切削件和包含該切削件的切削工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于井下切削工具的切削件。該切削件包括具有切削面、外周側(cè)壁側(cè)面和基座的切削件主體。所述基座具有凹陷通道，其從所述外周側(cè)壁側(cè)面向內(nèi)延伸并提供位于其中的進(jìn)口。本發(fā)明還公開(kāi)了使用所述切削件的井下切削工具。該切削工具包括具有切削面的工具主體。該工具還包括具有切削面、外周側(cè)壁側(cè)面和基座的切削件主體，所述基座具有凹陷通道，該凹陷通道從所述外周側(cè)壁側(cè)面向內(nèi)延伸并且提供位于其中的進(jìn)口。該工具還包括位于所述基座和所述焊接面之間的硬釬焊接頭。
【專利說(shuō)明】切削件和包含該切削件的切削工具
[0001] 本申請(qǐng)是名稱為"切削件和包含該切削件的切削工具"、國(guó)際申請(qǐng)日為2010年8月 9日、國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2010/044855、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?01080034627. 9的發(fā)明專利申請(qǐng)的 分案申請(qǐng)。
[0002] 交叉引用
[0003] 本申請(qǐng)要求提交于2009年8月7日，名稱為"切削件和包含該切削件的切削工具" 的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/537710的 申請(qǐng)日期:的優(yōu)先權(quán)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004] 本申請(qǐng)通常涉及切削件，使用該切削件的井下切削工具，包括管下擴(kuò)眼器、銑刀和 其它井下切削工具的臂和刀翼，以及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0005] 旋轉(zhuǎn)切削銑刀、心軸切刀等是井下切削裝置或工具，其包含在鉆柱中并用于通過(guò) 金屬管狀構(gòu)件（例如位于井眼側(cè)面的套管、襯管、油管、管子或心軸）進(jìn)行橫向切削。心軸 切刀用于使多個(gè)金屬管狀構(gòu)件產(chǎn)生分離。切削銑刀是在側(cè)鉆井操作中用于切出穿過(guò)環(huán)繞套 管的窗口并允許鉆出偏斜鉆井的工具。在這類傳統(tǒng)工具上，許多單個(gè)的小切削件附接到圍 繞鉆軸（hub)旋轉(zhuǎn)的多個(gè)臂部或刀翼上。大部分傳統(tǒng)切削件具有圓形切削面。其它傳統(tǒng)切 削件形狀包括正方形、星形和梯形，但這些不是常見(jiàn)的。
[0006] 已經(jīng)提出了改進(jìn)的切削件設(shè)計(jì)和用于使用所述切削件的井下切削工具（例如心 軸切削件和旋轉(zhuǎn)切削件銑刀）的改進(jìn)設(shè)計(jì)，具有矩形圓角"菱形"形狀。該切削件的橫截面 切削區(qū)域具有一對(duì)曲線端部部分，和長(zhǎng)度大于寬度的細(xì)長(zhǎng)中央部分。切削件還可以包括在 切削期間用于斷屑的凸起的外周切削邊緣。這類切削件具有優(yōu)于圓形切削件的改進(jìn)幾何形 狀，尤其是與圓形切削件相比，具有減小的孔隙空間。盡管這些菱形形狀的切削件具有與相 鄰切削件相關(guān)的減小的孔隙空間，但是它們結(jié)合（bonding)到切削工具（切削件在其上使 用）上所需的總表面面積較大。這種結(jié)合通常通過(guò)將切削件的菱形形狀基座硬釬焊到切削 工具的希望切削面上實(shí)現(xiàn)。切削件的總表面面積增加會(huì)增大切削件和切削工具之間的硬釬 焊接頭存在缺陷的可能性。
[0007] 因此，除了實(shí)現(xiàn)所述切削件的性能優(yōu)勢(shì)以外，人們希望提高與增大的表面面積相 關(guān)的冶金接合部（metallurgical bond)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在示例性實(shí)施例中公開(kāi)了用于井下切削工具的切削件。該切削件包括具有切削 面、外周側(cè)壁側(cè)面和基座的切削件主體，所述基座具有凹陷通道，該凹陷通道從所述外周側(cè) 壁側(cè)面向內(nèi)延伸并且提供位于其中的進(jìn)口。
[0009] 在另一示例性實(shí)施例中公開(kāi)了井下切削工具。該井下切削工具包括具有切削面的 工具主體。該切削工具還包括具有切削面、外周側(cè)壁側(cè)面和基座的切削件主體，所述基座具 有凹陷通道，該凹陷通道從所述外周側(cè)壁側(cè)面向內(nèi)延伸并且提供位于其中的進(jìn)口。該切削 工具還包括位于基座和切削工具的焊接面之間的硬釬焊接頭（braze joint)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 現(xiàn)在參考附圖，其中，相同的元件在附圖中以相同的數(shù)字進(jìn)行標(biāo)注：
