用于鉆土工具的切削元件、包括這種切削元件的鉆土工具以及相關(guān)方法
【專(zhuān)利摘要】用于鉆土工具的切削元件包括位于超研磨材料塊的切削面上的一個(gè)或更多個(gè)凹部和/或一個(gè)或更多個(gè)突起。超研磨材料可以設(shè)置在基底上。切削面可以是非平面的。該凹部和/或突起可以包括一個(gè)或多個(gè)線性段。該凹部和/或突起可以包括彼此側(cè)向隔離的離散特征。該凹部和/或突起可以具有螺旋形構(gòu)造。超研磨材料塊可以包括多個(gè)薄層，其中至少兩個(gè)薄層可以在至少一個(gè)特性上不同。形成切削元件的方法包括在超研磨材料塊的切削面中和/或上形成這樣的凹部和/或突起。鉆土工具包括這樣的切削元件，以及形成鉆土工具的方法包括將這樣的切削元件連接于工具本體。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于鉆土工具的切削元件、包括這種切削元件的鉆土工具以及相關(guān)方法
[0001]優(yōu)先權(quán)聲明
[0002]本申請(qǐng)要求享受2012年5月22日提交的發(fā)明名稱(chēng)為〃用于鉆土工具的切削元件、包括這種切削元件的鉆土工具以及相關(guān)方法〃的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)13/477，905的優(yōu)先權(quán)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的實(shí)施例涉及鉆土工具、用于這種鉆土工具的切削元件以及相關(guān)方法。

【背景技術(shù)】
[0004]在地下地層中形成井眼用于各種目的，包括例如從地下地層開(kāi)采石油和天然氣以及從地下地層開(kāi)采地?zé)??？梢允褂勉@頭(例如回轉(zhuǎn)式鉆土鉆頭)在地下地層中形成井眼。不同類(lèi)型的回轉(zhuǎn)式鉆土鉆頭在本領(lǐng)域中是公知的，包括例如固定切削刃鉆頭(其在本領(lǐng)域中通常稱(chēng)為"刮刀"鉆頭)、滾動(dòng)刀具鉆頭(其在本領(lǐng)域中通常稱(chēng)為"牙輪"鉆頭)、孕鑲金剛石鉆頭和混合式鉆頭(其可以包括例如固定切削刃和滾動(dòng)刀具兩者)。使鉆頭旋轉(zhuǎn)并向地下地層中推進(jìn)。當(dāng)鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，其刀具或者研磨結(jié)構(gòu)切削、壓碎、剪切和/或磨損掉地層材料以形成井眼。由鉆頭鉆出的井眼的直徑可以由設(shè)置在鉆頭最大外徑上的切削結(jié)構(gòu)限定。
[0005]鉆頭直接或間接聯(lián)接到本領(lǐng)域中稱(chēng)為"鉆柱"的部件的端部上，所述鉆柱包括端對(duì)端連接的一系列細(xì)長(zhǎng)管狀段，其從地層地表延伸到井眼中。通?？梢詫ㄣ@頭在內(nèi)的各種工具和部件一起聯(lián)接到在被鉆進(jìn)的井眼的底部處的鉆柱的遠(yuǎn)端。工具和部件的這種組件在本領(lǐng)域中稱(chēng)為〃底部鉆具組合〃 (BHA)。
[0006]通過(guò)從地層表面旋轉(zhuǎn)鉆柱而可以使鉆頭在井眼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，或者通過(guò)將鉆頭連接到井下馬達(dá)而可以使鉆頭旋轉(zhuǎn)，所述井下馬達(dá)也聯(lián)接于鉆柱并且領(lǐng)近井眼底部配置。井下馬達(dá)可以包括例如具有軸的液壓Moineau型馬達(dá)，鉆頭安裝到所述軸上，通過(guò)泵送流體(例如鉆井泥漿或流體)可以使軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述流體從地層地表向下穿過(guò)鉆柱中心、穿過(guò)液壓馬達(dá)，從鉆頭中的噴嘴出來(lái)，穿過(guò)鉆柱外表面與井眼內(nèi)地層的暴露表面之間的環(huán)形空間向上返回到地層地表。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在有些實(shí)施例中，本公開(kāi)內(nèi)容包括一種用于鉆土工具的成型切削元件。該切削元件包括基底和配置在基底上的超研磨材料塊(a volume of superabrasive material)。超研磨材料塊具有非平面前切削面和側(cè)向側(cè)表面。切削元件還包括從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
[0008]在另外的實(shí)施例中，本公開(kāi)內(nèi)容包括一種用于鉆土工具的切削元件，所述切削元件包括基底和配置在基底上的超研磨材料塊。塊超研磨材料具有前切削面和側(cè)向側(cè)表面。切削元件還包括從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。所述凹部和突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)包括在至少大體上橫向于切削元件的中心軸線定向的方向上跨所述前切削面線性延伸的至少一個(gè)線性段。
[0009]在另外的實(shí)施例中，本公開(kāi)內(nèi)容包括一種用于鉆土工具的切削元件。該切削元件包括基底和配置在基底上的超研磨材料塊。超研磨材料塊具有前切削面和側(cè)向側(cè)表面。切削元件還包括從前切削面延伸到超研磨材料塊中的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
[0010]在另外的實(shí)施例中，本公開(kāi)內(nèi)容包括一種用于鉆土工具的切削元件。該切削元件包括基底和配置在基底上的超研磨材料塊。所述超研磨材料塊具有前切削面和側(cè)向側(cè)表面。所述切削元件還包括細(xì)長(zhǎng)凹部和細(xì)長(zhǎng)突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)，所述細(xì)長(zhǎng)凹部延伸到所述前切削面中并沿著螺旋形路徑從緊鄰切削元件的中心軸線的位置延伸到切削元件的側(cè)向周緣，而所述細(xì)長(zhǎng)凸起從所述前切削面向外延伸并沿著螺旋形路徑從緊鄰切削元件的中心軸線的位置延伸到切削元件的側(cè)向周緣。
[0011]在另外的實(shí)施例中，本公開(kāi)內(nèi)容包括一種用于鉆土工具的切削元件。該切削元件包括基底和配置在基底上的超研磨材料塊。超研磨材料塊具有前切削面和側(cè)向側(cè)表面。切削元件還包括從所述前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部，和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。另外，一凹部從超研磨材料塊的側(cè)向側(cè)表面延伸到超研磨材料塊中。
[0012]本發(fā)明的另外的實(shí)施例包括鉆土工具，所述鉆土工具包括在此所述的切削元件的一個(gè)或更多個(gè)任意實(shí)施例，所述切削元件連接于鉆土工具的本體。這種鉆土工具可以包括例如回轉(zhuǎn)式鉆頭，例如固定切削刃回轉(zhuǎn)式鉆頭或滾動(dòng)牙輪回轉(zhuǎn)式鉆頭。
[0013]本發(fā)明的另外的實(shí)施例包括形成在此所述的切削元件的方法。
[0014]在有些實(shí)施例中，本公開(kāi)內(nèi)容包括一種形成用于鉆土工具的成型切削元件的方法。將大量超研磨材料設(shè)置在基底上。在超研磨材料塊上形成非平面的前切削面和側(cè)向側(cè)表面。該方法還包括:形成從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
[0015]在另外的實(shí)施例中，本公開(kāi)內(nèi)容包括一種形成用于鉆土工具的切削元件的方法，其中，將超研磨材料塊設(shè)置在基底上。形成所述超研磨材料塊，使其具有前切削面和側(cè)向側(cè)表面。另外，該方法還包括:形成從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。所述凹部和突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)形成為包括在至少大體上橫向于切削元件的中心軸線定向的方向上跨前切削面線性延伸的至少一個(gè)線性段。
[0016]在另外的實(shí)施例中，本公開(kāi)內(nèi)容包括一種形成用于鉆土工具的切削元件的方法。將超研磨材料塊設(shè)置在基底上，該超研磨材料塊形成有前切削面和側(cè)向側(cè)表面。該方法還包括:形成從前切削面延伸到超研磨材料塊中的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部，和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
[0017]在另外的實(shí)施例中，本公開(kāi)內(nèi)容包括一種形成用于鉆土工具的切削元件的方法。將超研磨材料塊設(shè)置在基底上，該超研磨材料塊形成有前切削面和側(cè)向側(cè)表面。該方法還包括:形成細(xì)長(zhǎng)凹部和細(xì)長(zhǎng)突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)，所述細(xì)長(zhǎng)凹部延伸到前切削面中并沿著螺旋形路徑從緊鄰切削元件的中心軸線的位置延伸到切削元件的側(cè)向周緣，而所述細(xì)長(zhǎng)突起從前切削面向外延伸并沿著螺旋形路徑從緊鄰切削元件的中心軸線的位置延伸到切削元件的側(cè)向周緣。
[0018]在另外的實(shí)施例中，本公開(kāi)內(nèi)容包括一種形成用于鉆土工具的切削元件的方法。將超研磨材料塊設(shè)置在基底上，該超研磨材料塊形成有前切削面和側(cè)向側(cè)表面。該方法還包括:形成從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。另外，該方法還包括:形成從超研磨材料塊的側(cè)向側(cè)表面延伸到超研磨材料塊中的凹部。
