вариантах выполнения, выемки и (или) выступы, сформированные в поверхностях массива суперабразивного материала, как это описано применительно к режущим элементам со ссылками на фиг. 2-18, могут быть сформированы в массиве суперабразивного материала и (или) на нем, после формирования суперабразивного материала в ВТВД процессе спекания. Например, массив суперабразивного материала без каких-либо подобных выемок и (или) выступов может быть изготовлен с использованием ВТВД процесса спекания, описанного выше, после чего выемки и (или) выступы могут быть сформированы в массиве суперабразивного материала, или на нем.
Например, для удаления заданных, ограниченных областей массива суперабразивного материала может быть использовано лазерное выжигание, посредством которого могут быть сформированы выемки и (или) выступы описанные в настоящем раскрытии, в массиве суперабразивного материала, или на нем. В другом примере, для удаления заданных, ограниченных областей массива суперабразивного материала может быть использована электроискровая обработка, посредством которой могут быть сформированы выемки и (или) выступы, описанные в настоящем раскрытии, в массиве суперабразивного материала, или на нем. Для удаления заданных, ограниченных областей массива суперабразивного материала может быть использована механическая обработка, посредством которой могут быть сформированы выемки и (или) выступы. Такие процессы механической обработки включают, например, фрезерование, токарную обработку, шлифование и др. В других вариантах выполнения, для разрушения и ослабления заданных, ограниченных областей массива суперабразивного материала может быть использован лазер, после чего могут быть использованы один или более процессов механической обработки для удаления разрушенных и ослабленных областей массива суперабразивного материала.
В частности, любой каталитический материал, находящийся в межкристаллических промежутках между суперабразивными кристаллами в массиве суперабразивного материала любого из режущих элементов, описанных выше со ссылкой на фиг. 2-18, может быть удален из массива суперабразивного материала после ВТВД процесса, как это известно в уровне техники. Например, для удаления материала катализатора из межкристаллических промежутков между скрепленными друг с другом кристаллами массива суперабразивного материала может быть использовано выщелачивание. В качестве частного примера, не ограничивающего изобретение, массив суперабразивного материала может быть подвергнут выщелачиванию с использованием выщелачивателя и процесса, например, более полно описанного в US 5127923 (Bunting et al.), выданном 7 июля 1992 г., и US 4224380 (Bovenkerk et al.), выданном 23 сентября 1980 г. В частности, для по существу полного удаления материала катализатора из межкристаллических промежутков между скрепленными друг с другом кристаллами массива суперабразивного материала может быть использована царская водка (смесь концентрированной азотной кислоты (HNO3) и концентрированной соляной кислоты (НСl)). Также известно использование в качестве выщелачивателей кипящей соляной кислоты (НСl) и кипящей плавиковой кислоты (HF). Одним подходящим выщелачивателем является соляная кислота (НСl) при температуре 110°С или более, которой может обрабатываться массив суперабразивного материала в течение примерно от 2 до 60 часов, в зависимости от размера массива суперабразивного материала. После выщелачивания массива суперабразивного материала, межкристаллические промежутки между скрепленными друг с другом кристаллами внутри массива суперабразивного материала могут быть по меньшей мере в основном свободны от материала катализатора, использованного для катализа формирования межкристаллических связей между суперабразивными кристаллами. В некоторых вариантах выполнения, выщелачивание может выборочно применяться к конкретным областям алмазной пластинки, и не применяться к другим областям. Например, в некоторых вариантах выполнения, на область одной или более наружных поверхностей массива суперабразивного материала может быть наложена маска, и только не закрытые маской области могут быть подвергнуты выщелачиванию. Например, подвергнутые выщелачиванию области могут включать выбранные области массива суперабразивного материала вблизи передней режущей грани массива суперабразивного материала, и (или) выбранные области массива суперабразивного материала вблизи боковых поверхностей массива суперабразивного материала.
