BE1013044A5 - Elements de coupe superabrasifs a contrainte de traction residuelle reduite pour le forage de terre et trepans de forage comportant de tels elements - Google Patents

Elements de coupe superabrasifs a contrainte de traction residuelle reduite pour le forage de terre et trepans de forage comportant de tels elements Download PDF

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BE1013044A5
BE1013044A5 BE9900348A BE9900348A BE1013044A5 BE 1013044 A5 BE1013044 A5 BE 1013044A5 BE 9900348 A BE9900348 A BE 9900348A BE 9900348 A BE9900348 A BE 9900348A BE 1013044 A5 BE1013044 A5 BE 1013044A5
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outer perimeter
superabrasive
extending
cutting element
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Arthur A Chaves
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Baker Hughes Inc
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Abstract

La présente invention concerne un élément de coupe superabrasif destiné à etre utilisé dans un tépan de forage de terre, comprenant: un substrat de forme généralement cylindrique défini par une surface supérieure généralement plane ayant une dimension circonférentielle présélectionnée, une surface de périmètre externe ayant une dimension circonférentielle présélectionnée supérieure à la dimension circonférentielle présélectionnée de la surface supérieure, et une paroi circonférentielle inclinée s'étendant vers le bras et vers l'extérieur à partir de la surface supérieure et se terminant au niveau de la surface de périmètre externe pour former une partie circonférentielle réduite; une table superabrasive formée sur la surface supérieure et sur la paroi circonférentielle inclinée du substrat, la table superabrasive comportant une couche superabrasive supérieure agencée à travers la surface supérieure du substrat et une partie annulaire de la couche superabrasive agencée autour de la paroi circonférentielle inclinée;

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   ELÉMENTS DE COUPE SUPERABRASIFS À CONTRAINTE DE TRACTION
RÉSIDUELLE RÉDUITE POUR LE FORAGE DE TERRE ET TRÉPANS DE
FORAGE COMPORTANT DE TELS ÉLÉMENTS DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne des éléments de coupe superabrasifs utilisés dans des trépans de forage pour réaliser le forage de terre et concerne plus spécifiquement des éléments de coupe superabrasifs structurés de sorte à réduire les contraintes de traction résiduelles près du périmètre de l'arête de coupe de l'élément de coupe. 



  TECHNIQUE ANTÉRIEURE 
 EMI1.1 
 Les éléments de coupe superabrasifs sont fabriqués en vue d'un 
 EMI1.2 
 agencement sur les trépans de forage utilisés pour forer ou aléser des 
 EMI1.3 
 comprend une partie composée d'un matériau superabrasif positionnée de sorte à contacter la formation de terre en vue de la couper, et un élément de substrat destiné à supporter la partie superabrasive et à fournir une structure destinée à fixer   l'élément   de coupe au trépan de forage.

   La partie superabrasive est typiquement   une table composée d un   aggloméré compact de diamant polycristallin (PDC) ou d'un autre matériau approprié, par exemple de nitrure de bore cubique, le substrat étant souvent composé d'un matériau tel que le carbure de tungstène cimenté ou d'un autre matériau approprié compatible avec la partie superabrasive. 



   La configuration des éléments de coupe varie fortement et la littérature des brevets comprend de très nombreux exemples de différentes conceptions d'éléments de coupe. Les configurations variées des éléments de coupe sont pour l'essentiel entraînées par une volonté ou un besoin de former un élément de structure plus solide, plus tenace et présentant une résistance accrue à l'usure et à la cassure. Il est par exemple bien connu que les éléments de coupe superabrasifs peuvent présenter des défaillances ou une durée de vie limitée par suite de cassures dues à la contrainte, se manifestant par une cassure, un effritement ou un micro-écaillage de la table superabrasive. Le forage dans les roches dures ou les roches argileuses, ou les formations comportant des cordons de roche dure entraîne un risque particulier d'endommagement.

   Il est connu que la tendance à de telles cassures ou défaillances dues à la contrainte est entraînée par le 

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 fait que les matériaux composant la partie superabrasive ou la table diamantée et le substrat ont des coefficients de dilatation thermique, des modules d'élasticité et des compressibilités apparentes différents. Après la formation des éléments de coupe selon les techniques connues à température et pression élevées, les matériaux de la table et du substrat sont soumis à un rétrécissement à vitesse différente au cours du refroidissement, entraînant des contraintes résiduelles internes dans la table superabrasive, surtout au voisinage de l'interface entre la table et le substrat.

