用于地钻工具的切削元件、包括这种切削元件的地钻工具以及用于地钻工具的这种切削元件的形成方法

摘要

公开了与地钻工具一起使用的切削元件，其包括切削台，切削台具有至少两个部分，该至少两个部分之间的分界面至少由形成在切削台上的不连续部分局部界定。还公开了地钻工具，其包括工具主体和由工具主体承载的多个切削元件。切削元件包括固定到基底上的切削台。切削台包括多个相互靠近的部分，每个部分具有单个的切削刃，其中，至少一个部分被构造成从基底上可选择性地被分离下来，以基本上暴露出相邻部分的切削刃。公开了用于制造切削元件的方法，该切削元件与地钻工具一种使用，该方法包括形成切削台，使切削台包括多个相邻的部分。

说明书

优先权请求

本申请请求享有尚待批准的美国专利申请序列13/165,145号的权 益，该美国专利申请的申请日为2011年6月21日，名称为“用于地钻 工具的切削元件、包括这种切削元件的地钻工具以及用于地钻工具的 这种切削元件的形成方法”。

技术领域

本发明公开的实施例通常涉及与地钻工具一起使用的切削元件， 更具体而言，涉及包括至少局部为分段式超硬切削台的切削元件、这 种切削元件的制造方法以及包括这种切削元件的地钻工具。

背景技术

诸如旋转式钻头（包括牙轮钻头和固定切削刃钻头或刮刀钻头）、 岩心钻头、偏心钻头、铰刀、磨机的各种地钻工具通常用于在地层中 形成井孔或井眼。这类工具的与地层接合的表面上通常包括一个或更 多个切削元件，当地钻工具旋转或在井眼中移动时，切削元件可去除 掉地层材料。

例如，固定切削刃钻头（通常称之为“刮刀钻头”）具有多个连接 到或以其他方式固定到钻头体的端面（如，与地层接合的表面）上的 切削元件。图1示出了传统切削元件10的一个实例。切削元件10包 括超硬材料层12（通常称之为“切削台”），其形成在或连接到由硬质 材料（如烧结碳化钨）形成的支撑基底14上，例如，该超硬材料由相 互粘合的聚晶金刚石颗粒构成。由超硬材料层12形成的切削台包括前 切削面16、抵接所述支撑基底14的后端面（未示出）、以及外围表面 18。如图所示，倒角部20位于前切削面16和外围表面18之间，尽管 并没要求这种结构，但是这种结构是传统的。钻井作业期间，切削刃 的至少由切削面16的外围部分局部界定的部分被压入地层中。当地钻 工具相对于地层移动时，切削元件10被拖动穿过地层表面，从而切削 面16的切削刃剪切掉地层材料。这种切削元件10通常称之为“聚晶金 刚石复合片（PDC）”切削元件或刀具。

钻井作业期间，由于金刚石台和正被切削的地层之间的摩擦、钻 压（WOB）产生的轴向载荷的作用、以及，由钻压变化、地层不规则 性、材料差异以及振动引起的高强度冲击力的作用，切削元件10将承 受高温。这些条件会对超硬材料层12造成危害（如，破碎、碎裂）。 这种危害经常发生在切削面16的切削刃处或其附近，至少局部由钻井 期间出现的高强度冲击力引起。对切削元件10造成的危害将降低切削 元件的切削效率。在严酷条件下，整个超硬材料层12将与支撑基底 14分离（即，脱层）。另外，对切削元件10造成的危害将最终会使切 削元件10与地钻工具的表面（切削元件固定到该表面上）分离。

发明内容

在某些实施例中，本发明公开内容包括一种与地钻工具一起使用 的切削元件，该切削元件包括具有切削面的切削台。切削台包括至少 两个部分，其中，该至少两个部分之间的分界面至少被形成在切削台 上的不连续部分局部界定，所述不连续部分从切削台的外围边缘的第 一部分向切削台的外围边缘的相对的第二部分延伸而穿过切削台。