Поверхности массива внутри выемок в массиве суперабразивного материала могут быть, или могут не быть подвергнуты выщелачиванию. Например, в некоторых вариантах выполнения, области массива суперабразивного материала, открытые на режущей грани и (или) боковой поверхности массива суперабразивного материала могут быть выщелочены, а выемки, проходящие в режущую грань и (или) боковую поверхность массива суперабразивного материала, могут быть замаскированы от воздействия выщелачивателя с тем, чтобы предотвратить воздействие выщелачивателя на области суперабразивного материала, открытые внутри выемок. Например, перед воздействием выщелачивателем на массив суперабразивного материала, внутри выемок может быть помещена полимерная смола, устойчивая к воздействию выщелачивателя. После выщелачивания, полимерная смола может быть удалена из выемок в массиве суперабразивного материала, например, пескоструйной или дробеструйной обработкой, шлифованием, химическим травлением и др.
Кроме того, одна или более из наружных, открытых поверхностей массива суперабразивного материала любого из режущих элементов, описанных выше со ссылками на фиг. 2-18, могут быть физически модифицированы, например, шлифовкой или полировкой. Например, наружная поверхность массива суперабразивного материала может иметь уменьшенную шероховатость поверхности, как, например, описано в US 6145608 (Lund et al.), выданном 14 ноября 2000 г.; US 5653300 (Lund et al.), выданном 5 августа 1997 г.; и US 5447208 (Lund et al.), выданном 5 сентября 1995 г. В частном примере, не ограничивающем изобретение, по меньшей мере часть передней режущей грани массива суперабразивного материала может быть отполирована до СКВ шероховатости примерно 0,5 микродюйма (примерно 0,0127 мкм) или менее.
Представляется, что режущие элементы, имеющие выемки и (или) выступы в передней режущей грани, описанные в настоящем раскрытии, обладают одним или более из ряда различных преимуществ, при использовании этих режущих элементов при буровых работах.
Например, как было описано в упомянутой выше патентной заявке US 13/092396, такие выемки и (или) выступы могут быть использованы для получения заданной изменяемой агрессивности режущего элемента (например, эффективного переднего угла) во время бурения как функцию глубины резания породы режущим элементом. Таким образом, агрессивностью резания можно выборочно управлять, избирательно управляя глубиной резания породы режущим элементом, которой может управлять оператор бурения, изменяя так называемую осевую нагрузку на долото (ОННД).
Кроме того, как описано в упомянутой выше предварительной патентной заявке US 61/535766, такие выемки и (или) выступы также могут быть использованы для снижения налипания обломков породы на переднюю режущую грань режущего элемента и вероятности образования сальника и сохранения эффективности удаления обломков породы при использовании в буровых работах.
Кроме того, наличие таких выемок и (или) выступов позволяет управлять (например, снижать) тепловой энергией в массиве суперабразивного материала в процессе бурения, которая может способствовать деградации суперабразивного материала. Хотя механизм или механизмы, обеспечивающие такое снижение тепловой энергии, полностью не понятны, считается, что это снижение тепловой энергии может быть по меньшей мере отчасти обусловлено увеличенной поверхностью массива суперабразивного материала из-за наличия выемок и (или) выступов, и (или) благодаря изменению величины и (или) распределения сжимающих или срезающих сил внутри массива поликристаллического алмаза, сообщаемых ему породой при прорезывании породы режущим элементом, а также величины и распределения остаточных напряжений в массиве суперабразивного материала. Такое изменение величины и (или) распределения сжимающих или срезающих сил/остаточных напряжений внутри массива поликристаллического алмаза, может быть следствием изменения геометрии поверхности контакта между массивом поликристаллического алмаза и породой, когда глубина резания режущего элемента влияет на положение выемок и (или) выступов на поверхности контакта между породой и передней режущей гранью массива суперабразивного материала.
Для достижения одного или более преимуществ, описанных выше, могут быть использованы варианты выполнения режущих элементов, предложенных в настоящем изобретении.
Ниже представлены дополнительные частные примеры вариантов выполнения настоящего изобретения.
Вариант 1: Фигурный режущий элемент для бурового инструмента, включающий: подложку; массив суперабразивного материала, расположенный на подложке, имеющий непланарную переднюю режущую грань и боковую поверхность; и по меньшей мере выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступ, отходящий наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала.