   Le matériau de la table diamantée tend ainsi à être exposé à une contrainte de compression résiduelle, le matériau du substrat tendant à être exposé à une contrainte de tension résiduelle avant l'exposition à des charges de coupe au cours des opérations de forage. La cassure de   l élément   de coupe peut se produire au niveau de   l arête   de coupe, ou bien sur la table, au niveau du périmètre de l'arête de coupe, ou bien près de l'interface entre la table diamantée et le substrat. De telles contraintes   résiduel) es dans t etemenr ûe   coupe peuvent en ouvre entraîner une séparation de la table du substrat ou un délaminage dans la table même en présence de températures et de pressions de forage extrêmes. 



   Différentes solutions ont été proposées dans la technique pour modifier les contraintes internes résiduelles dans les éléments de coupe pour empêcher ou limiter les défaillances décrites. La configuration de l'élément de coupe peut ainsi être conçue de sorte à résoudre le problème concernant les contraintes résiduelles.

   Des configurations de coopération de la table et du substrat destinées à supprimer la défaillance de l'élément de coupe ont par exemple été décrites dans le brevet US no. 
 EMI2.1 
 5007207 attribué à Phaal ; le brevet US no. 5120327 attribué à Dennis ; le brevet US no. 5355969 attribué à Hardy et al. ; le brevet US no. 5494477 attribué à Flood et al. ; le brevet US no. 5566779 attribué à Dennis ; le brevet US no. 5605199 attribué à Newton ; le brevet EP 0322214 attribué à De Beers Industrial Diamond ; le brevet EP 0214795 attribué à la De Beers Industrial Diamond et le brevet EP 0687797 attribué au Camco Drilling Group. 



   Les configurations des éléments de coupe décrites dans la technique antérieure ont remporté un succès différent en ce qui concerne la modification des états de contrainte dans l'élément de coupe. Il serait toutefois avantageux de fournir une configuration d'un élément de coupe permettant d'améliorer la réduction des contraintes de traction résiduelles 

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 dans la couche superabrasive de   l'élément   de coupe, en particulier sur la face de coupe et dans la zone proche du périmètre de l'arête de coupe. 



  DESCRIPTION DE L'INVENTION
Selon la présente invention, le substrat d'un élément de coupe superabrasif comprend spécifiquement une partie circonférentielle à dimension réduite près de l'interface table/substrat, autour de laquelle est agencée une bague annulaire ou une bordure de matériau superabrasif destinée à réduire notablement les contraintes de traction dans la partie superabrasive de l'élément de coupe près du périmètre de l'arête de coupe et sur la face de coupe. Le substrat de l'élément de coupe superabrasif peut aussi être structuré de sorte à établir des rainures annulaires internes remplies de matériau superabrasif, pour modifier ainsi davantage 
 EMI3.1 
 les contraintes de traction dans la table superabrasive.

   Comme le coefficient de dilatation thermique (COTE) du matériau du substrat est 
 EMI3.2 
 - t-.. - : , . . -t- 1 l,. . i r--c- : j- j - : l < -.-.-t-- ; 4-- : ., . matériau superabrasif, les valeurs COTE différentes étant ensemble 
 EMI3.3 
 responsables d une partie signifiante des contraintes de traction résiduelles dans les éléments de coupe conventionnels, la partie   circonférentielle à dimension   réduite du substrat près de l'interface modifie avantageusement les contraintes de traction résiduelles apparaissant dans la partie superabrasive.

   Le mécanisme proposé pour réduire la contrainte de traction selon la présente invention est double : 1) le volume réduit du substrat présentant un pouvoir de traction réduit du diamant ou de la table superabrasive, et 2) les emplacements relatifs de la bague superabrasive externe et du matériau de carbure interne. La partie du matériau superabrasif agencée autour du périmètre de l'élément de coupe améliore en outre la modification des contraintes résiduelles dans la partie superabrasive près du périmètre de l'arête de coupe.

   La configuration de l'élément de coupe selon la présente invention facilite la réduction des contraintes de traction résiduelles dans l'élément superabrasif près du périmètre de   l'élément   de coupe et sur sa face de coupe, accroissant ainsi le pouvoir de résistance de l'élément de coupe à des conditions de charge plus élevées par rapport à d'autres configurations connues. 