在其他实施例中，本发明公开内容包括地钻工具，其包括工具主 体和由工具主体承载的多个切削元件。每个切削元件包括基底和固定 到该基底上的切削台，切削台具有多个相互靠近的部分。每个部分包 括单个的切削刃，其中，所述多个相互邻近的部分中的至少一个部分 被构造成可选择性地与基底相分离，以基本上暴露出所述多个相互靠 近的部分中的相邻部分的切削刃。

本发明公开的另外一些实施例包括与地钻工具一起使用的切削刃 的制造方法，该方法包括以下步骤：形成切削台，使切削台包括多个 相互靠近的部分；在切削台上形成多个凹陷，使凹陷沿切削台的切削 面延伸；以及，在切削台的所述多个相互靠近的部分中的每个部分上 形成单个的切削刃。

附图说明

权利要求书为本说明书得出的结论，在此特别指出并清楚主张权 利要求书的内容可认为是本发明公开的实施例，尽管如此，但是，结 合附图阅读下面对本发明的实施例的描述可更容易看出本发明的实施 例的优点，附图如下：

图1示出了传统的超硬切削元件；

图2是根据本发明公开的某实施例的超硬切削元件的等轴测视 图；

图2A至2D是根据本发明公开的实施例的超硬切削元件的顶视 图；

图3是根据本发明公开的另一实施例的超硬切削元件的一部分的 顶视图；

图4沿截面线4-4示出了图3所示的超硬切削元件的剖面侧视图；

图5是本发明另一实施例的超硬切削元件的一部分的剖面侧视 图；

图6是本发明另一实施例的超硬切削元件的一部分的剖面侧视 图；

图7是本发明另一实施例的超硬切削元件的一部分的剖面侧视 图；

图8是本发明另一实施例的超硬切削元件的一部分的剖面侧视 图；

图9是超硬切削元件的一部分的剖面侧视图，示出了根据本发明 某实施例的切削元件的形成方法；

图10是超硬切削元件的一部分的剖面侧视图，示出了根据本发明 另一实施例的超硬切削元件的形成方法；

图11是地钻工具的等轴测视图，该地钻工具承载根据本发明另一 实施例的多个超硬切削元件；以及

图12是图11所示的地钻工具的局部前视图。

具体实施方式

文中示出的附图不是任何特定材料、装置、系统、方法或其元件 的实际视图，仅是用来描述本发明公开内容的理想化图示。另外，这 些附图中的共同元件可用相同标记表示。

本发明公开的实施例包括与地钻工具一起使用的切削元件，该切 削元件包括至少局部为分段式结构的切削面（例如，切削台）。例如， 切削面可包括两个或更多个部分（例如，区段），它们至少局部地被形 成在切削面上或切削面附近的不连续部分分离。

如图2所示，切削元件100可以包括切削面，如，一层形成切削 台102的超硬材料，其覆置在基底104上（如，设置在基底上）。请注 意，尽管图2所示的实施例示出切削元件100的切削台102是圆柱形 或盘形，但是，在其他实施例中，切削台102可以是任何合适形状， 如圆顶状、锥形、楔形等。另外，如下更详细所述，在其他实施例中， 切削元件100的主体（如，切削台102和基底104）可以包括细长结 构，如，卵形、椭圆形、墓石形（如，一端为弧形，相对的另一端基 本上为直线型的细长结构，如图2所示及参照图2所述的结构）等结 构。也请注意，尽管图2所示的实施例示出了切削元件102位于支撑 基底104上，但是，在其他实施例中，切削台102可以形成为独立结 构。