[0011] 圖1是這里所公開(kāi)的切削件的示例性實(shí)施例的前視圖；
[0012] 圖2是沿剖面2-2截取的圖1所示切削件的剖視圖；
[0013] 圖3是沿剖面3-3截取的圖1所示切削件的剖視圖；
[0014] 圖4是這里所公開(kāi)的切削件的第二示例性實(shí)施例的透視圖；
[0015] 圖5是這里所公開(kāi)的切削件的第三示例性實(shí)施例的頂視圖；
[0016] 圖6是這里所公開(kāi)的切削件的第三示例性實(shí)施例的前視圖；
[0017] 圖7是圖6所示切削件的底視圖；
[0018] 圖8是這里所公開(kāi)的切削件的第四示例性實(shí)施例的前視圖；
[0019] 圖9是沿剖面8-8截取的圖8所示切削件的剖視圖；
[0020] 圖10是這里所公開(kāi)的切削件的第五示例性實(shí)施例的前視圖；
[0021] 圖11是圖10所示切削件的頂視圖；
[0022] 圖12是圖10所示切削件的底視圖；
[0023] 圖13是圖10所示切削件的透視圖；
[0024] 圖14是這里所公開(kāi)的切削件通道的示例性實(shí)施例；
[0025] 圖15是圖14所示切削件通道的前側(cè)局部透視圖；
[0026] 圖16是這里所公開(kāi)的心軸切削件的臂部的透視圖；
[0027] 圖17是沿圖16所示臂部的剖面16-16所作的放大透視圖；
[0028] 圖18是這里所公開(kāi)的旋轉(zhuǎn)切削銑刀的示例性實(shí)施例的透視圖；和
[0029] 圖19A-19C是這里所公開(kāi)的多個(gè)冶金接合部和硬釬焊接頭的橫截面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 申請(qǐng)人:已經(jīng)注意到，在使用菱形切削件而通過(guò)將切削件的平坦接觸面硬釬焊到切 削工具上形成切削工具時(shí)，在切削件基座和切削工具的焊接面之間的冶金接合部中存在形 成空隙的可能。由于不能按照理論焊接，這些空隙是由硬釬焊材料圍繞切削件基座的外周 快速流動(dòng)所導(dǎo)致的，從而將空氣、焊劑或其它污染物截留在硬釬焊接頭的冶金接合部中。一 旦被截留在接頭內(nèi)，這些材料會(huì)在截留它們的凹窩內(nèi)施加壓力，從而阻礙硬釬焊材料在切 削件基座上的進(jìn)一步流動(dòng)。在硬釬焊材料冷卻和凝固時(shí)，這些污染物凹窩在硬釬焊接頭以 及位于切削件和切削工具之間的相關(guān)冶金接合部?jī)?nèi)形成空隙，從而在切削工具操作期間在 接頭內(nèi)產(chǎn)生增大的應(yīng)力，尤其是剪切應(yīng)力，從而在接頭內(nèi)起到應(yīng)力增大器的作用。硬釬焊接 頭中由這些空隙引起的應(yīng)力增大會(huì)導(dǎo)致切削件分離和減少相關(guān)切削工具的使用年限。
[0031] 申請(qǐng)人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有利的情況為：可以使用具有形成在接觸面上的凹陷流動(dòng)通道 的切削件來(lái)控制和引導(dǎo)硬釬焊接頭形成期間的硬釬焊材料的流動(dòng)，從而減少將焊劑、空氣 和其它污染物截留在接頭中的趨勢(shì)，相應(yīng)地，減少硬釬焊接頭和相關(guān)冶金接合部中的空隙 的形成，從而提高這些接頭的質(zhì)量和強(qiáng)度。切削件和切削工具之間的改進(jìn)的硬釬焊接頭延 長(zhǎng)了這些工具的使用壽命。 申請(qǐng)人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用流動(dòng)通道并控制其特征（包括其位置、長(zhǎng) 度、寬度和高度）能夠有利地提供熔融硬釬焊材料在切削件接觸面上的流動(dòng)和潤(rùn)濕，從而 減少或消除污染物截留和空隙形成的趨勢(shì)。盡管 申請(qǐng)人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以使用許多通道形狀來(lái) 改進(jìn)接觸面上的流動(dòng)，特別地， 申請(qǐng)人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于切削件的一個(gè)或更多個(gè)軸線，例如 其縱軸線或橫軸線不對(duì)稱布置的流動(dòng)通道對(duì)于提高如上所述的硬釬焊材料的流動(dòng)而言尤 為有用。另外， 申請(qǐng)人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，增加接頭周長(zhǎng)有助于流動(dòng)，通過(guò)減小接頭厚度則限制流動(dòng)。 有利地，可以控制流動(dòng)通道的幾何形狀來(lái)增強(qiáng)相對(duì)于周向長(zhǎng)度的毛細(xì)作用，從而增強(qiáng)硬釬 焊過(guò)程期間硬釬焊材料在接觸面上的流動(dòng)。