   Dans une première forme de réalisation de l'invention, le substrat comporte une partie circonférentielle à dimension réduite établissant un profil pratiquement cylindrique dans le substrat autour duquel est formée une partie annulaire composée de matériau superabrasif. La partie annulaire 

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 de matériau superabrasif fait partie de la table superabrasive de l'élément de coupe et s'étend vers le bas à partir d'une couche superabrasive supérieure contactant la surface supérieure du substrat. La couche superabrasive supérieure et la partie annulaire sont de préférence composées du même type et de la même qualité de matériau superabrasif mais peuvent être composées de différents types et de différentes qualités de matériau.

   Des analyses des éléments finis montrent que la distance d'extension vers le bas sélectionnée de la partie annulaire à partir de la couche superabrasive supérieure ou de la partie superabrasive. ou, en d'autres termes, la hauteur de la partie circonférentielle à hauteur réduite détermine l'importance de la réduction des contraintes résiduelles près du périmètre de la partie superabrasive.

   La réduction des contraintes de traction résiduelles est en général maximale dans le cas particulier d'une configuration de cette forme de   réalisation, l'épaisseur   de la table superabrasive et de la bague superabrasive étant définies lorsque la parce annulaire s   ereno   au-aessous ae   ia   coucne   superaoraslve supérieure   sur une distance comprise entre environ 0, 076 centimètres et environ 0, 152 centimètres. La distance d'extension de la partie annulaire au-dessous de la couche superabrasive supérieure est en général accrue en fonction de l'accroissement de la hauteur ou de la profondeur de   l'élément   de coupe en vue d'optimiser les réductions de la contrainte de traction au niveau du périmètre. 



   Dans des formes de réalisation additionnelles de l'élément de coupe décrit ci-dessus, une ou plusieurs rainures annulaires peuvent être formées dans la surface supérieure du substrat dans les limites et à proximité de l'arête externe de la parte circonférentielle à dimension réduite. Le matériau superabrasif s'étend dans les rainures annulaires au cours du procédé de formation de l'élément de coupe. Les bagues résultantes du matériau superabrasif positionnées dans la surface supérieure du substrat réduisent encore le volume du matériau du substrat, accroissant la réduction des contraintes de traction résiduelles dans la partie superabrasive.

   Les rainures annulaires formées dans le substrat peuvent avoir une profondeur   pratiquement égale les   bagues du matériau superabrasif s'étendant dans le substrat ne s'étendant toutefois pas aussi loin de la couche superabrasive supérieure ou de   l'interface table/substrat   que la partie annulaire externe. La profondeur des rainures annulaires dans le substrat peut aussi être inégale, les rainures annulaires relativement plus profondes étant de préférence positionnées vers le bord externe de la 

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 partie circonférentielle à dimension réduite pour agencer du matériau superabrasif additionnel près du périmètre. 



   Dans une autre forme de réalisation de l'invention, la partie circonférentielle à dimension réduite du substrat peut avoir une forme en tronc de cône, entourée par une partie annulaire ou de bordure de matériau superabrasif. La table superabrasive a de préférence un profil du périmètre externe en forme de tronc de cône similaire au niveau de l'arête de coupe de l'élément de coupe. La partie circonférentielle à dimension réduite du substrat peut même être modifiée davantage pour établir des éléments ayant un profil extérieur cylindrique ou en tronc de cône, ou les deux. 



   Dans une autre forme de réalisation, la surface supérieure du substrat est configurée de sorte à s'étendre radialement vers l'extérieur et vers le bas à partir de la ligne médiane de l'élément de coupe, et à être inclinée vers la surface de périmètre externe du substrat. La partie 
 EMI5.1 
 ,, 1 1-.-1 1 1.. 1 point défini par l'intersection de la surface supérieure inclinée du substrat et d'une ligne formée à travers   ! arête   du périmètre cylindrique 
 EMI5.2 
 externe de l'élément de coupe, à un angle d'environ 450 par rapport à la surface du périmètre externe du substrat, et s'étend vers le bas à un angle orienté vers la surface du périmètre externe du substrat.

   La partie circonférentielle à dimension réduite de l'élément de coupe présente ainsi une face inclinée contre laquelle est positionnée la partie annulaire du matériau superabrasif. L'analyse des éléments finis montre que la surface supérieure inclinée et la face inclinée du substrat modifient effectivement les contraintes de traction résiduelles et les réduisent près du périmètre de l'arête de coupe de l'élément de coupe et près de l'interface entre la partie superabrasive et le substrat. 