在某些实施例中，切削台102可以包括超硬材料，该超硬材料包 括无规定向、相互粘合的超硬颗粒（如，金刚石、立方氮化硼（CBN） 等聚晶材料），它们在高温高压（HTHP）条件下粘合。例如，具有聚 晶结构的切削台可由诸如金刚石颗粒（也称之为“粗砂”）等的硬质材 料颗粒形成；通过高温高压过程，在存在钴粘结剂或其他粘结剂材料 （如，镍或铁等VIII族金属、或含有Ni/Co,Co/Mn,Co/Ti,Co/Ni/V, Co/Ni,Fe/Co,Fe/Mn,Fe/Ni,Fe（Ni.Cr）,Fe/Si₂,Ni/Mn和Ni/Cr等材 料的合金）等催化剂的情况下，这些硬质材料颗粒粘合在一起。在某 些实施例中，用于形成聚晶结构的金刚石材料可以包含天然金刚石、 人造金刚石或它们的混合物，包括粒度或粒径不同的金刚石磨粒，下 面将参照图7对此进行描述。

在某些实施例中，切削台102可包括热稳定聚晶金刚石复合片或 磷酸三钠（TSP）。例如，用于形成切削台102的催化剂材料可以从切 削台102的至少一部分聚晶金刚石材料中被至少部分去除掉（例如， 通过浸析、电解过程等），下面将参照图8对此进行描述。

基底104可包括硬质材料，如，硬质合金（如，碳化钨）、或适用 于作为切削元件100的基底的任何其他材料。制造切削元件100之后， 基底可被连接（如，硬焊）到地钻工具（如，旋转式地钻钻头850（图 11））上。在通过上述高温高压过程形成切削台102的期间，可将切削 台102固定到基底104上；或者，在通过上述高温高压过程形成切削 台102之后通过下一个高温高压过程或粘结过程（如，硬焊过程，使 用其他粘结材料的任何合适的粘结过程等）将切削台102固定到基底 104上。在某些实施例中，基底104可包括地钻工具的一部分；或者 基底104包括两个部件，其中，第一部件在其形成期间固定到切削台 102上，另一部件是更长的基底延伸部，其粘结到第一部件上，这种 结构是传统的。

参照图2，切削台102的一部分可以至少局部为分段式结构（如， 可包括两个或多个部分）。例如，切削台102上可形成有一个或更多个 不连续部分，它们至少局部地界定切削台102的多个部分110（如， 部分111、112、113、114）。切削台102的所述多个部分110可从切削 台102的第一侧117向切削台102的相对的第二侧119延伸，如果需 要，可完全绕切削台102延伸。切削台102的所述多个部分110可包 括多个顺次或次序的部分110，它们沿切削元件100的纵轴线定位， 或可选择地绕该纵轴线定位。例如，部分111的第一边缘可构成切削 台102的外围边缘120的一部分，该部分111的相对的第二边缘可靠 近部分112的第一边缘布置。以类似方式，所述部分112的相对的第 二边缘可靠近部分113的第一边缘布置，依此类推。

在某些实施例中，切削台102的一个或更多个不连续部分可包括 形成在切削台102上的一个或更多个凹陷116（如，凹口），例如，凹 陷116至少部分穿过切削台102的切削面106。凹陷116可从切削台 102的第一侧117向切削台102的相对的第二侧119基本上穿过切削 台102的切削面106（如，基本上平坦的切削面）。例如，凹陷116可 从切削台102的外围边缘120的一部分向外围边缘120的另一部分延 伸。

在某些实施例中，通过激光切割过程、电火花加工（EDM）过程、 或任何其他合适的加工或材料去除过程等处理过程去掉切削台102的 一部分，从而，可在切削台102中形成所述凹陷116。例如，凹陷116 可在激光切割过程中形成，例如，该激光切割削过程如尚待批准的美 国专利申请序列No.12/265,462中所述，该美国申请于2008年11月5 日申请，受让人为本发明的受让人，该美国申请的全部内容引入文中 作为参考。在某些实施例中，如下面参照图3和4所述，可在切削台 102中可加工（如，激光切割）出凹陷116以在切削台102的形成有 凹陷116的一个或更多个侧部上形成倒角。文中所使用的术语“倒角” 意为沿切削元件的一部分的至少一部分外围边缘形成的任何表面，可 以表示单面倒角、双面倒角、三面倒角、圆形边缘或保护切削刃的任 何其他保护结构。