[0032] 這里所公開(kāi)的流動(dòng)通道的應(yīng)用與具有平面基座的切削件設(shè)計(jì)或具有多個(gè)隔開(kāi)的 圓柱形或圓錐形或凸?fàn)钪龋ㄆ鋸幕斐鲎鳛橄薅ㄓ测F焊接頭厚度的間隔物）的設(shè)計(jì)存 在區(qū)別且具有有利改進(jìn)。與平面基座或者具有作為間隔物的多個(gè)隔開(kāi)的突出支腿的平面基 座相比，本發(fā)明的特征在于包括位于基座中的凹部。這些區(qū)別導(dǎo)致硬釬焊過(guò)程期間熔融硬 釬焊材料的流動(dòng)差異，從而導(dǎo)致最終硬釬焊接頭和相關(guān)冶金接合部的差異?；鶠槠矫娴?或者包括隔開(kāi)的突出支腿的設(shè)計(jì)導(dǎo)致硬釬焊材料圍繞基座外周迅速流動(dòng)以有效密封外周， 從而將焊劑、氣體或其它污染物截留在外周內(nèi)部，在硬釬焊接頭中產(chǎn)生空隙或其它缺陷。例 如，增加隔開(kāi)的支腿不會(huì)引起硬釬焊過(guò)程期間毛細(xì)作用的改變，而毛細(xì)作用的改變則能夠 避免與平面基座切削件相關(guān)的問(wèn)題，即，包圍外周，或者迫使硬釬焊材料流過(guò)與凹部相關(guān)的 流動(dòng)通道并流過(guò)作為切削件的基座表面，從而減少將焊劑、氣體或其它污染物截留在切削 件外周內(nèi)的趨勢(shì)，如這里所公開(kāi)的切削件硬釬焊過(guò)程期間發(fā)生的那樣。
[0033] 因此， 申請(qǐng)人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了具有包含在其焊接面中的流動(dòng)通道的新穎且有用的切削 件，從而在結(jié)合到井下切削工具的切削面上時(shí)形成質(zhì)量和強(qiáng)度提高的硬釬焊接頭。改進(jìn)的 切削件和硬釬焊接頭提高和延長(zhǎng)了使用它們的井下切削工具的強(qiáng)度和壽命。通過(guò)改進(jìn)硬釬 焊材料的流動(dòng)和潤(rùn)濕，所述流動(dòng)通道還減少了硬釬焊接頭和相關(guān)冶金接合部中的孔隙或空 隙形成。
[0034] 圖1-13顯示了與井下切削工具一起使用的本文披露的切削件10的示例性實(shí)施 例。在示例性實(shí)施例中，切削件10具有由硬質(zhì)材料形成的切削件主體12,這種硬質(zhì)材料具 有使其適合作為用于井下切削工具的切削件的硬度、強(qiáng)度和其它材料性質(zhì)。適當(dāng)?shù)挠操|(zhì)材 料包括硬度足以對(duì)希望的地層進(jìn)行鉆孔且同樣可進(jìn)行硬釬焊的任何材料。以舉例而非限制 的方式來(lái)說(shuō)，用于形成硬質(zhì)材料的材料包括碳化鎢（WC，W 2C)。切削件主體12的特征在于包 括切削面14、外周側(cè)壁側(cè)面16和基座18。切削面14是切削件的自由表面，其構(gòu)造為當(dāng)切 削件10在切削工具中使用時(shí)提供切削作用。它可以是平坦或彎曲表面，包括外凸或內(nèi)凹的 切削面構(gòu)造。優(yōu)選地，切削件10的特征在于凸起的斷屑邊緣20。斷屑邊緣20位于切削面 14的突出部22上。例如，如圖1所示，突出部22可以位于切削面14的中央部24上。例 如，如圖4所示，突出部22和凸起的斷屑邊緣20還可以位于緊鄰切削面14的外周26的位 置。
[0035] 外周側(cè)壁側(cè)面16連同切削面14和基座18 -起限定了切削件10的形狀。外周側(cè) 壁側(cè)面16和切削件10的適當(dāng)形狀包括各種菱形形狀，其可為具有相對(duì)的半圓形端部的大 致矩形（例如，圖4)以及圓角矩形形狀（例如，圖6和7)，其中，矩形的角部由各種半徑或 其它曲線形狀限定，以及所述外周側(cè)壁側(cè)面和切削件可為弓狀矩形（例如，圖5)，其中，端 部包括外凸或內(nèi)凹彎曲形狀，例如弧段，或弧段組合。另外，外周側(cè)壁側(cè)面16可以是平面并 且在切削面14和基座18之間與它們垂直地延伸，例如，在基座18與切削面具有同樣的形 狀和尺寸的情況下（例如，圖4)?？商鎿Q地，外周側(cè)壁側(cè)面16可以是平面并且在切削面14 和基座18之間向內(nèi)漸縮，例如，在基座18與切削面具有相同形狀，但是切削面14大于基座 18的情況下（例如，圖12)。切削面14和基座18大體上彼此平行。大體上平行是指切削 面 14的至少一部分與基座18的至少一部分平行，即使如此，例如，在一些實(shí)施例（未顯示） 中，切削面14的凸起的斷屑邊緣20與基座18不平行。