[0019]本發(fā)明的又進(jìn)一步的實(shí)施例包括:使用在此所述的方法形成切削元件；以及將切削元件連接到鉆土工具的本體上。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]雖然本說(shuō)明書(shū)以特別指出并明確要求保護(hù)作為本發(fā)明的實(shí)施例的權(quán)利要求結(jié)束，但是，從參照附圖提供的本發(fā)明的實(shí)施例的如下描述中可以更容易地確定本發(fā)明的各個(gè)特征和優(yōu)點(diǎn)。
[0021]圖1是包括固定切削回轉(zhuǎn)式鉆頭的鉆土工具的透視圖，該固定切削回轉(zhuǎn)式鉆頭包括在此所述的連接于鉆頭本體的切削元件。
[0022]圖2是在切削元件的超研磨材料塊的非平面的前切削面上具有凹入表面的成型切削元件的局部剖視側(cè)視圖。
[0023]圖3是圖2的切削元件的透視圖。
[0024]圖4是在非平面的前切削面上具有凹入表面的另一成型切削元件的透視圖。
[0025]圖5是具有卵形形狀的切削元件的透視圖，其包括形成在切削元件的超研磨材料塊的前切削面中的凹入表面。
[0026]圖6是圖5的切削元件的前切削面的俯視圖。
[0027]圖7是類(lèi)似于圖6的俯視圖，示出了另一個(gè)具有三角形狀的切削元件，該切削元件包括形成在切削元件的超研磨材料塊的前切削面中的凹入表面。
[0028]圖8是類(lèi)似于圖6的俯視圖，示出了另一個(gè)切削元件，其包括在該切削元件的超研磨材料塊的前切削面中的兩個(gè)人字形凹入表面。
[0029]圖9是另一個(gè)切削元件的俯視圖，其包括在該切削元件的超研磨材料塊的前切削面中的兩個(gè)人字形凹入表面，所述兩個(gè)人字形凹入表面在切削面上的朝向與圖8的切削元件的人字形凹入表面不同。
[0030]圖10是另一個(gè)切削元件的俯視平面圖，其包括在該切削元件的超研磨材料塊的前切削面中的兩個(gè)線性凹入表面。
[0031]圖11是另一個(gè)切削元件的俯視平面圖，其包括在該切削元件的超研磨材料塊的前切削面中的多個(gè)線性凹入表面，其中，該多個(gè)凹入表面跨整個(gè)切削面配置。
[0032]圖12是另一個(gè)切削元件的俯視圖，其包括在該切削元件的超研磨材料塊的前切削面中的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹入表面，其中，該多個(gè)凹入表面跨整個(gè)切削面配置。
[0033]圖13是另一個(gè)切削元件的俯視圖，其包括從該切削元件的超研磨材料塊的前切削面向外延伸的多個(gè)螺旋形延伸的突起。
[0034]圖14是另一個(gè)切削元件的透視圖，其包括從該切削元件的超研磨材料塊的前切削面向外延伸的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起。
[0035]圖15是圖14的切削元件的局部截面?zhèn)纫晥D。
[0036]圖16是另一個(gè)切削元件的局部截面?zhèn)纫晥D，其包括在該切削元件的超研磨材料塊的前切削面中的凹入表面，并且所述切削元件還包括從超研磨材料塊的側(cè)向側(cè)表面延伸到超研磨材料塊中的另一凹入表面。
[0037]圖17是圖16的切削元件的透視圖。
[0038]圖18是另一個(gè)切削元件的截面?zhèn)纫晥D，該切削元件在其超研磨材料塊的前切削面中具有凹入表面，所述切削元件還包括延伸穿過(guò)切削元件至超研磨材料塊的前切削面的流體通路。

【具體實(shí)施方式】
[0039]這里呈現(xiàn)的圖示并不是任何具體鉆土工具、鉆頭或者這種工具或鉆頭的部件的實(shí)際視圖，而只是理想化的表示，其用于描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0040]正如這里使用的，術(shù)語(yǔ)〃鉆土工具〃意指并包括用于移除地層材料并且通過(guò)地層材料的移除而穿過(guò)地層形成鉆孔(例如井眼)的任何工具。鉆土工具包括例如回轉(zhuǎn)式鉆頭(例如固定切削刃鉆頭或"刮刀"鉆頭和牙輪鉆頭或"巖石"鉆頭)、包括固定切削刃和滾動(dòng)元件兩者的混合式鉆頭、取芯鉆頭、沖擊鉆頭、雙心鉆頭、擴(kuò)孔器(包括可膨脹擴(kuò)孔器和固定翼擴(kuò)孔器)和其它所謂的〃開(kāi)孔〃工具。
[0041 ] 正如這里使用的，術(shù)語(yǔ)〃切削元件〃意指并包括鉆土工具的如下任意元件:當(dāng)使用鉆土工具在地層中形成或擴(kuò)大孔時(shí)，該元件用于切削或以其他方式碎裂地層材料。
[0042]圖1示出了本發(fā)明的鉆土工具的實(shí)施例。圖1的鉆地工具是具有鉆頭本體11的固定切削刃旋轉(zhuǎn)鉆頭10，鉆頭本體包括自鉆頭本體11向外凸出并且由流體流道13彼此分開(kāi)的多個(gè)刀翼12。流體流道13的沿著徑向側(cè)(鉆頭10的"保徑"區(qū)域)延伸的部分在本領(lǐng)域中通常稱(chēng)作"排肩槽"。所述鉆頭本體11還包括基本圓柱形的內(nèi)部流體腔室以及穿過(guò)鉆頭本體11延伸到鉆頭本體11外表面的流體通路。噴嘴18可以緊靠鉆頭本體11的外表面固定在流體通路內(nèi)，用于控制鉆進(jìn)期間鉆頭10的水力學(xué)特性。每個(gè)刀翼12上安裝有多個(gè)切削元件20，這里將在下面更加詳細(xì)地描述切削元件20的各種實(shí)施例。
[0043]在鉆進(jìn)操作期間，鉆頭10可以聯(lián)接于鉆柱(未示出)。當(dāng)鉆頭10在井眼內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以沿著鉆柱向下泵送鉆進(jìn)流體，使其穿過(guò)鉆頭10的鉆頭本體11內(nèi)的內(nèi)部流體腔室和流體通路，通過(guò)噴嘴18從鉆頭10出來(lái)。鉆進(jìn)流體可以攜帶由鉆頭10的切削元件20產(chǎn)生的地層切肩通過(guò)流體流道13，繞著鉆頭10并且通過(guò)鉆柱外部且處于井眼內(nèi)的環(huán)形空間沿井眼向上返回。
[0044]切削元件20中的至少一個(gè)切削元件可以具有根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的在此所述的若干不同構(gòu)造中的任意構(gòu)造。尤其是，切削元件20中的至少一個(gè)切削元件具有包括至少一個(gè)特征(例如凹部或突起)的三維切削面，所述至少一個(gè)特征可以影響切削元件的鉆進(jìn)性、切削元件的耐用性以及地層巖肩粘到切削元件的切削面上的程度。
[0045]在有些實(shí)施例中，圖1的切削元件20中的至少一個(gè)切削元件可以包括具有非平面的前切削面的、在本領(lǐng)域中被稱(chēng)為"成型切削元件"的切削元件。這樣的切削元件的例子顯示在圖2至4中。
[0046]例如，圖2和3示出了成型切削元件100。該成型切削元件100包括切削元件基底102和在基底102上的超研磨材料塊104。超研磨材料塊104可以包括，例如，聚晶金剛石(PCD)或聚晶立方體氮化硼。在超研磨材料塊104包括金剛石的時(shí)候，超研磨材料塊104在本領(lǐng)域經(jīng)常被稱(chēng)作〃金剛石臺(tái)〃。如圖2和3所示，超研磨材料塊104的前切削面106不是平的，而是具有拱頂形狀。換言之，前切削面106的輪廓具有弓形、凸形，如圖2的截面視圖所示。另外，可以在切削元件基底102和超研磨材料塊104之間限定交界面108。任選地，超研磨材料塊104可以具有斜切周緣110。圖2和3中所示的超研磨材料塊104的斜切周緣Il0具有單個(gè)斜切表面12，不過(guò)斜切周緣110也可以具有另外的斜切表面，該另外的斜切表面可以以不同于斜切表面112的斜切角的斜切角定向，正如本領(lǐng)域中已知的。切削元件基底102在有些實(shí)施例中可以具有大體上圓柱形的形狀，如圖2和3所示?？梢允褂靡粋€(gè)或更多個(gè)弓形或者"倒圓"邊緣或邊緣部分代替超研磨材料塊的周緣上的一個(gè)或更多個(gè)斜切表面，或者在超研磨材料塊的周緣上的一個(gè)或更多個(gè)斜切表面之外還可以使用一個(gè)或更多個(gè)弧形或者"倒圓"邊緣或邊緣部分，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的那樣。
[0047]超研磨材料塊104可以形成在切削元件基底102上，或者超研磨材料塊104和切削元件基底102可以分別形成，隨后連接在一起。切削元件基底102可以由較硬且抗磨損的材料形成。例如，切削元件基底102可以由金屬陶瓷復(fù)合材料(其通常稱(chēng)作"金屬陶瓷"材料)形成和包括金屬陶瓷復(fù)合材料，例如燒結(jié)碳化物材料。作為一個(gè)非限制性的特定實(shí)施例，切削元件基底可以包括鈷結(jié)碳化鎢硬質(zhì)合金材料，其中，碳化鎢顆粒在包括鈷或鈷合金的金屬粘結(jié)劑基體中粘結(jié)到一起。也可以使用其它金屬作為金屬粘結(jié)劑基體，例如鎳、鐵或它們的合金。
[0048]正如前面提到的那樣，超研磨材料塊104的前切削面106可以包括一個(gè)或更多個(gè)三維表面特征。舉例來(lái)說(shuō)并且不作為限制，超研磨材料塊104的前切削面106可以包括如DiG1vanni等 申請(qǐng)人:于2011年4月22日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)N0.13/092，396，和/或DiG1vanni等 申請(qǐng)人:于2011年9月16日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/535，766中所披露的一個(gè)或更多個(gè)凹部。在其它實(shí)施例中，超研磨材料塊104的前切削面106可以包括本申請(qǐng)中所述的一個(gè)或更多個(gè)凹部或突起。
[0049]作為一個(gè)非限制性的例子，凹入表面114可以限定在切削元件100的切削面106中。例如，大體上環(huán)形的凹入表面114可以限定在切削元件100的切削面106中，如圖2和3所示。凹入表面114可以緊鄰切削元件100的斜切周緣110布置，例如緊鄰斜切表面112布置。在有些實(shí)施例中，凹入表面114可以是弓形和凹入的，如圖2和3所不。根據(jù)另外的實(shí)施例，凹入表面可以具有任意形狀。