   Les éléments de coupe décrits ci-dessous peuvent être fabriqués selon un quelconque procédé conventionnel à température et à pression élevées (HTHP) pour former le matériau superabrasif sur le substrat. Le substrat peut aussi être préformé ou configuré par un quelconque moyen approprié, par exemple par frittage ou compression isostatique à chaud. 



  BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les dessins illustrent ce que l'on considère actuellement comme le meilleur moyen de réalisation de l'invention : 

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 la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une moitié d'un élément de coupe selon la présente invention, prise à travers la ligne 2-2 
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 de la figure 2 : la figure 2 est une vue en plan de la forme de réalisation illustrée dans la figure 1, montrant par des traits mixtes le bord externe de la partie circonférentielle à dimension réduite du substrat ; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une moitié d'une deuxième forme de réalisation d'un élément de coupe selon la présente 
 EMI6.2 
 invention ;

   la figure 4 et une vue en plan de la forme de réalisation illustrée dans la figure   3,   montrant par des traits mixtes le bord externe de la partie circonférentielle à dimension réduite du substrat et les rainures annulaires formées dans le substrat ; la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une moitié d'une 
 EMI6.3 
 fi I W I , ¯11P¯ l'Jss 111¯ UC I CÚ i I oW ç I W1) siC & CI I Le wi¯ bV > C ow I Vi I I U H bC I WX invention, dans laquelle les rainures annulaires dans le substrat ont des profondeurs différentes ; la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une moitié d'une quatrième forme de réalisation de l'élément de coupe selon la présente invention comportant un élément superabrasif incliné ;

   la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une moitié d'une cinquième forme de réalisation de l'élément de coupe selon la présente invention comportant un élément superabrasif incliné ; la figure 8 est une vue en coupe longitudinale d'une moitié d'une sixième forme de réalisation de   l'élément   de coupe selon la présente invention : la figure 9 est une vue en coupe longitudinale d'une moitié d'une septième forme de réalisation de   l'élément   de coupe selon la présente invention, dans laquelle le substrat est modifié pour établir une partie circonférentielle à dimension réduite comportant un bord incliné ;

   la figure 10 est une vue en coupe longitudinale d'une huitième forme de réalisation de l'élément de coupe selon la présente invention, dans laquelle le substrat a un profil en tronc de cône et cylindrique combiné   :   la figure 11 est une vue en coupe longitudinale d'une neuvième forme de réalisation de l'élément de coupe selon la présente invention, dans 

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 laquelle le substrat a un profil en tronc de cône et cylindrique combiné, la table superabrasive ayant une forme en tronc de cône ; la figure 12 est une vue en coupe longitudinale d'une moitié d'une dixième forme de réalisation de l'élément de coupe selon la présente invention, dans laquelle le substrat comporte une face inclinée pour contacter une partie annulaire angulaire de l'élément superabrasif :

   la figure 13 est une vue en plan de la forme de réalisation représentée dans la figure 12, montrant par des traits mixtes le bord externe de la partie circonférentielle à dimension réduite du substrat ; la figure 14 est une vue en élévation d'un trépan de forage comportant des éléments de coupe selon la présente invention qui y sont fixés ; la figure 15 est un graphique illustrant la réduction des contraintes de traction dans l'élément de coupe superabrasif comme fonction de la 
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 en men] on ue d proronueur ue Id pdre dnnujd ire aU ifiduerdu uperdoras r ; et la figure 16 est une vue en coupe longitudinale d'un élément de coupe conventionnel selon la technique antérieure comportant une table diamantée ayant la forme d'un disque aplati. 



    MEILLEUR (S) NODE (S)   D'EXÉCUTION DE L'INVENTION
La figure 1 illustre l'élément de coupe 10 selon la présente invention dans une première forme de réalisation, seule une moitié de l'élément de coupe étant représentée, étant entendu que l'autre moitié de l'élément de coupe non représentée est une image symétrique de la moitié illustrée. L'élément de coupe 10 selon la présente invention comprend en général un substrat 12 établissant un corps de support d'une table superabrasive 14. Le substrat 12 peut être composé d'un nombre quelconque de matériaux durs appropriés ou d'une combinaison de matériaux, par exemple de carbure de tungstène, de cobalt, de nickel et de super-alliages à base de nickel ou de cobalt.