[0036] 基座18構(gòu)造成將切削件10固定到切削工具13的焊接面11上?；ㄍ蛊鸩?19或多個(gè)凸起部19以及凹陷部21或多個(gè)凹陷部21。更特別地，凸起部19可以形成平坦 表面，該平坦表面構(gòu)造成與井下切削工具的切削面的平坦焊接面配合并接觸，如這里所公 開(kāi)的那樣。在使用多個(gè)凸起部19的情況下，每個(gè)凸起部19可以具有平坦表面并且平坦表 面可以包括單個(gè)平面，使得這些平坦表面構(gòu)造成與井下切削工具的切削面的平坦焊接面配 合和接觸，如這里所公開(kāi)的那樣。凹陷部包括凹陷通道50或多個(gè)凹陷通道，如這里所公開(kāi) 的那樣。
[0037] 參考圖4、6、7和10-12,切削件10的切削件主體12通常由三部分組成：具有端壁 32、34的兩個(gè)相對(duì)端部部分28、30具有形成圓角矩形形狀的端部的圓角，或者，可替換地， 具有例如如圖4所示的半圓形狀，和大致矩形的中間部分36,其連接兩個(gè)端部部分28、30以 使切削件10具有圓角矩形（例如，圖6、圖7)或者"菱形"形狀（例如，圖4)。
[0038] 圖1-13還顯示了對(duì)切削件10而言目前優(yōu)選的尺寸比例。切削件10具有從一個(gè) 端部部分28的尖端到另一個(gè)端部部分30的尖端測(cè)得的總軸向長(zhǎng)度38。切削件10還具有 從中間部分36的一個(gè)側(cè)面33延伸到另一個(gè)側(cè)面33的寬度40。長(zhǎng)度38大于寬度40。就 具有菱形形狀的切削件10來(lái)說(shuō)，寬度40還等于半圓形端部部分28、30的直徑。在一個(gè)特 定實(shí)施例中，切削件10的長(zhǎng)度38是寬度的大約1. 4倍到大約1. 6倍，更特別地，是寬度的 大約1. 5倍。在一個(gè)特定實(shí)施例中，切削件10的寬度是高度42的大約1. 4倍到大約1. 6 倍，更特別地，是高度的大約1. 5倍。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，長(zhǎng)度為大約0. 56英寸，寬度 為大約0. 4英寸，高度為大約0. 25英寸。
[0039] 切削件主體12還包括位于基座18中的凹陷通道50,該凹陷通道從外周側(cè)壁側(cè)面 16向內(nèi)延伸并且提供位于其中的進(jìn)口 52。貫穿通道構(gòu)造還包括出口 53。切削件主體12 還可以包括多個(gè)凹陷通道50,所述多個(gè)凹陷通道具有位于其中的相應(yīng)的多個(gè)進(jìn)口 52。如圖 1-13所示多個(gè)示例性實(shí)施例所示，凹陷通道50可以具有多種構(gòu)造。不管使用封閉通道還是 貫穿通道構(gòu)造，并且不管凹陷通道50橫向延伸、縱向延伸或?qū)茄由旎蛘咂浣M合，與通道 相關(guān)的特征，包括本申請(qǐng)中描述的長(zhǎng)度、寬度或高度及其變形適用于任何通道構(gòu)造。在所有 不同構(gòu)造的凹陷通道50中，凹陷通道具有長(zhǎng)度（L)、寬度（W)和高度（H)。凹陷通道50的這 些空間特征中的每一個(gè)可以是恒定的或者可以隨一個(gè)或更多個(gè)其它特征變化，例如，高度 和寬度可以隨著長(zhǎng)度變化，長(zhǎng)度和高度可以在寬度上變化等。這在圖1-15和19A-C中的多 個(gè)示例性實(shí)施例中進(jìn)行了舉例說(shuō)明。還是如這些附圖所示，凹陷通道50的基部58可以為 平面（例如，圖6-13)，或者可以是任何適當(dāng)?shù)姆瞧矫嫘螤?，包括圖14和15所示透鏡狀輪廓 并且包括多個(gè)相鄰的半圓形凹槽，或包括圖1-3所示弓形輪廓等。凹陷通道50還包括從基 部58延伸至接觸面18的凸出部19的一對(duì)相對(duì)側(cè)壁60。側(cè)壁60可以堅(jiān)直地延伸（例如， 圖19A)，或者可以從基部58向外遠(yuǎn)離凹陷通道50的中心線（或中心面）以直線輪廓（圖 19B)或曲線（未顯示）輪廓或其組合（未顯示）的方式傾斜，或者可以包括一個(gè)或更多個(gè) 向外延伸臺(tái)階，其中，臺(tái)階的高度（?)或多個(gè)臺(tái)階的高度小于臺(tái)階以外的通道部分的高度 (例如，圖19C)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，基部58以弓形形狀彎曲，使得實(shí)際上不存在側(cè)壁 或者側(cè)壁高度為零。另外，所描述的任何側(cè)壁60輪廓的高度可以沿著凹陷通道50的長(zhǎng)度 以與通道總高度變化相同的方式變化，如這里描述的那樣。凹陷通道50的側(cè)壁60以所述 方式在寬度上變窄，以及高度沿著長(zhǎng)度變化可以單獨(dú)或組合使用以增強(qiáng)毛細(xì)作用和改進(jìn)熔 融硬釬焊材料沿著凹陷通道50的長(zhǎng)度和在其寬度上的流動(dòng)。