[0050]作為非限制性的例子，凹入表面114可以從前切削面106向超研磨材料塊104內(nèi)延伸達(dá)大致0.0254mm和大致2.54mm之間的深度。另外，凹入表面114的寬度可以介于大致0.1毫米到大致10.0毫米之間，從大致0.5毫米到大致8.0毫米、或甚至從大致1.0毫米到大致5.0毫米。凹入表面114的徑向外邊緣可以距斜切表面112大致0.1mm到大致8.0mm之間的距離定位。斜切周緣110可以具有大致0.254mm到大致0.483mm之間的寬度(垂直于切削元件100的中心軸線來(lái)測(cè)量)。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，凹入表面114的徑向外邊緣可以距斜切表面112大致1.0mm的距離定位，斜切周緣110可以具有大致0.254mm的寬度。在另一個(gè)非限制性的實(shí)施例中，凹入表面114的徑向外邊緣可以距斜切表面112大致1.2mm的距離定位，斜切邊緣110可以具有大致0.406mm的寬度。在又一非限制性的實(shí)施例中，凹入表面114的徑向外邊緣可以距斜切表面112大致1.6mm的距離定位，斜切周緣110可以具有大致0.483mm的寬度。
[0051]如圖2和3所示。凹入表面114可以以環(huán)形構(gòu)造繞切削元件100的中心軸線整個(gè)地圍繞切削元件100周向地延伸。在另外的實(shí)施例中，凹入表面114可以繞切削元件的中心軸線僅僅部分地圍繞切削元件100延伸，并且該凹入表面可以包括彎曲段和/或線性段。在有些實(shí)施例中，凹入表面114可以包括具有懸鏈線形狀(例如雙曲余弦形狀)的一個(gè)或更多個(gè)區(qū)段。
[0052]圖4示出了具有非平面的切削面122的成型切削元件120的另一實(shí)施例。圖4的切削元件120的切削面122具有相對(duì)于圖2和3更尖的構(gòu)造，其包括延伸至大體上拱頂形端表面126的大體上圓錐形側(cè)向側(cè)表面124。該切削元件120還包括切削元件基底128和在基底128上的超研磨材料塊130。超研磨材料塊130和基底128可以如前述有關(guān)圖2和圖3的超研磨材料塊104和基底102 —樣。超研磨材料塊130的尺寸和構(gòu)造可以使得，包括大體上圓錐形側(cè)向側(cè)表面124和大體上拱頂形端表面126的切削面122包括超研磨材料塊130的暴露表面。
[0053]切削元件120還包括一個(gè)或更多個(gè)三維表面特征。舉例來(lái)說(shuō)并且不作為限制，超研磨材料塊130的切削面122可以包括如美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)N0.13/092，396和/或2011年9月16日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/535，766中所披露的一個(gè)或更多個(gè)凹部。在其它實(shí)施例中，超研磨材料塊130的切削面122可以包括本申請(qǐng)中所述的一個(gè)或更多個(gè)凹部或突起。
[0054]作為一個(gè)非限制性的例子，第一凹入表面132和第二凹入表面134可以限定在研磨材料塊130的圓錐形側(cè)表面124上。第一凹入表132和第二凹入表面134均可以類(lèi)似于圖2和3的前述凹入表面114，并且可以是弓形的、凹入的，如圖4所示。根據(jù)另外的實(shí)施例，凹入表面132、134可以具有任意形狀。凹入表面132、134可以以環(huán)形構(gòu)造繞切削元件120的中心軸線整個(gè)地圍繞切削元件120周向地延伸。在另外的實(shí)施例中，凹入表面132、134可以繞切削元件的中心軸線僅僅部分地圍繞切削元件120延伸，并且可以包括彎曲段和/或線性段。
[0055]在本公開(kāi)內(nèi)容的另外的實(shí)施例中，具有非圓柱形形狀的切削元件包括在超研磨材料塊上的非平面的前切削面。這樣的實(shí)施例的例子公開(kāi)在圖5至7中。
[0056]圖5和6所示的切削元件140具有大體上卵形的形狀(在橫向于切削元件140的中心軸線的平面中)。該切削元件140包括基底142和在基底142上的超研磨材料塊144。超研磨材料塊144包括前切削面146。超研磨材料塊144和基底142可以如前述有關(guān)圖2和圖3的超研磨材料塊104和基底102 —樣。
[0057]如圖5和6所示，基底142包括在橫向于切削元件140的中心軸線的平面中具有卵形或橢圓形形狀的側(cè)向側(cè)表面143。超研磨材料塊144還可以包括在橫向于切削元件140的中心軸線的平面中具有卵形或橢圓形形狀的側(cè)向側(cè)表面145。超研磨材料塊144的側(cè)向側(cè)表面145可以與基底142的側(cè)向側(cè)表面143共同延伸并連續(xù)。
[0058]切削元件140的超研磨材料塊104的切削面146還包括一個(gè)或更多個(gè)三維表面特征。舉例來(lái)說(shuō)并且不作為限制，超研磨材料塊144的切削面146可以包括如美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)N0.13/092,396和/或2011年9月16日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/535，766中所披露的一個(gè)或更多個(gè)凹部。在其它實(shí)施例中，超研磨材料塊144的切削面146可以包括本申請(qǐng)中所述的一個(gè)或更多個(gè)凹部或突起。
[0059]作為一個(gè)非限制性的例子，凹入表面148可以限定在研磨材料塊144的切削面146中。凹入表面148可以類(lèi)似于前述圖2和3的凹入表面114。但是，凹入表面148也可以是大體上平的，并且定向成至少基本上橫向于切削元件140的中心軸線，如圖5和6所示。根據(jù)另外的實(shí)施例，凹入表面148可以具有任意形狀。凹入表面148可以以環(huán)形構(gòu)造繞切削元件140的中心軸線整個(gè)地圍繞切削元件140周向地延伸。在另外的實(shí)施例中，凹入表面148可以繞切削元件的中心軸線僅僅部分地圍繞切削元件140延伸，并且可以包括彎曲段和/或線性段。
[0060]雖然圖5和6的切削元件140在橫向于該切削元件的中心軸線的平面中具有卵形或橢圓形形狀，但是，根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的切削元件的另外的實(shí)施例在橫向于切削元件的中心軸線的平面中可以具有任意其它形狀，包括圓形、三角形、矩形、墓碑形狀等形狀。
[0061]圖7是類(lèi)似于圖6的俯視圖，示出了在橫向于切削元件150的中心軸線的平面中具有三角形狀的另一切削元件150。該切削元件150包括基底(未顯示)和在基底上的超研磨材料塊154。超研磨材料塊154包括前切削面156。超研磨材料塊154和基底可以如前述有關(guān)圖2和圖3的超研磨材料塊104和基底102 —樣?；缀统心ゲ牧蠅K154各可以包括在橫向于切削元件150的中心軸線的平面中(S卩，在圖7的視圖的平面中)具有大體上三角形形狀的側(cè)向側(cè)表面。
[0062]切削元件150的超研磨材料塊154的切削面156還包括一個(gè)或更多個(gè)三維表面特征。舉例來(lái)說(shuō)并且不作為限制，超研磨材料塊154的切削面156可以包括如美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)N0.13/092,396和/或2011年9月16日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/535，766中所披露的一個(gè)或更多個(gè)凹部。在其它實(shí)施例中，超研磨材料塊154的切削面156可以包括本申請(qǐng)中所述的一個(gè)或更多個(gè)凹部或突起。
[0063]作為一個(gè)非限制性的例子，凹入表面158可以限定在研磨材料塊154的切削面156中。凹入表面158可以是大體上平面的，并且定向成至少基本上橫向于切削元件150的中心軸線，如圖7所示。凹入表面158可以沿著緊鄰三角形切削元件150的切削周緣的三角形軌跡延伸，并且可以沿著切削元件150的中心軸線大體上定位在中央，如圖7所示。根據(jù)另外的實(shí)施例，凹入表面158可以具有任意其它形狀。
[0064]圖2和3的凹入表面114、圖4的凹入表面132和134以及圖5和6的凹入表面148都為彎曲形狀。圖7的切削元件150包括具有線性段的凹入表面158。因而，根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的切削元件可以包括位于超研磨材料塊的前切削面上的特征，其中所述特征包括一個(gè)或更多個(gè)線性凹入表面，或具有一個(gè)或更多個(gè)線性段的凹入表面。圖8至10示出了這樣的實(shí)施例的另外的例子。
[0065]參照?qǐng)D8，示出了包括超研磨材料塊164的切削元件160。該切削元件160可包括基底(未顯示)和在基底上的超研磨材料塊164。超研磨材料塊164包括前切削面166。超研磨材料塊164和基底可以如前述有關(guān)圖2和圖3的超研磨材料塊104和基底102 —樣。切削元件160的超研磨材料塊164的切削面166還包括一個(gè)或更多個(gè)三維表面特征，所述三維表面特征包括至少一個(gè)線性段。舉例來(lái)說(shuō)并且不作為限制，超研磨材料塊164的切削面166可以包括如前所述的一個(gè)或更多個(gè)凹部，但是，其中，該凹部包括至少一個(gè)線性段。作為一個(gè)非限制性的例子，第一凹入表面168和第二凹入表面170可以限定在研磨材料塊164的切削面166上。凹入表面168、凹入表面168、170在橫向于切削元件160的中心軸線的側(cè)向平面中可以具有人字形形狀，如圖8所示。因而，每個(gè)凹入表面168、170包括位于人字形凹入表面168、170的頂部的第一側(cè)上的第一線性段和位于人字形凹入表面168、170的頂部的第二側(cè)上的第二線性段。每個(gè)人字形凹入表面168、170的頂部可以沿著與切削元件的中心軸線相交的線定位，如圖8所示。因而，人字形凹入表面168、170在有些實(shí)施例中可以是軸向?qū)ΨQ(chēng)的。人字形凹入表面168、170在其它實(shí)施例中可以非軸向?qū)ΨQ(chēng)。在圖8的實(shí)施例中，凹入表面168、170至少大體上定位在超研磨材料塊164的前切削面166的一個(gè)半側(cè)上，每個(gè)人字形凹入表面168、170的頂部徑向向內(nèi)指向超研磨材料塊164的前切削面166的相對(duì)的半側(cè)。