Вариант 2: Фигурный режущий элемент, согласно Варианту 1, в котором непланарная передняя режущая грань имеет куполообразную форму.
Вариант 3: Фигурный режущий элемент согласно Варианту 1 и Варианту 2, в котором непланарная передняя режущая грань имеет заостренную форму, имеющую в основном коническую боковую поверхность и куполообразный конец.
Вариант 4: Фигурный режущий элемент согласно Варианту 3, в котором по меньшей мере выемка, проходящая в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступ, отходящий наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала, включает по меньшей мере одну выемку, проходящую в в основном коническую боковую поверхность.
Вариант 5: Фигурный режущий элемент согласно Варианту 4, в котором по меньшей мере одна выемка, проходящая в в основном коническую боковую поверхность, имеет кольцевую форму, и проходит по существу целиком вокруг центральной оси фигурного режущего элемента.
Вариант 6: Режущий элемент для бурового инструмента, включающий: подложку; массив суперабразивного материала, расположенный на подложке, имеющий переднюю режущую грань и боковую поверхность; и по меньшей мере выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступ, отходящий наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала, при этом по меньшей мере выемка или выступ включают по меньшей мере один линейный сегмент, проходящий линейно по передней режущей грани в направлении по меньшей мере в основном поперек центральной оси режущего элемента.
Вариант 7: Режущий элемент согласно Варианту 6, в котором по меньшей мере выемка, проходящая в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступ, отходящий наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала, включает по меньшей мере одну выемку, проходящую от передней режущей грани в массив суперабразивного материала.
Вариант 8: Режущий элемент согласно Варианту 7, в котором по меньшей мере одна выемка имеет зигзагообразную форму.
Вариант 9: Режущий элемент согласно Варианту 7 или Варианту 8, в котором по меньшей мере одна выемка включает две выемки, проходящие по меньшей мере в основном параллельно одна другой по передней режущей грани.
Вариант 10: Режущий элемент согласно любому из Вариантов 7-9, в котором по меньшей мере одна выемка включает несколько выемок, распределенных по меньшей мере в основном по всей передней режущей грани режущего элемента.
Вариант 11: Режущий элемент согласно Вариантам 6-9, в котором подложка имеет по меньшей мере одну боковую поверхность некруглой формы в плоскости, поперечной центральной оси режущего элемента.
Вариант 12: Режущий элемент согласно Варианту 11, в котором по меньшей мере одна боковая поверхность имеет овальную или треугольную форму.
Вариант 13: Режущий элемент для бурового инструмента, включающий: подложку; массив суперабразивного материала, расположенный на подложке, имеющий переднюю режущую грань и боковую поверхность; и по меньшей мере несколько дискретных, поперечно разделенных выемок, проходящих в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или несколько дискретных, поперечно разделенных выступов, отходящих наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала.
Вариант 14: Режущий элемент согласно Варианту 13, в котором по меньшей мере несколько дискретных, поперечно разделенных выемок, или несколько дискретных, поперечно разделенных выступов распределены по меньшей мере в основном по всей передней режущей грани режущего элемента.
Вариант 15: Режущий элемент согласно Варианту 13 или Варианту 14, в котором по меньшей мере несколько дискретных, поперечно разделенных выемок, или несколько дискретных, поперечно разделенных выступов расположены упорядоченной группой по передней режущей грани режущего элемента.
Вариант 16: Режущий элемент согласно любому из Вариантов 13-15, в котором по меньшей мере несколько дискретных, поперечно разделенных выемок, или несколько дискретных, поперечно разделенных выступов включают несколько выступов, отходящих наружу от передней режущей грани, при этом каждый выступ из нескольких дискретных поперечно разделенных выступов имеет форму части сферы.
Вариант 17: Режущий элемент для бурового инструмента, включающий: подложку; массив суперабразивного материала, расположенный на подложке, имеющий переднюю режущую грань и боковую поверхность; и по меньшей мере удлиненную выемку, проходящую в переднюю режущую грань и по спиральной траектории от точки вблизи центральной оси режущего элемента к боковой наружной кромке режущего элемента, или удлиненный выступ, проходящий наружу от передней режущей грани и по спиральной траектории от точки вблизи центральной оси режущего элемента к боковой наружной кромке режущего элемента.