例如，沿著通道長(zhǎng)度的遞進(jìn)式 高度減小會(huì)提高毛細(xì)作用和增強(qiáng)熔融硬釬焊材料通過(guò)通道的流動(dòng)，并且增強(qiáng)的流動(dòng)還改進(jìn) 了沿著通道長(zhǎng)度在基座18的凸起部19的表面上向外流動(dòng)，從而減少了截留污染物和形成 空隙的趨勢(shì)。在另一實(shí)例中，側(cè)壁60沿著長(zhǎng)度變窄或者包含使側(cè)壁60變窄的特征例如錐 形、臺(tái)階、彎曲基座也會(huì)提高毛細(xì)作用和增強(qiáng)熔融硬釬焊通過(guò)通道的流動(dòng)，增強(qiáng)的流動(dòng)還可 以改進(jìn)沿著通道的長(zhǎng)度在寬度和基座18的凸起部19的表面上的向外流動(dòng)，獲得如上所述 的優(yōu)點(diǎn)。通常，通道寬度是重要因素，因?yàn)橛测F焊材料傾向于首先沿著基座18的外周和凹 陷通道50的側(cè)壁流動(dòng)。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，具如下特點(diǎn)的寬度是優(yōu)選的，S卩，這種寬度 有助于硬釬焊材料在通道內(nèi)與相應(yīng)的流體流發(fā)生重要反應(yīng)之前沿著兩側(cè)壁流動(dòng)通過(guò)至少 一部分通道。在另一實(shí)施例中，寬度是通道長(zhǎng)度的至少三分之一。在多個(gè)實(shí)施例中，凹陷通 道50內(nèi)的熔融硬釬焊材料的毛細(xì)作用或毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)壓力與浸潤(rùn)（以潤(rùn)濕角表示）除以通 道面積成正比。
[0040] 在圖1-3所示示例性實(shí)施例中，通道50的高度在通道的寬度上以弓形方式變化。 弓形可以定義為限定曲率半徑的函數(shù)，但是可以使用各種其它曲線函數(shù)和形式。在這種構(gòu) 造中，所述高度從通道外周邊緣54處的大約0變化到由剖面線2-2表示的頂點(diǎn)56。如圖2 所示，高度還作為長(zhǎng)度的函數(shù)并沿著其變化。如圖3所示，凹陷通道50的寬度也作為長(zhǎng)度的 函數(shù)并沿著其變化。在這種情況下，高度和寬度的變化為線性變化；然而，還可以是曲線變 化和其它函數(shù)關(guān)系。當(dāng)基座18放置成與切削工具的焊接面接觸時(shí)，高度和寬度沿著長(zhǎng)度的 變化以及高度在寬度上的變化可以有助于提高熔融硬釬焊材料在凹陷通道50內(nèi)的毛細(xì)作 用?？梢赃x擇一個(gè)端部處的寬度和高度以及寬度和高度沿長(zhǎng)度的變化，以及高度在寬度上 的變化以提供希望的毛細(xì)作用，這種毛細(xì)作用可以沿著凹陷通道50的長(zhǎng)度變化，并且其在 凹陷通道50中優(yōu)于切削件主體的基座18和切削工具的焊接面11之間圍繞位于凹陷通道 以外和凸起部19以內(nèi)的切削件主體12的外周的接觸結(jié)構(gòu)，S卩如果不存在通道時(shí)存在的結(jié) 構(gòu)。毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)壓力與通道周長(zhǎng)除以其橫截面面積成正比。流動(dòng)阻力隨著橫截面面積增大 而減小。因此，當(dāng)通道橫截面面積增大時(shí)，流動(dòng)阻力減小，但是毛細(xì)管抽吸壓力也減小。通道 的弓形使其高到剛好足以減小流動(dòng)阻力，同時(shí)不會(huì)使毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)壓力降低過(guò)多。同樣，通道 長(zhǎng)度越長(zhǎng)，流動(dòng)阻力越大。毛細(xì)作用的變化增強(qiáng)了熔融硬釬焊材料在通道內(nèi)的流動(dòng)，同樣增 強(qiáng)了在位于凹陷通道50以外的基座18的凸起部19,即基座18在進(jìn)行硬釬焊之前與切削工 具的焊接面接觸的部分上的流動(dòng)。流動(dòng)增強(qiáng)有助于基座18的這些部分的潤(rùn)濕，從而減小了 在基座18的這些部分中截留焊劑、空氣或其它污染物的趨勢(shì)。在將切削件10硬釬焊到切 削工具13上期間供給的硬釬焊材料的量?jī)?yōu)選地足以潤(rùn)濕和覆蓋凸起部19,并且在硬釬焊 材料冷卻和再凝固時(shí)形成位于其間的硬釬焊接頭，并且完全充滿凹陷部21和凹陷通道50， 從而在切削面18和切削工具13的焊接面11的部分之間形成連續(xù)冶金接合部，如圖19所 /_J、1 〇