[0066]圖9示出了基本上類(lèi)似于圖8的切削元件160的切削元件180的另一實(shí)施例。該切削元件180包括基底(未顯示)和在基底上的超研磨材料塊184。超研磨材料塊184包括前切削面186。超研磨材料塊184和基底可以如前述有關(guān)圖2和圖3的超研磨材料塊104和基底102 —樣。切削元件180的超研磨材料塊184的切削面186也包括限定在超研磨材料塊184的切削面186上的第一凹入表面188和第二凹入表面190。凹入表面188、凹入表面190在橫向于切削元件180的中心軸線的側(cè)向平面中具有人字形形狀，如圖9所示。因而，每個(gè)凹入表面188、190包括位于人字形凹入表面188、190的頂部的第一側(cè)上的第一線性段和位于人字形凹入表面188、190的頂部的第二側(cè)上的第二線性段。每個(gè)人字形凹入表面188、190的頂部可以沿著與切削元件的中心軸線相交的線定位，如圖9所示。在圖9的實(shí)施例中，凹入表面188、190至少大體上定位在超研磨材料塊184的前切削面186的一個(gè)半側(cè)上，每個(gè)人字形凹入表面188、190的頂部從切削元件180的中心軸線徑向向外指向。
[0067]圖10不出了切削兀件200的另一個(gè)實(shí)施例，其包括基底(未顯不)和在基底上的超研磨材料塊204。超研磨材料塊204包括前切削面206。超研磨材料塊204和基底可以如前述有關(guān)圖2和圖3的超研磨材料塊104和基底102 —樣。切削元件200的超研磨材料塊204的切削面206也包括限定在超研磨材料塊204的切削面206上的第一線性凹入表面208和第二線性凹入表面210。凹入表面208、凹入表面210跨超研磨材料塊204的切削面206線性地延伸，如圖10所示。凹入表面208、201可以至少大體上互相平行地延伸，如圖10所示。在其它實(shí)施例中，它們可以彼此成一定角度定向。
[0068]圖8至10的實(shí)施例的切削元件各包括兩個(gè)凹入表面。在另外的實(shí)施例中，任何切削元件可以包括在超研磨材料塊的切削面上的一個(gè)、三個(gè)或任意數(shù)量的凹入表面。另外，在包括位于超研磨材料塊的切削面中的兩個(gè)或更多個(gè)凹入表面的切削元件的實(shí)施例中，凹入表面可以定位在超研磨材料塊內(nèi)的相同的、共同深度處，或者凹入表面可以定位在超研磨材料塊內(nèi)的不同的深度處。此外，在包括位于超研磨材料塊的切削面中的兩個(gè)或更多個(gè)凹入表面的切削元件的實(shí)施例中，凹入表面可以具有相同的截面形狀，或者凹入表面可以具有不同的截面形狀。
[0069]在本公開(kāi)內(nèi)容的切削元件的另外的實(shí)施例中，切削元件可以包括位于超研磨材料塊的前切削面上的特征，其中所述特征大體上跨整個(gè)切削面延伸。圖11和12示出了這樣的實(shí)施例的例子。
[0070]圖11示出了切削元件220的另一個(gè)實(shí)施例，其包括基底(未顯示)和在基底上的超研磨材料塊224。超研磨材料塊224包括前切削面226。超研磨材料塊224和基底可以如前述有關(guān)圖2和圖3的超研磨材料塊124和基底122 —樣。切削元件220的超研磨材料塊224的切削面226也包括限定在超研磨材料塊224的切削面226上的多個(gè)線性凹入表面228。凹入表面228線性地跨超研磨材料塊224的切削面226延伸，如圖11所示。凹入表面228可以至少大體上互相平行地延伸，如圖11所示。在其它實(shí)施例中，它們可以彼此成一定角度定向。例如，在另一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)凹入表面228可以在徑向方向上從緊鄰切削元件的中心軸線的位置延伸到切削元件的外周邊緣，其構(gòu)造類(lèi)似于車(chē)輪的輻條。
[0071]圖12示出了切削元件240的另一個(gè)實(shí)施例，其包括基底(未顯示)和在基底上的超研磨材料塊244。超研磨材料塊244包括前切削面246。超研磨材料塊244和基底可以如前述有關(guān)圖2和圖3的超研磨材料塊124和基底122 —樣。切削元件240的超研磨材料塊244的切削面246也包括限定在超研磨材料塊244的切削面246上的多個(gè)線性凹入表面248。凹入表面248各包括離散的矩形凹部。凹入表面248彼此側(cè)向隔離開(kāi)。多個(gè)凹入表面248設(shè)置成跨超研磨材料塊244的整個(gè)切削面246，如圖12所示。在有些實(shí)施例中，凹入表面248可以以規(guī)則陣列設(shè)置，例如設(shè)置成多行和多列，如圖12所示。在其它實(shí)施例中，它們也可以跨超研磨材料塊244的面246隨機(jī)定位。
[0072]作為非限制性的例子，圖11和12的凹入表面具有的平均橫截面尺寸可以在大致0.1微米到大致500微米之間、在大致10.0微米到大致400微米之間、或甚至在大致100微米到大致300微米之間。
[0073]在參照?qǐng)D2至12描述的切削元件的實(shí)施例中，超研磨材料塊上的非平面的前切削面包括從超研磨材料塊的主表面延伸到超研磨材料塊中的凹部。在本公開(kāi)內(nèi)容的另外的實(shí)施例中，切削元件可以包括在超研磨材料塊上的非平面的前切削面，該非平面的前切削面具有從超研磨材料塊的主表面向外延伸的突起。例如，本公開(kāi)內(nèi)容的另外的實(shí)施例包括如同圖2至12的切削元件，只是其中，該切削元件包括突起，而不是凹入表面。突起可以具有由橫跨超研磨材料塊的前切削面限定的表面反射的凹部的鏡像限定的橫截面幾何形狀。包括從超研磨材料塊的前切削面向外突出的突起的切削元件的另外的例子參照?qǐng)D13至15描述如下。
[0074]圖13不出了切削兀件260的另一個(gè)實(shí)施例，其包括基底(未顯不)和在基底上的超研磨材料塊264。超研磨材料塊264包括前切削面266。超研磨材料塊264和基底可以如前述有關(guān)圖2和圖3的超研磨材料塊126和基底122 —樣。切削元件260的超研磨材料塊264的切削面266也包括從超研磨材料塊264的切削面266向外延伸的多個(gè)突起268。如圖13所示，每個(gè)突起268可以在大體上螺旋形的方向上從緊鄰切削元件260的中心軸線的位置延伸到切削元件260的外周邊。在圖13的實(shí)施例中，每個(gè)突起268具有弧形外表面。在其它實(shí)施例中，每個(gè)突起268可以具有大體上平面的外表面。另外，在圖13的實(shí)施例中，每個(gè)突起268具有的寬度在沿著突起268從緊鄰切削元件260的中心軸線的位置到切削元件260的外周邊延伸的方向上增大。在其它實(shí)施例中，每個(gè)突起268的寬度在沿著突起268從緊鄰切削元件260的中心軸線的位置到切削元件260的外周邊延伸的方向上可以不變或減小。切削元件260包括5個(gè)突起，但是其它實(shí)施例可以具有一個(gè)或更多個(gè)突起。例如，另一個(gè)實(shí)施例可以具有類(lèi)似于突起268的、以螺旋形方式從緊鄰切削元件260的中心軸線的位置到切削元件260的外周邊延伸的單個(gè)突起。這種單個(gè)螺旋形突起在其繞切削元件260的中心軸線螺旋延伸時(shí)可以形成不足一個(gè)整圓的螺旋，或者可以完成一個(gè)或多個(gè)整圓的螺旋。在另外的實(shí)施例中，參照?qǐng)D13描述的切削元件可以形成為包括代替突起268的凹入表面，其中，凹入表面具有由跨超研磨材料塊264的切削面266的表面反射的突起的鏡像限定的幾何形狀，或者由交替的前述的突起和凹部限定的幾何形狀。
[0075]可以限定具有X、y和z軸(彼此成直角)的笛卡爾坐標(biāo)系以使z軸與切削元件260的中心軸線對(duì)齊。正交平面可以由x-y平面、x-z平面和y-z平面限定。坐標(biāo)系也可以被限定成中心(即x、y和z軸的交點(diǎn))位于所述中心軸線上。在有些實(shí)施例中，突起268關(guān)于中心z軸旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱(chēng)。在有些實(shí)施例中，突起268可以關(guān)于x-y、x-z和y-ζ平面中的至少兩個(gè)平面反射地非對(duì)稱(chēng)(也被稱(chēng)為"鏡面非對(duì)稱(chēng)〃、"鏡像非對(duì)稱(chēng)"和"雙側(cè)非對(duì)稱(chēng)〃)。換句話說(shuō)，當(dāng)被x-y、x_z和y-z平面中的至少兩個(gè)平面分割時(shí)，突起268的第一半側(cè)可以不包括突起268的第二半側(cè)的對(duì)稱(chēng)鏡像投影。在其它實(shí)施例中，非對(duì)稱(chēng)突起268可以關(guān)于x-y、x-z和y-z平面中的各平面反射非對(duì)稱(chēng)。另外，非對(duì)稱(chēng)突起268可以包括旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱(chēng)和反射非對(duì)稱(chēng)的組合。此外，非對(duì)稱(chēng)突起268可以關(guān)于與基底48相交的所有平面和軸旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱(chēng)且反射非對(duì)稱(chēng)。在前述以及隨后在此所述的切削元件的其它實(shí)施例的前切削面上的突起和/或凹部也可以類(lèi)似地呈現(xiàn)這種非對(duì)稱(chēng)。
[0076]圖14和15示出了切削元件280的另一個(gè)實(shí)施例，其包括從其切削面向外延伸的突起。該切削元件280包括基底282和在基底282上的超研磨材料塊284。超研磨材料塊284包括前切削面286。超研磨材料塊284和基底可以如前述有關(guān)圖2和圖3的超研磨材料塊104和基底102 —樣。切削元件280的超研磨材料塊284的切削面286也包括從超研磨材料塊284的切削面286向外延伸的多個(gè)突起288。如圖14和15所示，每個(gè)突起288可以為與其它突起288側(cè)向隔離的離散突起288。所述突起可以以規(guī)則陣列跨切削面286設(shè)置，或者它們可以隨機(jī)地定位在切削面286上。在圖14和15的實(shí)施例中，每個(gè)突起288具有圓形外表面，所述圓形外表面可以包括球體的一部分(例如，半球)。在其它實(shí)施例中，突起288可以具有其它形狀。在另外的實(shí)施例中，參照?qǐng)D14和15描述的切削元件可以形成為包括替代突起288的凹入表面，其中，凹入表面具有由跨超研磨材料塊284的切削面286的表面反射的突起的鏡像限定的幾何形狀。