在某些实施例中，在制造切削台102期间（例如，如下面参照图 9和10所述的实施例中），可在形成切削台102的材料中形成（例如， 加工、模制等）凹陷116。

请注意，尽管图2所示的实施例示出凹陷116基本上为弧形，但 是，凹陷116可形成为任何合适的形状。例如，图2A至2D均示出了 切削元件100的切削台102的顶视图，切削元件100的切削台102具 有凹陷116（图2），在图2A中，凹陷116被形成为弧形，在图2B中 凹陷116为线形，图2C中凹陷116为波浪形，图2D中凹陷116为另 一种弧形，这种弧形中形成有靠近切削台中线的点。

如图2所示，切削台102的部分110均可形成切削台102的切削 刃（如，离散的切削刃）。例如，切削台102的每个部分110均可包括 切削刃（如，切削刃118）。这些切削刃118可基本上相似（例如，它 们为一种或多种形状、位于一种或多种方位上，并沿切削台102的一 部分延伸），每个切削刃118可沿切削台的切削面106从一个或更多个 相邻切削刃118偏移。

每个部分110的切削刃118可被形成和定位成：在包括切削元件 100的地钻工具进行井下作业的期间（如，钻井或用铰刀扩大井眼的 期间），切削刃118可在不同时间暴露出来。例如，在钻井作业期间， 切削元件100通过切削台102的部分110的切削刃118可至少局部地 接合正被钻探的地层。位于首端的部分110的切削刃118由于接触地 层而磨损（例如，由于钻井作业期间承受高温、高载荷以及高冲击力 引起）至令人不满意的程度之后，可将该部分110从切削元件100上 去除掉（如，被分离掉）。例如，切削元件100的各部分（如，切削台 102、基底104、切削台102和基底104之间的交界面、或这些部分的 组合部分）可被构造成使得位于首端的部分110将能从剩余的切削台 102上分离下来。凹陷116可形成在切削台102上，从而，每个部分 110的切削刃118已经承受预定应力（例如，钻头在钻压下旋转而产 生作用力和载荷，使得切削刃沿地层被拖动）之后，切削台102的所 述部分110和基底104之间的交界面被削弱，足以使该部分110从基 底104（或切削台102连接到其上的任何其他表面或元件）上分离下 来（如，被分离成层），这样就会暴露出相邻的下一个部分110以接合 正被切削的地层。

在某些实施例中，凹陷116可仅穿过切削台102的局部部分。在 这种实施例中，切削台102在凹陷116处的截面积减小，从而，在钻 井作业期间，由于作用力和载荷施加在切削台102的部分110的靠近 凹陷116处的切削刃118（如，切削台102的部分110的旋转尾端） 上，因此会产生应力集中现象。这种应力集中会使切削台102倾向于 沿凹陷116出现性能衰退（如，破裂），从而仅分离掉切削台102的一 个部分110，而不是整个切削台102。在其他实施例中，凹陷116可穿 透整个切削台102到达基底104处，从而可使切削台102的一个部分 110被分离下来，保持切削台102的剩余部分完好无损。

将切削台102的一个部分110从基底上分离下来之后，可暴露出 切削台102前缘处的相邻部分110（如，部分112）。通过使正被钻探 的地层与切削台102的部分112的切削刃118接合，从而切削元件100 继续进行钻井作业。以类似方式继续进行钻井作业，即，切削台102 的每个部分110进而提供位于切削台102的前端部分上的切削刃118， 使该切削刃118接合地层，随后该部分110被去除掉以暴露出切削台 102的另一部分110。在某些实施例中，切削台102的一个或更多个部 分110已被去除掉之后，基底104的任何剩余部分（其先前位于已被 去除的部分110下方）随后在钻井作业过程中由于与地层接触而被磨 损，从而形成所谓的磨损面。