[0041] 在圖4和5所示示例性實(shí)施例中，通道50的高度在通道的寬度上恒定，并且在與 切削工具13的平坦焊接面11接觸時(shí)形成具有大體上矩形通道輪廓的封閉通道。大體上矩 形是指相鄰?fù)ǖ辣诖笾麓怪?，相?duì)的通道壁大致平行；然而，限定所述通道的角部和邊緣可 以為圓角或錐形以增強(qiáng)潤(rùn)濕性、制造性和其它考慮因素。如圖4和5所示，高度和寬度也沿 著長(zhǎng)度恒定。在本實(shí)施例中，可以選擇高度和寬度以提供在凹陷通道50內(nèi)基本恒定的希望 毛細(xì)作用以及這里所描述的改進(jìn)?？梢詰?yīng)用凹陷通道的任何適當(dāng)高度和寬度以增強(qiáng)毛細(xì)作 用。在示例性實(shí)施例中，可以在大約0. 003英寸到大約0. 020英寸的范圍內(nèi)選擇凹陷通道 的高度。凹陷通道的面積可以為基座面積的大約25%到大約75%。
[0042] 在圖6和7所示示例性實(shí)施例中，通道50的高度恒定并且寬度沿著通道的長(zhǎng)度變 化，在基座放置成與切削工具13的平坦焊接面11接觸時(shí)，所述寬度和高度形成寬度沿著長(zhǎng) 度變化的大體上封閉矩形通道輪廓。在這種情況下，寬度變化為線性變化；然而，寬度變化 也可以是曲線變化和其它函數(shù)關(guān)系。當(dāng)基座18與切削工具的焊接面接觸時(shí)，寬度沿長(zhǎng)度的 變化有助于增強(qiáng)熔融硬釬焊材料在凹陷通道50內(nèi)的毛細(xì)作用。在本實(shí)施例中，可以選擇一 個(gè)端部處的寬度和寬度沿著長(zhǎng)度的變化以提供可以沿著凹陷通道50的長(zhǎng)度變化的希望的 毛細(xì)作用以及這里所描述的改進(jìn)。
[0043] 在圖8和9所示示例性實(shí)施例中，通道50的寬度恒定并且高度沿著通道的長(zhǎng)度變 化，在基座與切削工具13的平坦焊接面11接觸時(shí)，所述寬度和高度形成高度沿著長(zhǎng)度變化 的封閉矩形通道輪廓。在這種情況下，高度變化為線性變化；然而，高度變化也可以是曲線 變化和其它函數(shù)關(guān)系。當(dāng)基座18與切削工具的焊接面接觸時(shí)，高度沿長(zhǎng)度的變化有助于增 強(qiáng)熔融硬釬焊材料在凹陷通道50內(nèi)的毛細(xì)作用。在本實(shí)施例中，可以選擇一個(gè)端部處的高 度和高度沿著長(zhǎng)度的變化以提供可以沿著凹陷通道50的長(zhǎng)度變化的希望的毛細(xì)作用以及 這里所描述的改進(jìn)。
[0044] 在圖10-13所示示例性實(shí)施例中，通道50的高度恒定并且寬度沿著通道的長(zhǎng)度變 化，所述寬度和高度形成寬度沿著長(zhǎng)度變化的大體上矩形通道輪廓，與圖6和7所示實(shí)施例 類似并且當(dāng)基座放置成與切削工具的平坦焊接面11接觸時(shí)，形成具有大體上矩形通道輪 廓的封閉通道。然而，在這種情況下，寬度變化是非線性變化。寬度進(jìn)行如下變化，即，從一 個(gè)側(cè)面按照第一曲率半徑向內(nèi)收斂，隨后沿著一部分長(zhǎng)度恒定，隨后按照第二曲率半徑發(fā) 散變化。當(dāng)基座18放置成與切削工具的焊接面接觸時(shí)，寬度沿長(zhǎng)度的變化有助于增強(qiáng)熔融 硬釬焊材料在凹陷通道50內(nèi)的毛細(xì)作用。在本實(shí)施例中，可以選擇一個(gè)端部處的寬度和寬 度沿著長(zhǎng)度的變化以提供可以沿著凹陷通道50的長(zhǎng)度變化的希望的毛細(xì)作用以及這里所 描述的改進(jìn)。
[0045] 在圖14和15所示示例性實(shí)施例中，通道50的寬度恒定并且高度在該通道的寬度 上按照形成于基部58中的透鏡方式變化，當(dāng)基座放置成與切削工具13的平坦焊接面11接 觸時(shí)，寬度和可變高度形成高度在寬度上變化并且不沿著長(zhǎng)度變化的部分封閉的矩形通道 輪廓。在這種情況下，高度變化是曲線變化。當(dāng)基座18與切削工具的焊接面接觸時(shí)，高度 在寬度上的變化有助于增強(qiáng)熔融硬釬焊材料在凹陷通道50內(nèi)的毛細(xì)作用。在本實(shí)施例中， 可以選擇曲線輪廓和高度在寬度上的變化以提供在寬度上并沿著凹陷通道50的長(zhǎng)度變化 的希望的毛細(xì)作用以及這里所描述的改進(jìn)。
[0046] 參考圖19A-19C，切削件10可以結(jié)合到切削工具13的焊接面11上，其中，熔融硬 釬焊材料被引入凹陷通道50的進(jìn)口 52中，并且其中，熔融硬釬焊材料在凹陷通道50內(nèi)流 動(dòng)。熔融硬釬焊材料在凹陷通道50內(nèi)的流動(dòng)受到毛細(xì)作用的影響，所述毛細(xì)作用包括這里 所描述的增強(qiáng)毛細(xì)作用和改進(jìn)熔融硬釬焊材料在通道內(nèi)流動(dòng)的各種特征在內(nèi)。優(yōu)選地，供 應(yīng)足夠的熔融硬釬焊材料以完全充滿凹陷通道50以及基座18的凸起部19和切削工具13 的焊接面11之間的空間。熔融硬釬焊材料與基座18處的切削件10的材料相互作用，從而 在硬釬焊材料再凝固時(shí)與之形成冶金接合部62。硬釬焊材料還與位于切削工具13的焊接 面11處的材料相互作用，從而在熔融硬釬焊材料再凝固時(shí)與之形成冶金接合部64。冶金接 合部62和64連同凝固的硬釬焊材料形成切削件10和切削工具13之間的硬釬焊接頭66。