[0077]在本公開(kāi)內(nèi)容的另外的實(shí)施例中，在超研磨材料塊的切削面上具有凹部和/或突起的切削元件(例如如上參照?qǐng)D2至15所述的切削元件)還可以包括延伸到超研磨材料塊的側(cè)向側(cè)表面中的一個(gè)或更多個(gè)凹入表面。下面參照?qǐng)D16和17描述這種切削元件的非限制性例子。
[0078]圖16和17示出了切削元件300，其包括基底302和在基底302上的超研磨材料塊304。超研磨材料塊304包括前切削面306。超研磨材料塊304和基底302可以如前述有關(guān)圖2和圖3的超研磨材料塊104和基底102 —樣。如圖16和17所示，基底302包括側(cè)向側(cè)表面303，超研磨材料塊304具有側(cè)向側(cè)表面305。超研磨材料塊304的側(cè)向側(cè)表面305可以與基底302的側(cè)向側(cè)表面303共同延伸并連續(xù)。切削元件300的超研磨材料塊304的切削面306還包括一個(gè)或更多個(gè)三維表面特征。作為一個(gè)非限制性的例子，凹入表面308可以限定在研磨材料塊304的切削面306中。凹入表面308可以類(lèi)似于前述圖5和6的凹入表面148。凹入表面308可以具有根據(jù)另外的實(shí)施例在此所述的任意其它構(gòu)造，切削元件300可以包括代替凹入表面308、從切削面306向外突出的一個(gè)或多個(gè)突起，或者除了凹入表面308之外具有從切削面向外突出的一個(gè)或多個(gè)突起。
[0079]如圖16和17所示，切削元件300還包括至少一個(gè)凹入表面310，所述凹入表面310從超研磨材料塊304的側(cè)向側(cè)表面305延伸到超研磨材料塊304中。在有些實(shí)施例中，所述凹入表面310可以繞超研磨材料塊304的整個(gè)側(cè)向外周周向地延伸。在圖16和圖17所示的實(shí)施例中，凹入表面310具有弓形截面形狀。在其它實(shí)施例中，凹入表面310可以由在一個(gè)尺寸上(例如在圖16的平面內(nèi)的豎直尺寸或水平尺寸上)為平面的多個(gè)表面限定。如圖16和17所示，凹入表面310可以只延伸到超研磨材料塊304中，而不延伸到基底302的任何部分中。在其它實(shí)施例中，凹入表面310的一部分也可以延伸到基底302中。換句話說(shuō)，凹入表面310可以跨超研磨材料塊304和基底302之間的交界面延伸。
[0080]在鉆進(jìn)期間，凹入表面310可以導(dǎo)致在切削元件上形成的磨損傷痕處形成徑向延伸的唇部。這種徑向延伸的唇部在本領(lǐng)域通常被稱(chēng)作"剪切唇"，當(dāng)鉆進(jìn)期間，與剪切唇相鄰的地層區(qū)域被切削元件剪切掉并移除時(shí)，可能導(dǎo)致剪切唇附近的地層區(qū)域處產(chǎn)生應(yīng)力集中。由于在延伸到地層中的磨損傷痕處存在這種唇部而導(dǎo)致的應(yīng)力集中，可以使得切削效率得到改善。
[0081]根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的切削元件，例如參照?qǐng)D2至17所述的任意切削元件，可以形成為包括貫穿切削元件延伸到超研磨材料塊上的切削面的一個(gè)或多個(gè)流體通路。這種切削元件的例子參照?qǐng)D18顯示如下。
[0082]圖18是切削元件320的截面視圖，該切削元件大體上類(lèi)似于圖2和3的切削元件100。該切削元件320包括基底322和在基底322上的超研磨材料塊324。超研磨材料塊324包括拱頂形前切削面326。超研磨材料塊324和基底322可以如前述有關(guān)圖2和圖3的超研磨材料塊104和基底102 —樣。如圖18所示，基底322包括側(cè)向側(cè)表面323，超研磨材料塊324具有側(cè)向側(cè)表面325。超研磨材料塊324的側(cè)向側(cè)表面325可以與基底322的側(cè)向側(cè)表面323共同延伸并連續(xù)。切削元件320的超研磨材料塊324的切削面326還包括一個(gè)或更多個(gè)三維表面特征。作為一個(gè)非限制性的例子，凹入表面328可以限定在研磨材料塊324的切削面326中。凹入表面328可以類(lèi)似于前述圖2和3的凹入表面114。凹入表面328可以具有根據(jù)另外的實(shí)施例在此所述的任意其它構(gòu)造，切削元件320可以包括代替凹入表面328、從切削面326向外突出的一個(gè)或更多個(gè)突起，或者除了凹入表面328之外具有從切削面向外突出的一個(gè)或多個(gè)突起。
[0083]如圖18所示，切削元件320還包括流體通路330。流體通路330可用來(lái)在鉆進(jìn)作業(yè)中使用切削元件320期間允許鉆進(jìn)流體流動(dòng)通過(guò)流體通路330至切削面326，所述流體流動(dòng)可以有助于從切削面326除去地層巖肩。因而，可以防止或阻止地層巖肩粘到切削面326上，這可以降低切削元件320所附著的鉆頭或其它工具發(fā)生被稱(chēng)為〃泥包〃的情況。流體通路330可以與貫穿鉆土工具的本體延伸的匹配的和相應(yīng)的流體通路對(duì)準(zhǔn)，該鉆土工具例如是前面參照?qǐng)D1所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭，使得在鉆進(jìn)期間流動(dòng)通過(guò)鉆土工具的本體的鉆進(jìn)流體的一部分將流入并穿過(guò)流體通路330，所述流體通路貫穿切削元件320延伸。
[0084]如圖18所示，流體通路330貫穿基底322和超研磨材料塊324延伸到超研磨材料塊324的前切削面326。在有些實(shí)施例中，流體通路可以延沿著切削元件320的中心軸線延伸，不過(guò)在其它實(shí)施例中，流體通路330可以定位在切削元件320內(nèi)的其它地方。流體通路330可以是直的，也可以是彎曲的。圖18所示的切削元件320包括單個(gè)流體通路330。在其它實(shí)施例中，多個(gè)較小流體通路330貫穿切削元件320延伸到切削面326。
[0085]包括具有上文所述的特征的超研磨材料塊的切削元件可以利用許多方法制造。正如本領(lǐng)域中已知的，超研磨材料塊可以通過(guò)對(duì)超研磨晶粒(例如，金剛石或立方體氮化硼晶粒)進(jìn)行高溫高壓(HTHP)燒結(jié)處理而形成，其中，晶粒之間形成直接晶粒間原子鍵?？梢圆捎么呋瘎?、例如金屬溶劑催化劑(例如，鈷、鐵、鎳或一種或多種這樣的金屬的合金)來(lái)幫助形成晶粒間原子鍵。在這樣的HTHP燒結(jié)處理中，晶粒設(shè)置在一容器中，然后進(jìn)行高溫(例如，溫度大于大致1300°C)和高壓(例如，壓力大于大致5.0GPa)處理。用于執(zhí)行這樣的HTHP燒結(jié)處理的燒結(jié)壓力機(jī)可在市場(chǎng)上買(mǎi)到。
[0086]在HTHP燒結(jié)處理期間，可以在大量聚晶金剛石材料的切削面(和可選地，側(cè)向側(cè)表面)上原位形成凹部和/或突起。例如，具有相應(yīng)于在超研磨材料塊中形成的凹部的幾何形狀的插入件可以有選擇地設(shè)置在容器內(nèi)，超研磨晶粒將在該容器中進(jìn)行HTHP燒結(jié)處理。插入件可以包括在整個(gè)HTHP燒結(jié)處理中將保持其形狀的材料，所述材料在HTHP燒結(jié)處理期間不會(huì)降解或以其他方式有害地影響周?chē)某心ゲ牧?。舉例來(lái)說(shuō)并且不作為限制，插入件可以包括陶瓷，例如氧化物材料(例如氧化鎂(MgO))。超研磨晶?？梢晕挥谌萜鲀?nèi)、圍繞插入件。任選地，基底，例如圖2和3的基底102，可以位于容器內(nèi)，與超研磨晶粒相鄰布置。催化劑材料可以從基底供給，或者可以以例如粉末狀催化劑材料形式設(shè)置在超研磨晶粒中。容器可以在其中裝有插入件、超研磨晶粒和可選基底的情況下進(jìn)行HTHP燒結(jié)處理，以燒結(jié)超研磨晶粒，并且在容器內(nèi)、插入件周?chē)纬傻匠心ゲ牧蠅K。在HTHP燒結(jié)處理之后，可以移除插入件，在超研磨材料塊的表面上或表面中形成突起或凹部?？商娲兀诔心ゲ牧蠅K的表面上或表面中的插入件也可以留在原地。在鉆進(jìn)作業(yè)中使用由此形成的切削元件期間，插入件的材料在切削最初階段期間被較快地磨掉和/或腐蝕掉，從而形成包括具有在此所述的凹部和/或突起的超研磨材料塊的切削元件。
[0087]作為用來(lái)在超研磨材料塊的切削面上形成凹部和/或突起的方法的另一個(gè)例子，超研磨材料塊可以在HTHP燒結(jié)處理中形成在第一犧牲基底的表面上。其上形成超研磨材料塊的第一犧牲基底的表面的尺寸、形狀和構(gòu)造可以使得:超研磨材料塊和第一犧牲基底之間的交界面具有超研磨材料塊的所希望的前切削面的尺寸、形狀和構(gòu)造。在形成超研磨材料塊之后，可以將超研磨材料塊從第一犧牲基底移除，倒置，然后連接于第二基底而形成切削元件。通過(guò)倒置超研磨材料，在將超研磨材料塊附著于第二基底時(shí)，之前位于與第一犧牲基底的交界面上的超研磨材料塊的表面變成了超研磨材料塊的前切削面。超研磨材料塊可以通過(guò)例如釬焊工藝連接于第二基底，或者通過(guò)將超研磨材料塊設(shè)置在容器中的第二基底上，并使超研磨材料塊和第二基底進(jìn)行另一 HTHP燒結(jié)處理，以將超研磨材料塊燒結(jié)結(jié)合到第二基底上。第二基底可以包括燒結(jié)碳化鎢基底或另一超研磨材料塊(例如，聚晶金剛石)。
[0088]在另外的實(shí)施例中，在超研磨材料塊的表面上形成的凹部和/或突起，如有關(guān)圖2至18所述的切削元件，可以在HTHP燒結(jié)處理中形成超研磨材料之后形成到超研磨材料塊中和/或上。例如，如前所述，可以利用HTHP燒結(jié)處理制造沒(méi)有任何所述的凹部和/或突起的超研磨材料塊，在此之后，在超研磨材料塊中和/或上形成凹部和/或突起。
[0089]例如，激光燒蝕工藝可以用來(lái)移除超研磨材料塊的選定、局部區(qū)域，并用來(lái)在超研磨材料塊中或上形成在此所述的凹部和/或突起。再例如，放電加工工藝也可以用來(lái)移除超研磨材料塊的選定、局部區(qū)域，并用來(lái)在超研磨材料塊中或上形成在此所述的凹部和/或突起。機(jī)加工工藝也可以用來(lái)移除超研磨材料塊的選定、局部區(qū)域，并用來(lái)形成凹部和/或突起。這樣的機(jī)加工工藝包括例如銑削工藝、車(chē)削工藝、鉆孔工藝、研磨工藝等等。在另外的其它實(shí)施例中，可使用激光來(lái)降解和弱化超研磨材料塊的選定、局部區(qū)域，在此之后，可以利用一種或多種機(jī)加工工藝來(lái)移除超研磨材料塊的降解和弱化區(qū)域。