Вариант 18: Режущий элемент согласно Варианту 17, в котором по меньшей мере удлиненная выемка или удлиненный выступ включает удлиненный выступ.
Вариант 19: Режущий элемент согласно Варианту 18, в котором удлиненный выступ имеет криволинейную наружную поверхность.
Вариант 20: Режущий элемент согласно Варианту 19, в котором ширина удлиненного выступа увеличивается в направлении вдоль удлиненного выступа от точки вблизи центральной оси режущего элемента к боковой наружной кромке режущего элемента.
Вариант 21: Режущий элемент для бурового инструмента, включающий: подложку; массив суперабразивного материала, расположенный на подложке, имеющий переднюю режущую грань и боковую поверхность; и по меньшей мере выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступ, отходящий наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала; и выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от боковой поверхности массива суперабразивного материала.
Вариант 22: Режущий элемент согласно Варианту 21, в котором выемка, проходящая в массив суперабразивного материала от боковой поверхности массива суперабразивного материала, проходит вокруг всего бокового контура массива суперабразивного материала.
Вариант 23: Буровой инструмент, включающий: корпус инструмента; и по меньшей мере один режущий элемент согласно любому из Вариантов 1-22, прикрепленный к корпусу инструмента.
Вариант 24: Буровой инструмент согласно Варианту 23, представляет собой долото роторного бурения с фиксированными резцами.
Вариант 25: Способ формирования фигурного режущего элемента для бурового инструмента, при выполнении которого: наносят массив суперабразивного материала на подложку; формируют непланарную переднюю режущую грань и боковую поверхность на массиве суперабразивного материала; и формируют по меньшей мере выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступ, отходящий наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала.
Вариант 26: Способ согласно Варианту 25, в котором при формировании непланарной передней режущей грани формируют непланарную переднюю режущую грань куполообразной формы.
Вариант 27: Способ согласно Варианту 25 или Варианту 26, в котором при формировании непланарной передней режущей грани формируют непланарную переднюю режущую грань заостренной формы, имеющую в основном коническую боковую поверхность и куполообразный конец.
Вариант 28: Способ согласно Варианту 27, в котором при формировании по меньшей мере выемки, проходящей в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступа, отходящего наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала, формируют по меньшей мере одну выемку, проходящую в в основном коническую боковую поверхность.
Вариант 29: Способ согласно Варианту 28, в котором при формировании по меньшей мере одной выемки, проходящей в в основном коническую боковую поверхность, формируют по меньшей мере одну выемку кольцеобразной формы, проходящей по меньшей мере в основном целиком вокруг центральной оси фигурного режущего элемента.
Вариант 30: Способ формирования режущего элемента для бурового инструмента, при выполнении которого: располагают массив суперабразивного материала на подложке; формируют массив суперабразивного материала, имеющий переднюю режущую грань и боковую поверхность; и формируют по меньшей мере выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступ, отходящий наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала, и формируют по меньшей мере выемку или выступ, включающие по меньшей мере один линейный сегмент, проходящий линейно по передней режущей грани в направлении, ориентированном по меньшей мере в основном поперек центральной оси режущего элемента.
Вариант 31: Способ согласно Варианту 30, в котором при формировании по меньшей мере выемки, проходящей в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступа, отходящего наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала, формируют по меньшей мере одну выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от передней режущей грани.
Вариант 32: Способ согласно Варианту 31, в котором при формировании по меньшей мере одной выемки формируют по меньшей мере одну выемку зигзагообразной формы.
Вариант 33: Способ согласно Варианту 31 или Варианту 32, в котором при формировании по меньшей мере одной выемки, формируют две выемки, проходящие в целом параллельно одна другой по передней режущей грани.
Вариант 34: Способ согласно Варианту 33, в котором при формировании по меньшей мере одной выемки, формируют несколько выемок, распределенных по меньшей мере в целом по всей передней режущей грани режущего элемента.