请注意，尽管图2所示的实施例示出，凹陷116位于切削台116 上以在切削台102的预定位置（如，大致位于切削台102的部分110 之间的位置）处基本去除切削台102的部分110；但是，在其他实施 例中，切削台102可包括能分离切削台102的部分110的其他结构特 征。例如，可将热源（如，激光）应用到切削台102上，加热切削台 102的一些部分（如，加热至温度高于750℃）以形成不连续部分。加 热切削台102的一些部分起到的作用是，使形成切削台的金刚石晶体 的一些部分石墨化，这样可基本上至少局部地削弱切削台102，从而 在切削台102上形成不连续部分。在钻井作业期间切削台102受到加 热时，切削台102在不连续部分处继续被石墨化。可在单独过程中或 在激光切割凹陷116的过程中对切削台102进行这种加热处理。在某 些实施例中，由于一些突起形成在基底上并伸入切削台中（如下面参 照图5所述），因此，切削台的一些部分的截面面积减小，从而可将切 削台的这些部分分离下来。在某些实施例中，切削台的一部分可由如 粒径（如下面参照图7所述）等属性不同的材料（如，金刚石）制成， 以便于选择性地分离掉切削台102的一些部分。在某些实施例中，用 于将文中所述的切削台的一些部分分离下来的一些结构特征可协调地 组合使用。

图3和4分别是切削元件200的一部分的顶视图和截面侧视图， 切削元件200与图2所示并参照图2所述的切削元件100有些相似， 其包括覆置在基底204上的分段式切削台202。如图3和4所示，切 削元件200可包括细长形状结构（如，墓石形状结构）。切削台202 可包括两个或多个部分210，它们被切削台200上的凹陷216分开。 多个部分210可沿切削面206以规则间距、不规则间距、或上述两种 方式相结合地形成。在某些实施例中，切削台202的靠近凹陷216的 一些部分可包括倒角表面222。倒角表面222可形成在部分210的前 端部分（如切削刃218）上，与切削台202的切削面206成斜角。

在某些实施例中，在切削台202已经基本形成之后，可在切削台 202上形成凹陷216和倒角表面222。在某些实施例中，在形成切削台 202期间，可在切削台202上形成凹陷216和倒角表面222（如下面参 照图9和10所述）。

在某些实施例中，如图4所示，凹陷216可完全穿透切削台202 的部分到达基底204处。

如上所述，切削台202的一些部分210的位置和方位可使切削台 202的第一部分210在钻井作业初始阶段接合地层。切削台202的第 一部分210已经基本上被磨损至预期程度之后可从切削台202上分离 下来，使切削台202的第二部分210接合地层，依此类推。

图5是切削元件300的一部分的截面侧视图，该切削元件与图2 至4所示并参照图2至4所述的切削元件100、200有些相似，其包括 覆置在基底304上的分段式切削台302。如图5所示，基底304可包 括一个或更多个突起324，其在基底304与切削台302之间的交界面 处从基底304伸出。突起324可形成切削台302的截面积减小的部分， 以至少界定切削台302的部分310的局部部分。如果同时采用切削台 310上的凹陷316以及基底304的突起324这两种结构特征，那么凹 陷316和突起324被定位成相互靠近（如，基本共同地延伸）。例如， 凹陷316可基本上定位在突起324上方并与其对齐。如图5所示，在 某些实施例中，凹陷316可不完全穿透切削台302。