[0090]任選地，存在于上文有關(guān)圖2至18所述的任何切削元件的超研磨材料塊中的超研磨晶粒之間的孔隙空間中的任何催化劑材料可以在HTHP燒結(jié)處理之后從超研磨材料塊上去除，正如本領(lǐng)域中已知的那樣。例如，浸析工藝可用來(lái)從超研磨材料塊的內(nèi)鍵合超研磨晶粒之間的孔隙空間移除催化劑材料。舉例來(lái)說(shuō)并且不作為限制，可以使用諸如那些在例如Bunting等人申請(qǐng)的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)N0.5，127，923 (1992年7月7日授權(quán))和Bovenkerk等人申請(qǐng)的的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)N0.4，224，380(1980年9月23日授權(quán))中更完全描述的浸出劑和浸析工藝來(lái)浸析處理超研磨材料塊。特別地，可以使用王水(濃硝酸(HN03)和濃鹽酸(HCl)的混合物)來(lái)從超研磨材料塊中的內(nèi)鍵合超研磨晶粒之間的孔隙空間中至少大體上移除催化劑材料。使用煮沸的鹽酸(HCl)和煮沸的氫氟酸(HF)作為浸出劑也是已知的。一種尤其適合的浸出劑是溫度在110°C或以上溫度的鹽酸(HCl)，根據(jù)超研磨材料塊的尺寸，可以使該浸出劑與超研磨材料塊接觸達(dá)2小時(shí)到60小時(shí)的時(shí)間。在浸析處理超研磨材料塊之后，超研磨材料塊內(nèi)的內(nèi)鍵合超研磨晶粒之間的孔隙空間可以至少基本上不存在用于促進(jìn)超研磨晶粒之間的晶粒間鍵的形成的催化劑材料。在有些實(shí)施例中，浸析處理可以有選擇地施加到金剛石臺(tái)的特定區(qū)域上，而不施加到其它區(qū)域上。例如，在有些實(shí)施例中，可以將掩模施加到超研磨材料塊的一個(gè)或多個(gè)外部表面的一區(qū)域上，而可以?xún)H浸析處理無(wú)掩模的區(qū)域。例如，浸析區(qū)域可以包括緊鄰超研磨材料塊的前切削面的超研磨材料塊的選定區(qū)域，和/或緊鄰超研磨材料塊的側(cè)向側(cè)表面的超研磨材料塊的選定區(qū)域。
[0091]超研磨材料塊中的凹部?jī)?nèi)的超研磨材料塊的表面可以被浸析處理，也可以不被浸析處理。例如，在有些實(shí)施例中，暴露在超研磨材料塊的切削面和/或側(cè)向側(cè)表面上的超研磨材料塊的區(qū)域可以被浸析處理，而延伸到超研磨材料塊的切削面和/或側(cè)向側(cè)表面中的凹部可被遮擋而沒(méi)有接觸浸出劑，以致防止在凹部?jī)?nèi)露出的超研磨材料塊的區(qū)域暴露于浸出劑。例如，在對(duì)超研磨材料塊進(jìn)行浸析工藝處理之前，可以在凹部?jī)?nèi)設(shè)置耐浸出劑的聚合樹(shù)脂。在浸析工藝后，可以利用例如噴砂或噴珠工藝、研磨工藝、化學(xué)刻蝕工藝等工藝從超研磨材料塊中的凹部?jī)?nèi)移除聚合樹(shù)脂。
[0092]另外，上文有關(guān)圖2至18所述的任何切削元件的超研磨材料塊的外暴露表面中的一個(gè)或多個(gè)表面可以通過(guò)物理方式改進(jìn)，例如通過(guò)拋光成平滑面或鏡面。例如，超研磨材料塊的外表面可以具有減小的表面粗糙度，例如2000年11月14日授權(quán)給Lund等人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)N0.6，145，608、1997年8月5日授權(quán)給Lund等人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)N0.5，653，300和1995年9月5日授權(quán)給Lund等人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)N0.5，447，208中描述的。作為非限制性的例子，可以將超研磨材料塊的前切削面的至少一部分拋光成具有約0.5 μ英寸(約0.0127μπι)微表面粗糙度(RMS)或更小的表面粗糙度。
[0093]在此所述的在前切削面上具有凹部和/或突起的切削元件被認(rèn)為在鉆進(jìn)作業(yè)中使用該切削元件期間提供了幾個(gè)不同優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或更多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
[0094]例如，如上述美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)N0.13/092，396所述的，這種凹部和/或突起可用來(lái)使切削元件在鉆進(jìn)期間展現(xiàn)有選擇地變化的鉆進(jìn)性(例如，有效刀面角(rakeangle))，該鉆進(jìn)性與切削元件在地層中的切削深度有關(guān)。因而，切削作用的鉆進(jìn)性可以通過(guò)有選擇地控制切削元件在地層中的切削深度而被有選擇地控制，所述切削深度可以由鉆進(jìn)操作者通過(guò)控制所謂的〃鉆壓〃 (WOB)而進(jìn)行控制。
[0095]另外，如上述美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/535，766所述的，這種凹部和/或突起也可用來(lái)減少地層巖肩在切削元件的前切削面上的粘著，這可以降低泥包的發(fā)生，并在鉆進(jìn)作業(yè)中使用期間保持有效移除地層巖肩。
[0096]另外，這種凹部和/或突起的存在可以允許管理(例如，減少)鉆進(jìn)期間超研磨材料塊內(nèi)的熱能，所述熱能會(huì)導(dǎo)致超研磨材料的降解。雖然導(dǎo)致該熱能減少的機(jī)理還不是完全了解，但是，目前認(rèn)為，熱能的減少可能是至少部分地因?yàn)?，由于凹部?或突起的存在使得超研磨材料塊的表面積增加，和/或在用切削元件切削地層期間由地層施加于聚晶金剛石塊的壓縮力和剪切力在聚晶金剛石塊內(nèi)的大小和/或分布，以及殘余應(yīng)力在超研磨材料塊中的大小和分布發(fā)生了變化。壓縮力和剪切力/殘余應(yīng)力在聚晶金剛石塊內(nèi)的大小和/或分布的這種變化可能是當(dāng)切削元件的切削深度使得凹部和/或突起定位在地層和超研磨材料塊的前切削面之間的交界面上時(shí)，由聚晶金剛石塊和地層之間的交界面的幾何形狀的變化導(dǎo)致的。
[0097]本公開(kāi)內(nèi)容的切削元件的實(shí)施例可用來(lái)實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或更多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
[0098]下面闡述本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例的另外的非限制性例子。
[0099]實(shí)施例1:一種用于鉆土工具的成型切削元件，其包括:基底；設(shè)置在基底上的超研磨材料塊，超研磨材料塊具有非平面的前切削面和側(cè)向側(cè)表面；以及從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
[0100]實(shí)施例2:如實(shí)施例1所述的成型切削元件，其中，非平面的前切削面具有拱頂形狀。
[0101]實(shí)施例3:如實(shí)施例1或?qū)嵤├?所述的成型切削元件，其中，非平面的前切削面具有包括大體上圓錐形的側(cè)向側(cè)表面和拱頂形端部的尖狀構(gòu)造。
[0102]實(shí)施例4:如實(shí)施例3所述的成型切削元件，其中，從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括延伸到大體上圓錐形的側(cè)向側(cè)表面中的至少一個(gè)凹部。
[0103]實(shí)施例5:如實(shí)施例4所述的成型切削元件，其中，延伸到大體上圓錐形的側(cè)向側(cè)表面中的所述至少一個(gè)凹部具有至少基本上整個(gè)地繞成型切削元件的中心軸線延伸的環(huán)形構(gòu)造。
[0104]實(shí)施例6:—種用于鉆土工具的切削元件，其包括:基底；設(shè)置在基底上的超研磨材料塊，所述超研磨材料塊具有前切削面和側(cè)向側(cè)表面；以及從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)，凹部和突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括在至少大體上橫向于切削元件的中心軸線定向的方向上線性跨前切削面延伸的至少一個(gè)線性段。
[0105]實(shí)施例7:如實(shí)施例6所述的切削元件，其中，從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括從前切削面延伸到超研磨材料塊中的至少一個(gè)凹部。
[0106]實(shí)施例8:如實(shí)施例7所述的切削元件，其中，所述至少一個(gè)凹部具有人字形形狀。
[0107]實(shí)施例9:如實(shí)施例7或?qū)嵤├?所述的切削元件，其中，所述至少一個(gè)凹部包括跨前切削面至少基本上彼此平行地延伸的兩個(gè)凹部。
[0108]實(shí)施例10:如實(shí)施例7至9中任一實(shí)施例所述的切削元件，其中，所述至少一個(gè)凹部包括至少基本上整個(gè)地跨切削元件的前切削面散布的多個(gè)凹部。
[0109]實(shí)施例11:如實(shí)施例6至9所述的切削元件，其中，基底具有至少一個(gè)側(cè)向側(cè)表面，所述至少一個(gè)側(cè)向側(cè)表面在橫向于切削元件的中心軸線的平面中具有非圓形形狀。
[0110]實(shí)施例12:如實(shí)施例11所述的切削元件，其中，所述至少一個(gè)側(cè)向側(cè)表面具有卵形形狀或三角形形狀。