Вариант 35: Способ по любому из Вариантов 30-34, в котором также формируют подложку с по меньшей мере одной боковой поверхностью, имеющей некруговую форму в плоскости, поперечной центральной оси режущего элемента.
Вариант 36: Способ согласно Варианту 35, при котором также формируют по меньшей мере одну боковую поверхность подложки овальной или треугольной формы.
Вариант 37: Способ формирования режущего элемента для бурового инструмента, в котором: располагают массив суперабразивного материала на подложке; формируют массив суперабразивного материала с передней режущей гранью и боковой поверхностью; и формируют по меньшей мере несколько дискретных, поперечно разделенных выемок, проходящих в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или несколько дискретных, поперечно разделенных выступов, отходящих наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала.
Вариант 38: Способ согласно Варианту 37, в котором при формировании по меньшей мере нескольких дискретных, поперечно разделенных выемок, или нескольких дискретных, поперечно разделенных выступов, формируют по меньшей мере нескольких дискретных, поперечно разделенных выемок, или нескольких дискретных, поперечно разделенных выступов, распределенных по меньшей мере в основном по всей передней режущей грани режущего элемента.
Вариант 39: Способ согласно Варианту 37 или Варианту 38, в котором при формировании по меньшей мере нескольких дискретных, поперечно разделенных выемок, или нескольких дискретных, поперечно разделенных выступов, располагают по меньшей мере несколько дискретных, поперечно разделенных выемок, или несколько дискретных, поперечно разделенных выступов упорядоченной группой по передней режущей грани режущего элемента.
Вариант 40: Способ согласно любому из Вариантов 37-39, в котором при формировании по меньшей мере нескольких дискретных, поперечно разделенных выемок, или нескольких дискретных, поперечно разделенных выступов, формируют несколько выступов, отходящих наружу от передней режущей грани, при этом каждый выступ из нескольких дискретных поперечно разделенных выступов имеет форму части сферы.
Вариант 41: Способ формирования режущего элемента для бурового инструмента, при выполнении которого: располагают массив суперабразивного материала на подложке; формируют на массиве суперабразивного материала переднюю режущую грань и боковую поверхность; и формируют по меньшей мере удлиненную выемку, проходящую в переднюю режущую грань и по спиральной траектории от точки вблизи центральной оси режущего элемента к боковой наружной кромке режущего элемента, или удлиненный выступ, проходящий наружу от передней режущей грани и по спиральной траектории от точки вблизи центральной оси режущего элемента к боковой наружной кромке режущего элемента.
Вариант 42: Способ согласно Варианту 41, в котором при формировании по меньшей мере удлиненной выемки или удлиненного выступа, формируют удлиненный выступ.
Вариант 43: Способ согласно Варианту 42, в котором при формировании удлиненного выступа, формируют удлиненный выступ с криволинейной наружной поверхностью.
Вариант 44: Способ согласно Варианту 42 или Варианту 43, в котором также формируют удлиненный выступ, ширина которого увеличивается вдоль него в направлении, проходящем вдоль удлиненного выступа от точки вблизи центральной оси режущего элемента к боковой наружной кромке режущего элемента.
Вариант 45: Способ формирования режущего элемента для бурового инструмента, при выполнении которого: располагают массив суперабразивного материала на подложке; формируют на массиве суперабразивного материала переднюю режущую грань и боковую поверхность; формируют по меньшей мере выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, или выступ, отходящий наружу от передней режущей грани массива суперабразивного материала; и формируют выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от боковой поверхности массива суперабразивного материала.
Вариант 46: Способ согласно Варианту 45, в котором также формируют выемку, проходящую в массив суперабразивного материала от боковой поверхности массива суперабразивного материала и проходящую вокруг всего бокового контура массива суперабразивного материала.
Вариант 47: Способ формирования бурового инструмента, при выполнении которого: формируют по меньшей мере один режущий элемент, описанный в любом из Вариантов 25-46; и прикрепляют по меньшей мере один режущий элемент к корпусу бурового инструмента.
Вариант 48: Способ согласно Варианту 47, в котором также выбирают корпус бурового инструмента, представляющий собой корпус долота роторного бурения с фиксированными резцами.