图6是切削元件400的一部分的截面侧视图，切削元件400与图 2至5所示和参照图2至5所示所述的切削元件100、200、300有些 相似，其包括覆置在基底404上的分段式切削台402。如图6所示， 基底404可包括一个或更多个凹陷426，它们形成在基底404上，位 于离基底404与切削台402之间的交界面一定距离的表面（如，该表 面与交界面相对）处，例如，位于基底404的待被固定到地钻工具上 的表面处。基底404上的凹陷426可界定基底404的部分430，部分 430类似于切削台402的部分410。例如，可通过在凹陷426处或其附 近处产生应力集中以增加切削台402和基底404在凹陷416、426处或 其附近处出现性能衰退的可能性，这样，基底404上的凹陷426可使 切削台402的部分410和基底404的相应部分430一起从地钻工具（基 底404固定到该地钻工具上）上分离下来。在某些实施例中，基底404 的通过凹陷426形成的部分430可被形成为基本上与切削台402的部 分410共同延伸。例如，基底404上的凹陷426可被形成为靠近切削 台402的一个或更多个用于分离的结构（例如，切削台402上的凹陷 416、基底404上的突起、或凹陷和突起的组合），例如，与这些结构 共同地延伸。

图7是切削元件500的一部分的截面侧视图，切削元件500与图 2至6所示和参照图2至6所述的切削元件100、200、300、400有些 相似，其包括覆置在基底504上的分段式切削台502。如图7所示， 切削台502可包括通过改变形成切削台502的材料的属性所形成的分 离结构。例如，切削台502可包括一个或更多个部分，它们由含有相 对较粗颗粒的材料（如，平均粒径大于1.0mm的金刚石材料）形成， 切削台502的一个或更多个其他部分可由含有相对较细颗粒的材料形 成（如，平均粒径小于1.0mm的金刚石材料，例如粒径小于100微米 （μm））。在某些实施例中，例如，采用具有双模态粒径分布或多模态 粒径分布的材料，或采用具有双模态与多模态粒径分布的材料，形成 多个材料层，使每层的平均粒径不同，这样就可让形成切削台502的 材料呈现不同的粒径分布。在某些实施例中，相对较粗的颗粒可定位 在切削台502中，位于切削台502的被构造成将从基底504上分离下 来的部分处。以另一种方式表述，即，与切削台502的由相对较细颗 粒形成的部分相比，切削台502的由更粗颗粒形成的部分可增加切削 台502的部分510从基底504上分离下来的可能性，或使切削台502 的部分510破裂的可能性增加。

切削台502可包括一个或更多个分离部分，这些部分包括具有相 对较粗颗粒的材料，且所述这些部分靠近基底504与切削台502之间 的交界面、靠近形成在切削台502上的凹陷516（如果采用凹陷516 的话）、或靠近上述交界面和凹陷516。例如，切削台502的靠近切削 台502与基底504之间的交界面的部分532可由含有相对较粗颗粒的 材料形成，而切削台502离切削台502和基底504之间的交界面的距 离相对更远一些（如，靠近切削面506）的部分534可由含有相对较 细颗粒的材料形成。在某些实施例中，如果采用凹陷516，那么，切 削台502的靠近凹陷516的部分可由含有相对较粗颗粒的材料形成。

在某些实施例中，切削台502的靠近切削台502和基底504之间 交界面的部分532可由含有相对较细颗粒的材料形成，而切削台502 的距离切削台502和基底504之间的交界面相对更远一些（如，靠近 切削面506或凹陷516）的部分534可由含有相对较粗颗粒的材料形 成。

在某些实施例中，形成切削台502的材料可以以一定的梯度形成， 从相对较粗的颗粒部分逐渐过渡到相对较细的颗粒部分，反之亦然。 例如，形成切削台502的材料可以以一定的梯度形成，从切削台502 的靠近切削台502与基底504之间交界面的部分532处的相对较粗颗 粒部分逐渐过渡到切削台502的靠近切削面506的部分534处的相对 较细颗粒部分。在其他实施例中，切削台502可形成有由相对较粗颗 粒构成的离散层，在该离散层上设置有由相对较细颗粒构成的另一离 散层。