[0047] 盡管硬釬焊接頭66具有較低強(qiáng)度，尤其是與凹陷通道50內(nèi)的所述接頭的增大厚 度相關(guān)的剪切強(qiáng)度，由于這里所描述的凹陷通道50之外的流動(dòng)特性增強(qiáng)的緣故，上述強(qiáng)度 降低跟與基座18的凸起部19相關(guān)的硬釬焊接頭部分內(nèi)的空隙減少（尤其是接頭為無(wú)空隙 的話）引起的強(qiáng)度增大相比通常無(wú)關(guān)緊要。
[0048] 圖16和17顯示了用于心軸切削工具13的示例性臂部70。臂部70包括遠(yuǎn)側(cè)切削 部76和具有銷開(kāi)口 74的近側(cè)部72,臂部70樞轉(zhuǎn)附接到插入所述銷開(kāi)口中的切削工具心 軸（未顯示）上。遠(yuǎn)側(cè)切削部76 (圖17的放大圖中對(duì)其進(jìn)行了更清楚的顯示）包括切削 件夾持區(qū)域78以及由側(cè)面77和支座79界定的焊接面11。切削件10容納在切削件夾持區(qū) 域78內(nèi)并且留下非常小的孔隙空間。圖16和17顯示了形成硬釬焊接頭之前的臂部70和 切削件10。
[0049] 圖18顯示了示例性切削工具13,其包括在側(cè)鉆井操作中用于在井眼套管中銑削 出側(cè)孔的旋轉(zhuǎn)切削銑刀80。這種設(shè)計(jì)的切削銑刀在本領(lǐng)域已知，并且包括可從Baker Oil Tools of Houston，Tex購(gòu)得的SILVERBACK?套管開(kāi)窗銑刀。切削銑刀80具有在操作期間 圍繞鉆軸84旋轉(zhuǎn)的五個(gè)切削刀翼或臂部82。這些刀翼82. 1-82. 5中的每一個(gè)具有安裝在 切削面86的焊接面11上的切削件10。應(yīng)當(dāng)注意，刀翼82可以包括一些包含凹陷通道50 的圓形切削件10和包含凹陷通道50的菱形切削件10。還應(yīng)當(dāng)注意，切削件10以如下方 式安裝在切削刀翼82. 1-82. 5上，S卩：使得切削件10與相鄰刀翼中的切削件彼此偏離。例 如，刀翼82. 1的邊緣遠(yuǎn)側(cè)尖端具有以首尾相連方式布置的四個(gè)切削件10。然而，相鄰刀翼 82. 2的第一切削件10相對(duì)于其它切削件10旋轉(zhuǎn)90度，從而在相鄰刀翼上沿著相鄰刀翼 82的長(zhǎng)度交錯(cuò)的切削件10之間形成孔隙空間88。作為交錯(cuò)的結(jié)果，刀翼82. 1-82. 5在孔 隙空間88處磨損較少。
[0050] 切削工具13和焊接面11可以由具有所需拉伸強(qiáng)度、斷裂韌度和其它機(jī)械性能的 任何適當(dāng)?shù)墓ぞ卟牧闲纬?。在示例性?shí)施例中，適當(dāng)?shù)墓ぞ卟牧习ǜ鞣N鋼（包括不銹鋼） 以及鎳基合金和鈷基合金。
[0051] 可以使用適于焊接到切削工具13的焊接面11上的任何硬釬焊材料形成這里所描 述的硬釬焊接頭66。根據(jù)為焊接面11所選擇的具體材料，適當(dāng)?shù)挠测F焊材料包括各種鎳青 銅合金、銀焊料合金、軟焊料以及NiCrB合金。
[0052] 盡管已經(jīng)顯示和描述了一或多個(gè)實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況 下可以對(duì)其進(jìn)行變型和替換。因此，應(yīng)當(dāng)理解，上文僅以舉例而非限制的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行 了描述。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于井下切削工具的切削件，包括： 由碳化鎢形成的切削件主體，所述切削件主體具有切削面、外周側(cè)壁側(cè)面和基座，所 述基座具有平坦凸起部和凹陷通道，該凹陷通道從處于所述外周側(cè)壁側(cè)面處的進(jìn)口向內(nèi)連 續(xù)延伸至該凹陷通道的出口，該凹陷通道具有高度、寬度和長(zhǎng)度且包括一對(duì)相對(duì)的側(cè)壁，其 中，所述寬度和高度之一沿著所述凹陷通道的長(zhǎng)度變化，所述基座構(gòu)造為硬釬焊至未伸入 所述凹陷通道中的一平坦基礎(chǔ)結(jié)合面；以及 由硬釬焊材料制成的硬釬焊接頭，該硬釬焊接頭設(shè)置在所述凹陷通道中且由所述平坦 基礎(chǔ)結(jié)合面限定。
2. 如權(quán)利要求1所述的切削件，其中，所述硬釬焊材料包括鎳青銅合金、焊料合金或 NiCrB合金。