   La table superabrasive 14 peut être composée d'un quelconque matériau superabrasif compatible avec le substrat et approprié à l'application de forage prévue, le diamant polycristallin sous forme d'un aggloméré compact de diamant polycristallin ou PDC constituant toutefois un matériau particulièrement approprié. Dans le contexte de la présente description, le   terme"table diamantée"peut   être utilisé alternativement avec le terme"table superabrasive". 

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   Il a été démontré qu'au cours de la fabrication des éléments de coupe le coefficient de dilatation thermique tend à être différent entre le matériau du substrat 12 et le matériau de la table superabrasive 14, de sorte que le substrat 12 est tiré radialement vers l'extérieur, dans la direction de la flèche 16, lors du refroidissement de l'élément de coupe. 



  La table superabrasive 14 est par contre tirée vers l'intérieur, en direction de l'axe central 18 de   l'élément   de coupe   10,   dans la direction de la   flèche 20, lors   du refroidissement de   l'élément   de coupe 10. Dans la 
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 région proche de l'axe central 18, la table 14 tend à être comprimée pendant que le substrat 12 tend à être mis sous tension.

   Lorsque la table superabrasive 14 est un simple disque aplati superposé au substrat 12, comme décrit en général dans la technique et comme illustré dans la figure 16, la contrainte exercée par le substrat en cours de refroidissement 12 près de l'interface table/substrat peut entraîner des contraintes de traction résiduelles dans la table superabrasive 14 au niveau des points 
 EMI8.2 
 A et 6 pres du périmètre ae 1 arete de coupe. Les contraintes reslduel les peuvent entraîner des cassures dues à la contrainte, se présentant sous forme d'effritement et de micro-écaillage dans la zone de la face de coupe et du périmètre de l'élément de coupe 10. 



   L'inventeur a démontré sur la base d'une analyse des éléments finis que lorsque la circonférence du substrat 12 est réduite près de la table superabrasive   14.   il y a une contrainte de traction réduite qui est exercée près du périmètre de la table superabrasive 14. Il a en outre été démontré que lorsque la table superabrasive 14 est étendue pour former pratiquement une bague ou une bordure autour de la partie circonférentielle à dimension réduite du substrat   12,   les contraintes appliquées à la table superabrasive 14 par le substrat 12 après le refroidissement sont modifiées. 



   La figure 1 illustre ainsi une première forme de réalisation de la présente invention, dans laquelle l'élément de coupe 10 a une forme cylindrique, le substrat 12 comportant près de la surface supérieure 24 du substrat 12 une partie circonférentielle à dimension réduite 22 par rapport à la surface circonférentielle externe ou du périmètre 26 du substrat 12. 



   Comme illustré, la partie circonférentielle à dimension réduite 22 peut être formée en établissant une paroi circonférentielle interne   28.   pratiquement parallèle à la surface du périmètre externe 26 du substrat 12, et un épaulement 30 pratiquement perpendiculaire à la surface du périmètre externe 26 du substrat 12. L'épaulement 30 ne doit toutefois pas être strictement perpendiculaire à la surface du périmètre externe 26. Selon une 

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 technique exemplaire de formation de l'élément de coupe   10.   le substrat 12 est positionné dans une cartouche et le matériau superabrasif, sous forme 
 EMI9.1 
 de grains, est placé au-dessus du substrat 12.

   Lors de l'exposition au traitement HTHP, le matériau superabrasif (c.-à-d. des grains) contactant la surface supérieure 24 du substrat 12, est pressé pour former une couche superabrasive supérieure 34 de la table superabrasive 14, les grains remplissant le vide laissé par la partie circonférentielle à dimension réduite 22 étant pressés pour former une partie annulaire 36 de la table superabrasive 14. 



   L'analyse des éléments finis démontre que la réduction des contraintes de traction résiduelles dans la table superabrasive 14 est affectée par la distance d'extension vers le bas de la partie annulaire 36 
 EMI9.2 
 du matériau superabrasif à partir de la couche superabrasive supérieure 34, ou, en d'autres termes, par son extension vers le bas à partir d'un plan 
 EMI9.3 
 - Frtrro a' 'r 3 /c'c r 1 c : nr"F ? r'o n'o''io !lro ? A Hn c ; n < :'t''"a't' I ? ! 3 r't'ana r. 0 !' en outre être définie comme la distance 38 de la paroi circonférentielle 
 EMI9.4 
 28 définie entre le bord externe 40 de la surface supérieure 24 du substrat 12 et de l'épaulement 30.