图8是切削元件600的一部分的截面侧视图，切削元件600与图 2至7所示和参照图2至7所述的切削元件100、200、300、400、500 有些相似，其包括覆置在基底604上的分段式切削台602。如图8所 示，切削台602的一部分可具有用于形成切削台602的催化剂材料， 其可被至少局部地从切削台602上去除掉（例如，通过浸析、电解过 程等）。在某些实施例中，凹陷616已经被形成在切削台602上之后可 去除掉催化剂材料。例如，在电火花加工过程中形成凹陷616。这种 过程可使形成切削面606的每个表面（如，切削台602的部分610和 所述部分610的形成凹陷616的部分）中的催化剂材料被去除的深度 基本上相同（如虚线628所示，例如，被浸析的深度相同）。在其他实 施例中，在形成凹陷616之前可将催化剂至少局部地从切削台602上 去除掉。

在某些实施例中，通过从切削台602上去除掉催化剂可在切削台 602上形成不连续部分。例如，如图8所示，可在一个或更多个选定 位置执行深度相对更大的催化剂去除过程（如，浸析至延伸至或靠近 基底604的一定深度处，如虚线629所示），以在选定位置削弱切削台 602（例如，使其脆化）。这种过程可用来通过或不通过凹陷616形成 不连续部分。在某些实施例中，可对切削台602进行催化剂去除过程， 以增强切削台的热稳定性，然后选择一些位置对其进行深度相对更大 的催化剂去除过程以形成不连续部分。

图9是切削元件的一部分的截面侧视图，示出了用于形成切削元 件（图2至8所示和参照图2至8所述的切削元件100、200、300、 400、500、600）的方法。如图9所示，切削元件700可形成在模具组 件736（如，含有难熔金属的模具组件）。例如，切削台702可由多个 颗粒（如，金刚石颗粒，立方氮化硼颗粒（CBN））形成，这些颗粒 通过高温高压（HTHP）过程布置在基底704上。模具组件736可包 括一个或更多个突起738，它们被构造成在形成切削台702期间在切 削台702上形成凹陷716。

图10是切削元件的一部分的截面侧视图，示出了用于形成切削元 件（图2至8所示和参照图2至8所述的切削元件100、200、300、 400、500、600）的方法。如图10所示，模具组件736可包括另外的 部分740，该另外的部分被构造成将支撑结构（如，杆742）至少局部 地固定在一个或更多个突起738内、使其位于与模具组件736和切削 台702之间的交界面相对的表面处。这种结构可起到的作用是：在形 成切削台702期间对模具组件736进行处理（例如高温高压处理）时， 可加固磨具组件736的突起738。

图11是地钻工具（如，固定切削刃钻头850，其通常称之为“刮 刀钻头”）的某实施例，该地钻工具包括多个切削元件800，切削元件 800与图2至8所示和参照图2至8所述的切削元件100、200、300、 400、500、600或这些切削元件的组合结构类似。钻头850可包括钻 头体852，钻头体具有端面854和大体上径向延伸的刮刀856，端面 854和刮刀856之间形成流体流道858，该流体流道向在周向上相邻的 刮刀856之间的排屑槽860延伸。钻头体852可由金属或金属合金（如 钢）、或颗粒基复合材料制成，这在本领域是公知的。

刮刀856可包括保径区域862，其被构造成界定钻头850的最外 半径，从而界定被钻的井筒的壁面半径。保径区域862包括刮刀856 的纵向向上延伸的延伸部（根据钻头850在使用时的定向）。

钻头850的刮刀856上可设置有凹口864，所述凹口可被构造成 接收切削元件800。切削元件800可通过硬焊、焊接或本领域公知的 其他方法被固定在钻头850的刮刀856的凹口864内，并可由支撑物 866从后面支撑。