3. 如權(quán)利要求1所述的切削件，其中，所述寬度和高度沿著所述凹陷通道的長(zhǎng)度變化。
4. 如權(quán)利要求1所述的切削件，其中，所述高度在所述凹陷通道的寬度上變化。
5. 如權(quán)利要求1所述的切削件，其中，所述寬度沿著所述凹陷通道的長(zhǎng)度變化。
6. 如權(quán)利要求1所述的切削件，其中，所述高度沿著所述凹陷通道的長(zhǎng)度變化。
7. 如權(quán)利要求1所述的切削件，其中，所述寬度是所述高度的至少三倍。
8. 如權(quán)利要求1所述的切削件，其中，所述凹陷通道具有縱向軸線，所述凹陷通道的基 座表面具有縱向延伸的凸起部。
9. 一種切削件，其包括由碳化鎢形成的切削件主體，所述切削件主體具有切削面、外周 側(cè)壁側(cè)面和基座，所述基座具有平坦凸起部和硬釬焊凹陷通道，該硬釬焊凹陷通道從處于 所述外周側(cè)壁側(cè)面處的進(jìn)口向內(nèi)連續(xù)延伸至該硬釬焊凹陷通道的出口，該硬釬焊凹陷通道 具有高度、寬度和長(zhǎng)度且包括一對(duì)相對(duì)的側(cè)壁，所述相對(duì)的側(cè)壁從硬釬焊凹陷通道的基座 表面延伸至所述平坦凸起部，其中，所述寬度和高度中的至少一個(gè)沿著所述硬釬焊凹陷通 道的長(zhǎng)度變化，所述基座構(gòu)造為硬釬焊至未伸入所述硬釬焊凹陷通道中的一平坦基礎(chǔ)結(jié)合 面。
10. 如權(quán)利要求9所述的切削件，其中，所述寬度和高度沿著所述硬釬焊凹陷通道的長(zhǎng) 度變化。
11. 如權(quán)利要求9所述的切削件，其中，所述高度在所述硬釬焊凹陷通道的寬度上變 化。
12. 如權(quán)利要求9所述的切削件，其中，所述寬度沿著所述硬釬焊凹陷通道的長(zhǎng)度變 化。
13. 如權(quán)利要求9所述的切削件，其中，所述高度沿著所述硬釬焊凹陷通道的長(zhǎng)度變 化。
14. 如權(quán)利要求9所述的切削件，其中，所述寬度是所述高度的至少三倍。
15. 如權(quán)利要求9所述的切削件，其中，所述硬釬焊凹陷通道具有縱向軸線，所述硬釬 焊凹陷通道的基座表面具有縱向延伸的凸起部。
16. -種制作井下切削工具的方法，包括： 提供具有平坦基礎(chǔ)結(jié)合面的切削工具，該切削工具由鋼、鎳基合金或鈷基合金形成； 提供由碳化鎢形成的切削件主體，所述切削件主體具有切削面、外周側(cè)壁側(cè)面和基座， 所述基座具有平坦凸起部和凹陷通道，該凹陷通道從處于所述外周側(cè)壁側(cè)面處的進(jìn)口向內(nèi) 連續(xù)延伸至該凹陷通道的出口，該凹陷通道具有高度、寬度和長(zhǎng)度且包括一對(duì)相對(duì)的側(cè)壁， 所述相對(duì)的側(cè)壁從凹陷通道的基座表面延伸至所述平坦凸起部，其中，所述寬度和高度之 一沿著所述凹陷通道的長(zhǎng)度變化，所述基座構(gòu)造來(lái)硬釬焊至所述平坦基礎(chǔ)結(jié)合面； 將所述切削件主體的基座放置成與所述平坦基礎(chǔ)結(jié)合面接觸，其中，所述平坦基礎(chǔ)結(jié) 合面未伸入所述凹陷通道中； 鄰近所述凹陷通道提供熔融的硬釬焊材料，該凹陷通道為硬釬焊材料提供變化的毛細(xì) 管作用而使得所述硬釬焊材料在所述凹陷通道與所述平坦基礎(chǔ)結(jié)合面之間進(jìn)行流動(dòng)；以及 冷卻和凝固所述硬釬焊材料以形成處于所述凹陷通道中并由切削工具的所述平坦基 礎(chǔ)結(jié)合面限定的硬釬焊接頭。
17. -種井下切削工具的使用方法，包括： 提供井下切削工具，該井下切削工具包括： 具有平坦基礎(chǔ)結(jié)合面的切削工具，該切削工具由鋼、鎳基合金或鈷基合金形成； 由碳化鎢形成的切削件主體，所述切削件主體具有切削面、外周側(cè)壁側(cè)面和基座，所述 基座具有平坦凸起部和凹陷通道，該凹陷通道從處于所述外周側(cè)壁側(cè)面處的進(jìn)口向內(nèi)連續(xù) 延伸至該凹陷通道的出口，該凹陷通道具有高度、寬度和長(zhǎng)度且包括一對(duì)相對(duì)的側(cè)壁，所述 相對(duì)的側(cè)壁從凹陷通道的基座表面延伸至所述平坦凸起部，其中，所述寬度和高度之一沿 著所述凹陷通道的長(zhǎng)度變化，以及； 由處于所述基座和所述平坦基礎(chǔ)結(jié)合面之間的硬釬焊材料形成的硬釬焊接頭，該硬釬 焊接頭設(shè)置在所述凹陷通道中且由所述平坦基礎(chǔ)結(jié)合面限定，其中，所述平坦基礎(chǔ)結(jié)合面 未伸入所述凹陷通道中；以及； 使用所述井下切削工具來(lái)執(zhí)行井下切削操作。
【文檔編號(hào)】E21B29/00GK104120992SQ201410268651
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2009年8月7日
【發(fā)明者】C·J·斯托二世, A·龐德 申請(qǐng)人:貝克休斯公司