   La figure 12 illustre ce phénomène en montrant qu'un élément de coupe superabrasif conventionnel ne comportant qu'une table superabrasive plane (sans bague annulaire), comme représenté dans la figure   16,   présente des contraintes de traction résiduelles maximales, de l'ordre d'environ 165.360 kPa dans la table et de l'ordre de 151.580 kPa près du périmètre de l'arête de coupe de l'élément de coupe. La présence d'une partie annulaire 36 et en particulier l'existence d'une distance 38 ou d'une profondeur comprise entre environ 0,076 centimètres et environ 0, 152 centimètres, entraîne une réduction d'environ soixante-quinze pour cent des contraintes résiduelles dans la table superabrasive 14 et une réduction d'environ soixante-quinze pour cent des contraints résiduelles dans la partie annulaire ou la bague 36.

   La profondeur optimale 38 de la partie annulaire 36 sera en général accrue en fonction d'un accroissement de la hauteur ou de la profondeur de l'élément de coupe. 



   Dans une deuxième forme de réalisation de la présente invention représentée dans la figure 3, la réduction de la contrainte de traction entraînée par l'établissement d'une partie circonférentielle à dimension réduite 22 est améliorée davantage lorsque le substrat 12 comporte une ou plusieurs rainures annulaires 46, 48, formées dans la surface supérieure 24 du substrat 12 à une distance de l'axe central 18 de   l'élément   de coupe 10 et de préférence en direction de la surface de périmètre externe 26 du 

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 substrat 12. Une vue en plan des rainures annulaires 50, 52, montrant leur proximité de la surface de périmètre externe 26 de l'élément de coupe 10, est illustrée dans la figure 4.

   Au cours de la formation de   l'élément   de coupe   10,   le matériau abrasif sous forme de grains est placé en haut du substrat 12 et est pressé selon des techniques HTHP dans les rainures annulaires 46,48 formées dans le substrat 12 pour établir des rainures 50, 52 ou des bagues de matériau superabrasif composant en outre la table superabrasive 14. Lorsque l'élément de coupe est refroidi, ou après son refroidissement, après la fabrication, les contraintes dans la table superabrasive 14 sont modifiées par suite d'une réduction du volume du matériau du substrat près de l'interface avec la table superabrasive 14 et par suite de la juxtaposition correcte du matériau superabrasif externe près du substrat interne et de la répétition correspondante.

   Les contraintes existant dans la substrat 12 sont également modifiées avantageusement par les rainures 50, 52 de matériau superabrasif et la 
 EMI10.1 
 -- i------Comme représenté dans la figure 3. la profondeur longitudinale 54. 
 EMI10.2 
 56 des rainures annulaires 50, 52 respectives peut être pratiquement égale, les rainures ayant toutefois de préférence une profondeur longitudinale inférieure à la paroi circonférentielle interne 28 de la partie circonférentielle à dimension réduite 22. Comme représenté dans la figure 5, illustrant une troisième forme de réalisation de l'invention, les profondeurs longitudinales relatives 55, 57 des rainures annulaires respectives 58, 59 formées dans la surface supérieure 24 du substrat 12 peuvent être différentes.

   La profondeur longitudinale 57 de la rainure annulaire la plus externe 59 est de préférence supérieure à la profondeur 55 de la rainure annulaire la plus interne 58 pour positionner davantage de matériau superabrasif en direction du périmètre de l'élément de coupe. 



  La rainure annulaire la plus externe 59 peut ou non avoir une profondeur pratiquement égale à la profondeur 38 de la paroi circonférentielle interne 28 de la partie circonférentielle à dimension réduite 22 du substrat 12. 



  La figure 5 illustre une forme de réalisation exemplaire dans laquelle la profondeur longitudinale 57 de la rainure annulaire la plus externe 59 est inférieure à la profondeur 38 de la paroi circonférentielle interne 28. 



   La figure 6 illustre une quatrième forme de réalisation de l'élément de coupe selon la présente invention dans laquelle la partie circonférentielle à dimension réduite 22 comporte une paroi circonférentielle interne 28, configurée de sorte à être inclinée vers 

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 l'extérieur à partir de la surface supérieure 24 du substrat 12, en direction de la surface de périmètre externe 26 du substrat 12, jusqu'à un point d'intersection avec un épaulement 30 formé à un angle généralement perpendiculaire à la surface de périmètre externe 26 du substrat 12.