在某些实施例中，刮刀856的一些部分（如，刮刀856的靠近切 削元件800的部分）的外表面上可具有插入物或覆层、第二切削元件、 或、耐磨垫、块、突出物等，它们被构造成以类似于切削元件800的 部分810的方式磨损。换句话说，刮刀856的这些部分可由某种材料 形成或具有连接到其上的元件；所述材料和元件被构造成以与切削元 件800的部分810的磨损速率近似的速率磨损，或者被构造成：一旦 切削元件800的一个或更多个部分已经被分离以使切削元件800的剩 余部分810（如，最靠近刮刀856的部分810）在前面的部分810已经 破裂之后接合地层，所述材料或元件将被磨损。以另一种方式表述， 即，钻头850的部分可被构造成被磨损，使得刮刀856基本上不会妨 碍切削元件800的部分810接合地层。

图12是钻头体850的刮刀856的局部侧视图，该钻头体850承载 多个切削元件800。如图11所示，在某些实施例中，形成在切削元件 800的切削台802中的凹陷816可被形成为使其曲率接近刮刀856的 部分（切削元件800连接到该部分上）的曲率（如，刮刀侧面曲率）。 以另一种方式表述，即，切削台802的部分810的切削刃818可被形 成为使其曲率基本上近似于刮刀856的、最靠近切削元件800的外表 面的曲率。在某些实施例中，切削元件800可包括窄缩端842（如， 其位于切削元件800的最靠近钻头856的流体流道858（图11）的端 部处）。例如，定位在刮刀856的一个或更多个区域（如，肩部区域） 中的切削元件800可包括窄缩端842，以使切削元件800之间沿刮刀 856的弯曲部分保持合适间距。

在某些实施例中，如切削元件800所示，凹陷816可被形成为在 刮刀856的外部范围（位于旋转前侧）之外延伸。在这种实施例中， 在刮刀856范围之外延伸的切削元件800例如可通过支撑件866（图 11）支撑。在某些实施例中，如切削元件801所示，一个或更多个凹 陷816可定位于刮刀856的外部范围（位于旋转前侧）内侧。在这种 实施例中，切削元件801的切削台802的部分810不在刮刀856的外 部范围之外延伸，该部分810在刮刀856（如，钢制钻头体的刮刀856） 的一部分已经磨损之后可与地层接合，从而，使部分810与地层接触。

尽管上面已经参照用于旋转式地钻钻头的切削元件描述了本发明 的实施例，但是本发明公开的实施例可用于形成与地钻工具及其部件 一起使用的切削元件，除了旋转式固定切削刃钻头（例如旋转式固定 切削刃钻头的其他元件），所述地钻工具还包括牙轮钻头、固定切削刃 和滚切结构相组合的混合式钻头、岩心钻头、偏心钻头、双中心钻头、 铰刀、磨机以及本领域公知的其他此类工具和结构。

本发明公开的实施例对于形成地钻工具的切削元件是特别有利 的，可提供一个以上的切削刃来去除掉地层材料。例如，切削元件最 初可通过其第一部分接合地层。切削元件的该部分已经磨损到一定程 度之后，切削元件可被配置成使第一部分从切削元件上分离下来。分 离第一部分之后将暴露出切削元件的磨损程度更轻或无磨损的另一部 分，以使该另一部分与地层接合。以另一种方式来表述，即，通过选 择地分离掉切削元件的一些部分，切削元件在井下操作期间可具有所 谓的自锐性。

尽管已经参照某些实施例描述了本发明的公开内容，但是，本领 域的普通技术人员将能意识并理解到，这些并不是局限性的。在不脱 离本发明公开范围的情况下，可对所述的实施例进行许多补充、删除 和改进，本发明的公开范围如下面的权利要求所请求，包括合法的等 同范围。另外，一个实施例中的特征可与另一实施例中的特征相组合， 但是仍包含在发明人所构思的公开范围内。