Несмотря на то, что приведенное описание включает много конкретных деталей, они должны восприниматься не как ограничивающие область притязаний настоящего изобретения, а в качестве иллюстрации некоторых частных вариантов осуществления. Аналогично, можно представить себе другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы существа или области притязаний настоящего изобретения. Например, признаки, описанные со ссылкой на один вариант выполнения, также могут быть скомбинированы с признаками других описанных здесь вариантов выполнения. Поэтому область притязаний изобретения определяется и ограничивается только приложенной формулой и ее законными эквивалентами, а не приведенным описанием. Тем самым также охватываются и все добавления, изъятия и модификации описанного здесь изобретения, которые попадают в пределы значения и области притязаний изобретения.
Изобретение относится к режущему элементу для бурового инструмента. Технический результат заключается в повышении эффективности резания. Режущий элемент для бурового инструмента включает подложку и массив суперабразивного материала, расположенный на подложке. Массив суперабразивного материала имеет непланарную переднюю режущую грань с заостренной формой, включающей коническую боковую поверхность и куполообразный конец. Подложка имеет форму цилиндра, максимальный диаметр которого меньше максимального диаметра массива суперабразивного материала. Сплошная граница контакта между подложкой и массивом суперабразивного материала расположена сзади конической боковой поверхности непланарной передней режущей грани массива суперабразивного материала вдоль центральной оси фигурного режущего элемента. Режущий элемент дополнительно включает по меньшей мере одну выемку, проходящую в коническую боковую поверхность непланарной режущей грани массива суперабразивного материала от передней режущей грани. 8 з.п. ф-лы, 18 ил.
1. Режущий элемент для бурового инструмента, включающий:
подложку;
массив суперабразивного материала, расположенный на подложке и имеющий непланарную переднюю режущую грань с заостренной формой, включающей коническую боковую поверхность и куполообразный конец, причем подложка имеет форму цилиндра, максимальный диаметр которого меньше максимального диаметра массива суперабразивного материала, а сплошная граница контакта между подложкой и массивом суперабразивного материала расположена сзади конической боковой поверхности непланарной передней режущей грани массива суперабразивного материала вдоль центральной оси фигурного режущего элемента; и
по меньшей мере одну выемку, проходящую в коническую боковую поверхность непланарной режущей грани массива суперабразивного материала от передней режущей грани.
2. Режущий элемент по п. 1, в котором по меньшей мере одна выемка, проходящая в коническую боковую поверхность, имеет кольцевую форму и проходит по меньшей мере по существу целиком вокруг центральной оси фигурного режущего элемента.
3. Режущий элемент по п. 1, в котором коническая боковая поверхность и в основном куполообразная концевая поверхность образуют переднюю режущую грань фигурного режущего элемента.
4. Режущий элемент по п. 1, в котором по меньшей мере одна выемка, проходящая в массив суперабразивного материала от передней режущей грани, включает первую утопленную поверхность и вторую утопленную поверхность, образованные в конической боковой поверхности массива абразивного материала.
5. Режущий элемент по п. 4, в котором каждая из первой и второй утопленных поверхностей имеет дугообразную вогнутую форму.
6. Режущий элемент по п. 4, в котором каждая из первой и второй утопленных поверхностей проходит вокруг всего режущего элемента относительно его центральной оси.
7. Режущий элемент по п. 1, в котором по меньшей мере одна выемка образована дугообразной вогнутой утопленной поверхностью.
8. Режущий элемент по п. 7, в котором утопленная поверхность проходит вокруг всего режущего элемента относительно его центральной оси.
9. Режущий элемент по п. 1, в котором по меньшей мере одна выемка проходит вокруг всего режущего элемента относительно его центральной оси.
| US 6220376 B1, 24.04.2001 | |||
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ ВЫТЕСНЕНИЕМ ГРУНТА | 2004 |
|
RU2292437C2 |
| US 6065554 A, 23.05.2000 | |||
| Устройство для вычисления давления в узле трубопроводной системы | 1983 |
|
SU1170460A1 |
| US 6202770 B1, 20.03.2001. | |||