   Le substrat 12 de la forme de réalisation illustrée dans la figure 6 comporte en outre une bordure de périmètre orientée angulairement vers l'intérieur 44 au-dessus de laquelle est positionné l'épaulement 30 pour former la partie circonférentielle à dimension réduite 22. Dans le cadre d'une fabrication exemplaire de l'élément de coupe 10, le matériau superabrasif (par exemple des grains de diamant) est positionné sur le substrat de configuration particulière et une entretoise en forme de tronc de cône est agencée au-dessus du matériau superabrasif pour former, en présence d'un traitement HTHP,

   une table superabrasive 14 comportant une couche superabrasive supérieure 34 positionnée le long de la surface supérieure 24 du substrat et une oartie annulaire 36   positionnée   autour de la   oartip   circonférentielle à dimension réduite 22. La table superabrasive 14 comporte en outre une surface de périmètre externe inclinée 45 reliée à la bordure du périmètre 44 du substrat 12 pour établir une surface à plan unique. 



   La figure 7 illustre une cinquième forme de réalisation de l'élément de coupe 10 selon la présente invention, dans laquelle l'épaulement 30 est formé de sorte à déborder vers l'intérieur à partir de la surface de périmètre externe 26 du substrat   12.   à un angle généralement perpendiculaire à celle-ci. La partie circonférentielle à dimension réduite 22 comporte en outre une paroi circonférentielle 28 s'étendant à un angle à partir de la surface supérieure 24 du substrat 12 vers l'épaulement 30.

   Lors de la fabrication de l'élément de coupe 10, une entretoise en forme de tronc de cône peut par exemple être agencée au-dessus du matériau superabrasif (par exemple des grains) pour former une table superabrasive 14 comportant une couche superabrasive supérieure 34 agencée à travers la surface supérieure 24 du substrat 12, une partie annulaire 36 positionnée autour de la partie circonférentielle à dimension réduite 22 du substrat 12 et une surface de périmètre externe inclinée 45. 



   Dans une sixième forme de réalisation de l'élément de coupe 10 selon la présente invention, illustrée dans la figure 8, le substrat comporte une partie circonférentielle à dimension réduite 22 comprenant une paroi circonférentielle 28 s'étendant de la surface supérieure 24 du substrat au niveau d'un angle externe vers la surface de périmètre externe 26 du 

 <Desc/Clms Page number 12> 

 substrat 12, établissant ainsi une paroi circonférentielle inclinée 28 se terminant au niveau de la surface de périmètre externe 26 du substrat 12. 



  Lors de la fabrication de l'élément de coupe 10, la table superabrasive 14 est équipée d'une couche superabrasive supérieure 34 s'étendant à travers la surface supérieure 24 du substrat 12 et d'une partie annulaire 36 s'étendant autour de la partie circonférentielle à dimension réduite 22. 



  La table superabrasive 14 peut en outre comporter une surface de périmètre externe inclinée 45, comme illustré. 



   La figure 9 illustre une septième forme de réalisation de l'invention, similaire à la forme de réalisation représentée dans la figure 1, sauf que le substrat 12 comporte une partie circonférentielle à dimension réduite 22 ayant une forme hybride, entre une forme en tronc de 
 EMI12.1 
 cône et une forme cylindrique, comme illustré ci-dessus. Le substrat 12 comporte ainsi un épaulement 30 s'étendant vers l'intérieur à un angle 
 EMI12.2 
 nr 't"in) mpn1' nQr'npnrHDtlirc I 1 r'-Fr'a r < o n r'ima't'Q eiv-t-QrnQ 9 i ; substrat 12 et une paroi circonférentielle interne 28 ayant une orientation 
 EMI12.3 
 pratiquement parallèle à la surface de périmètre externe 26. Le substrat 12 comporte en outre une surface inclinée vers l'extérieur 51, s'étendant à partir de la surface supérieure 24 du substrat 12 et coupant la paroi circonférentielle interne 28.

   Dans cette forme de réalisation, la table superabrasive 14 peut aussi comporter une surface de périmètre externe inclinée vers l'extérieur 45. 