[0111]實(shí)施例13:—種用于鉆土工具的切削元件，其包括:基底；設(shè)置在基底上的超研磨材料塊，所述超研磨材料塊具有前切削面和側(cè)向側(cè)表面；以及從前切削面延伸到超研磨材料塊中的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起中的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
[0112]實(shí)施例14:如實(shí)施例13所述的切削元件，其中，多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)至少基本上整個(gè)地跨切削元件的前切削面散布。
[0113]實(shí)施例15:如實(shí)施例13或?qū)嵤├?4所述的切削元件，其中，多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)以規(guī)則陣列設(shè)置在切削元件的前切削面上。
[0114]實(shí)施例16:如實(shí)施例13至15中任一實(shí)施例所述的切削元件，其中，多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括從前切削面向外延伸的多個(gè)突起，所述多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起中的每個(gè)突起具有球體的一部分的形狀。
[0115]實(shí)施例17:—種用于鉆土工具的切削元件，其包括:基底；設(shè)置在基底上的超研磨材料塊，所述超研磨材料塊具有前切削面和側(cè)向側(cè)表面；以及細(xì)長(zhǎng)凹部和細(xì)長(zhǎng)突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)，所述細(xì)長(zhǎng)凹部延伸到前切削面中并沿著螺旋形路徑從緊鄰切削元件的中心軸線的位置延伸到切削元件的側(cè)向周緣，所述細(xì)長(zhǎng)突起從前切削面向外延伸并沿著螺旋形路徑從緊鄰切削元件的中心軸線的位置延伸到切削元件的側(cè)向周緣。
[0116]實(shí)施例18:如實(shí)施例17所述的切削元件，其中，細(xì)長(zhǎng)凹部和細(xì)長(zhǎng)突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括細(xì)長(zhǎng)突起。
[0117]實(shí)施例19:如實(shí)施例18所述的切削元件，其中，所述細(xì)長(zhǎng)突起具有彎曲外表面。
[0118]實(shí)施例20:如實(shí)施例19所述的切削元件，其中，細(xì)長(zhǎng)突起具有的寬度在沿著細(xì)長(zhǎng)突起從緊鄰切削元件的中心軸線的位置到切削元件的側(cè)向周緣延伸的方向上增大。
[0119]實(shí)施例21:—種用于鉆土工具的切削元件，其包括:基底；設(shè)置在基底上的超研磨材料塊，所述超研磨材料塊具有前切削面和側(cè)向側(cè)表面；以及從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)；以及從超研磨材料塊的側(cè)向側(cè)表面延伸到超研磨材料塊中的凹部。
[0120]實(shí)施例22:如權(quán)利要求21所述的切削元件，其中，從超研磨材料塊的側(cè)向側(cè)表面延伸到超研磨材料塊中的所述凹部繞超研磨材料塊的整個(gè)側(cè)向外周周向地延伸。
[0121]實(shí)施例23:—種鉆土工具，其包括:工具本體；以及結(jié)合到工具本體上的如實(shí)施例1至22中任一實(shí)施例所述的至少一個(gè)切削元件。
[0122]實(shí)施例24:如實(shí)施例23所述的鉆土工具，其中，鉆土工具包括固定切削刃回轉(zhuǎn)式鉆頭。
[0123]實(shí)施例25:—種形成用于鉆土工具的成型切削元件的方法，其包括:在基底上設(shè)置超研磨材料塊；在超研磨材料塊上形成非平面的前切削面和側(cè)向側(cè)表面；以及形成從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
[0124]實(shí)施例26:如實(shí)施例25所述的方法，其中，形成非平面的前切削面包括形成具有拱頂形狀的非平面的前切削面。
[0125]實(shí)施例27:如實(shí)施例25或?qū)嵤├?6所述的方法，其中，形成非平面的前切削面包括形成具有包括大體上圓錐形的側(cè)向側(cè)表面和拱頂形端部的尖形構(gòu)造的非平面的前切削面。
[0126]實(shí)施例28:如實(shí)施例27中任一所述的方法，其中，形成從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括形成延伸到所述大體上圓錐形的側(cè)向側(cè)表面中的至少一個(gè)凹部。
[0127]實(shí)施例29:如實(shí)施例28所述的方法，其中，形成延伸到大體上圓錐形的側(cè)向側(cè)表面中的所述至少一個(gè)凹部包括形成具有環(huán)形構(gòu)造的至少一個(gè)凹部，該環(huán)形構(gòu)造至少基本上整個(gè)地繞成型切削元件的中心軸線延伸。
[0128]實(shí)施例30:—種形成用于鉆土工具的切削元件的方法，其包括:在基底上設(shè)置大量超研磨材料；形成超研磨材料塊，使之具有前切削面和側(cè)向側(cè)表面；以及形成從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)，以及使形成的凹部和突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括在至少大體上橫向于切削元件的中心軸線定向的方向上線性跨前切削面延伸的至少一個(gè)線性段。
[0129]實(shí)施例31:如實(shí)施例30所述的方法，其中，形成從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括，形成從前切削面延伸到超研磨材料塊中的至少一個(gè)凹部。
[0130]實(shí)施例32:如實(shí)施例31所述的方法，其中，形成所述至少一個(gè)凹部包括，形成具有人字形形狀的至少一個(gè)凹部。
[0131]實(shí)施例33:如實(shí)施例31或32所述的方法，其中，形成所述至少一個(gè)凹部包括，形成跨前切削面至少基本上彼此平行地延伸的兩個(gè)凹部。
[0132]實(shí)施例34:如實(shí)施例33所述的方法，其中，形成所述至少一個(gè)凹部包括，形成至少基本上整個(gè)地跨切削元件的前切削面散布的多個(gè)凹部。
[0133]實(shí)施例35:如實(shí)施例30至實(shí)施例34中任一實(shí)施例所述的方法，其中，所述方法還包括:形成所述基底，使之具有至少一個(gè)側(cè)向側(cè)表面，所述至少一個(gè)側(cè)向側(cè)表面在橫向于切削元件的中心軸線的平面中具有非圓形形狀。
[0134]實(shí)施例36:如實(shí)施例35所述的方法，所述方法還包括:形成所述基底的所述至少一個(gè)側(cè)向側(cè)表面，使之具有卵形形狀或三角形形狀。
[0135]實(shí)施例37:—種形成用于鉆土工具的切削元件的方法，其包括:在基底上設(shè)置大量超研磨材料；形成超研磨材料塊，使之具有前切削面和側(cè)向側(cè)表面；以及形成從前切削面延伸到超研磨材料塊中的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起中的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
[0136]實(shí)施例38:如實(shí)施例37所述的方法，其中，形成多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括:使形成的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)至少基本上整個(gè)地跨切削元件的前切削面散布。
[0137]實(shí)施例39:如實(shí)施例37或?qū)嵤├?8所述的方法，其中，形成多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括:在切削元件的前切削面上以規(guī)則陣列設(shè)置多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)。
[0138]實(shí)施例40:如實(shí)施例37至39中任一實(shí)施例所述的方法，其中，形成多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括:形成從前切削面向外延伸的多個(gè)突起，所述多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起中的每個(gè)突起具有球體的一部分的形狀。
[0139]實(shí)施例41:一種形成用于鉆土工具的切削元件的方法，其包括:在基底上設(shè)置超研磨材料塊；將所述超研磨材料塊成形為使之具有前切削面和側(cè)向側(cè)表面；以及形成細(xì)長(zhǎng)凹部和細(xì)長(zhǎng)突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)，所述細(xì)長(zhǎng)凹部延伸到前切削面中并沿著螺旋形路徑從緊鄰切削元件的中心軸線的位置延伸到切削元件的側(cè)向周緣，所述細(xì)長(zhǎng)突起從前切削面向外延伸并沿著螺旋形路徑從緊鄰切削元件的中心軸線的位置延伸到切削元件的側(cè)向周緣。
[0140]實(shí)施例42:如實(shí)施例41所述的方法，其中，形成細(xì)長(zhǎng)凹部和細(xì)長(zhǎng)突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括，形成細(xì)長(zhǎng)突起。
[0141]實(shí)施例43:如實(shí)施例42所述的方法，其中，形成所述細(xì)長(zhǎng)突起包括，使形成的所述細(xì)長(zhǎng)突起具有彎曲外表面。
[0142]實(shí)施例44:如實(shí)施例42或?qū)嵤├?3所述的方法，所述方法還包括:形成所述細(xì)長(zhǎng)突起，使之具有的寬度在沿著細(xì)長(zhǎng)突起從緊鄰切削元件的中心軸線的位置到切削元件的側(cè)向周緣延伸的方向上增大。
[0143]實(shí)施例45:—種形成用于鉆土工具的切削元件的方法，其包括:在基底上設(shè)置超研磨材料塊；將所述超研磨材料塊成形為使之具有前切削面和側(cè)向側(cè)表面；形成從前切削面延伸到超研磨材料塊中的凹部和從超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)；以及形成從超研磨材料塊的側(cè)向側(cè)表面延伸到超研磨材料塊中的凹部。
[0144]實(shí)施例46:如實(shí)施例45所述的方法，所述方法還包括:形成從超研磨材料塊的側(cè)向側(cè)表面延伸到超研磨材料塊中的所述凹部，使該凹部繞超研磨材料塊的整個(gè)側(cè)向外周周向地延伸。
[0145]實(shí)施例47:—種形成鉆土工具的方法，其包括:如實(shí)施例25至46中任一實(shí)施例的方法形成至少一個(gè)切削元件；以及將所述至少一個(gè)切削元件連接到鉆土工具的本體上。
[0146]實(shí)施例48:如實(shí)施例47所述的方法，所述方法還包括:選擇所述鉆土工具的本體，使之包括固定切削刃回轉(zhuǎn)式鉆頭的本體。
[0147]盡管上文描述包含了許多特定內(nèi)容，但是，但是這些特定內(nèi)容并不構(gòu)成對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容的范圍的限制，而只是提供了某些示例性的實(shí)施例。類(lèi)似地，可以構(gòu)想到在本發(fā)明的范圍內(nèi)的本公開(kāi)內(nèi)容的其它實(shí)施例。例如，這里參照一個(gè)實(shí)施例描述的特征也可以與這里描述的其它實(shí)施例的特征組合。因此本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求書(shū)指示和限定，并不是由上文的描述限定。本發(fā)明包括對(duì)正如這里披露的落入權(quán)利要求書(shū)的含義和范圍內(nèi)的本發(fā)明的所有添加、刪除和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于鉆土工具的切削元件，所述切削元件包括: 基底; 設(shè)置在所述基底上的超研磨材料塊，所述超研磨材料塊具有非平面的前切削面和側(cè)向偵U表面；以及 從所述前切削面延伸到所述超研磨材料塊中的一個(gè)或更多個(gè)凹部，和從所述超研磨材料塊的所述前切削面向外延伸的一個(gè)或更多個(gè)突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削元件，其中，所述非平面的前切削面具有拱頂形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削元件，其中，凹部和突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括至少一個(gè)線性段，所述至少一個(gè)線性段在至少大體上橫向于所述切削元件的中心軸線定向的方向上跨所述前切削面線性延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的切削元件，其中，至少一個(gè)凹部包括至少基本上整個(gè)地跨所述切削元件的前切削面散布的多個(gè)凹部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的切削元件，其中，所述基底具有至少一個(gè)側(cè)向側(cè)表面，所述至少一個(gè)側(cè)向側(cè)表面在橫向于所述切削元件的中心軸線的平面中具有非圓形形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削元件，其中，凹部和突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括從所述前切削面延伸到所述超研磨材料塊中的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和從所述超研磨材料塊的前切削面向外延伸的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的切削元件，其中，所述多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和所述多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)以規(guī)則陣列設(shè)置在所述切削元件的前切削面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削元件，其中，凹部和突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括細(xì)長(zhǎng)凹部和細(xì)長(zhǎng)突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)，所述伸長(zhǎng)凹部延伸到所述前切削面中并沿著螺旋形路徑從緊鄰所述切削元件的中心軸線的位置延伸到所述切削元件的側(cè)向周緣，所述細(xì)長(zhǎng)突起從前所述切削面向外延伸并沿著螺旋形路徑從緊鄰所述切削元件的中心軸線的位置延伸到所述切削元件的側(cè)向周緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削元件，所述切削元件還包括從所述超研磨材料塊的側(cè)向側(cè)表面延伸到所述超研磨材料塊中的凹部。
10.一種鉆土工具，其包括: 工具本體；和 結(jié)合到所述工具本體上的根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的至少一個(gè)切削元件。
11.一種形成用于鉆土工具的切削元件的方法，所述方法包括: 在基底上設(shè)置超研磨材料塊； 將所述超研磨材料塊成形為使所述超研磨材料塊具有前切削面和側(cè)向側(cè)表面；以及 形成從所述前切削面延伸到所述超研磨材料塊中的凹部，和從所述超研磨材料塊的前切削面向外延伸的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，形成具有前切削面的所述超研磨材料塊包括使形成的所述前切削面具有拱頂形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括:使形成的凹部和突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括在至少大體上橫向于所述切削元件的中心軸線定向的方向上跨所述前切削面線性延伸的至少一個(gè)線性段。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，形成凹部和突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括，形成具有人字形形狀的至少一個(gè)凹部。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，形成凹部和突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括，形成跨所述前切削面至少基本上彼此平行地延伸的兩個(gè)凹部。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，形成凹部和突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)包括:形成從所述前切削面延伸到所述超研磨材料塊中的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和從所述超研磨材料塊的所述前切削面向外延伸的多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，形成多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)包括:在所述切削元件的所述前切削面上以規(guī)則陣列設(shè)置多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的凹部和多個(gè)離散的、側(cè)向隔離的突起兩項(xiàng)中的所述至少一項(xiàng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，形成凹部和突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)包括:形成細(xì)長(zhǎng)凹部和細(xì)長(zhǎng)突起兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)，所述細(xì)長(zhǎng)凹部延伸到所述前切削面中并沿著螺旋形路徑從緊鄰所述切削元件的中心軸線的位置延伸到所述切削元件的側(cè)向周緣，所述細(xì)長(zhǎng)突起從所述前切削面向外延伸并沿著螺旋形路徑從緊鄰所述切削元件的中心軸線的位置延伸到所述切削元件的側(cè)向周緣。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括:形成從所述超研磨材料塊的側(cè)向側(cè)表面延伸到所述超研磨材料塊中的凹部。
20.—種形成鉆土工具的方法，其包括: 根據(jù)權(quán)利要求11至19中任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法形成至少一個(gè)切削元件；以及 將所述至少一個(gè)切削元件附著到鉆土工具的本體上。
【文檔編號(hào)】E21B10/42GK104471179SQ201380038363
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月22日
【發(fā)明者】A·A·迪吉奧凡尼, Y·卡迪奧格魯, D·E·斯科特, M·J·邁因尼爾, R·C·佩斯西爾, N·J·萊昂斯, C·D·范德雷耶特, D·R·赫謝爾, C·R·瓊克, R·W·N·尼倫, G·P·多蘭 申請(qǐng)人:貝克休斯公司, 六號(hào)元素有限公司