   Un substrat encore modifié 12 est illustré dans une huitième forme de réalisation de l'invention, représentée dans la figure   10,   dans laquelle la partie circonférentielle à dimension réduite 22 comporte un premier épaulement 30 s'étendant vers l'intérieur à un angle pratiquement perpendiculaire à la surface de périmètre externe 26 du substrat 12. Une paroi circonférentielle 28 s'étend vers le haut à partir de l'épaulement 30 à une orientation pratiquement parallèle à la surface de périmètre externe 26 du substrat 12.

   Un deuxième épaulement 53 s'étend vers l'intérieur à partir de la paroi circonférentielle interne 28 et à une orientation pratiquement perpendiculaire à la surface de périmètre externe 26 du substrat   12,   une surface inclinée vers l'extérieur 51 s'étendant à partir de la surface supérieure 24 du substrat 12 et coupant le deuxième épaulement 53. Comme représenté dans la figure 10, la table superabrasive 14 peut être formée sur le substrat 12 de façon à fournir un élément de coupe cylindrique 10. Comme représenté dans la   figure 11, la   table 

 <Desc/Clms Page number 13> 

 superabrasive 14 peut aussi être modifiée et comporter une surface de périmètre externe inclinée 45. 



   La figure 12 illustre une dixième forme de réalisation de l'invention, dans laquelle la surface supérieure 24 du substrat 12 est modifiée et est inclinée radialement vers l'extérieur et vers le bas à partir de l'axe central 18 de l'élément de coupe 10, vers la surface de périmètre externe 26 du substrat 12.

   La surface supérieure 24 du substrat 12 s'étend à partir de l'axe central 18 ou d'un point proche de celui-ci vers un point 60 défini par l'intersection de la surface supérieure inclinée 24 du substrat 12 avec une ligne 62 s'étendant à travers le bord du périmètre externe 64 de   l'élément   de coupe, à un   angle d'environ 450 par   rapport à la surface de périmètre cylindrique externe 26 du substrat 12.

   
 EMI13.1 
 Le bord du périmètre externe 64 est défini par l'intersection de la surface de périmètre externe 26 et de la surface supérieure 65 de la table 
 EMI13.2 
 substrat 12 est ensuite formée en réduisant la circonférence externe du substrat 12 est ensuite formée en réduisant la circonférence externe du 
 EMI13.3 
 substrat 12 le long d'une ligne inclinée s'étendant du point d'intersection 60 vers la surface de périmètre externe 26 du substrat 12. La partie circonférentielle à dimension réduite 22 de l'élément de coupe 10 présente ainsi une face inclinée 66 contre laquelle est positionnée la partie annulaire 36 du matériau superabrasif.

   Lors d'un procédé de fabrication exemplaire de l'élément de coupe 10, représenté dans la figure 12, le matériau superabrasif (grains) positionné sur le substrat   modifié 12.   retenu dans une cartouche, est soumis à un procédé HTHP entraînant la formation d'une table superabrasive 14 comprenant une couche superabrasive supérieure   68,   s'étendant le long de la surface supérieure inclinée 24 du substrat 12, et une partie de bague annulaire ou de bordure   36,   s'étendant vers le bas et autour de la partie circonférentielle à dimension réduite 22 du substrat 12. 



   L'angle d'inclinaison de la surface supérieure 24 à partir de l'axe central 18 ou d'un point proche de celui-ci et le point d'intersection 60 peut varier, tout comme l'angle d'inclinaison de la face inclinée 66 de la partie circonférentielle à dimension réduite 22. La ligne 62 peut en plus s'écarter des   450 illustrés,   et être comprise entre environ 200 et environ 70 , la mesure étant faite à partir de la surface de périmètre externe 26. 



  Le substrat 12 peut être configuré de sorte que la couche superabrasive supérieure 68 est pratiquement symétrique à la partie annulaire 36 de la table superabrasive 14 autour de la ligne d'intersection 62. Par suite de 

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 la variation de la configuration de l'inclinaison du substrat   12,   le point d'intersection   60,   définissant également le bord circonférentiel supérieur du substrat   12,   peut changer dans sa proximité par rapport au bord du périmètre externe 64 de l'élément de coupe   10.   comme représenté dans la figure 13. 



   L'élément de coupe 10 selon la présente invention est illustré dans les figures 1 à 13 comme étant généralement cylindrique, mais on comprendra que d'autres configurations ou formes géométriques sont également appropriées en vue de l'exécution de l'invention, et qu'elles peuvent être mieux appropriées dans certains types ou configurations de trépans de forage. L'élément de coupe selon la présente invention peut par exemple avoir une forme cylindrique, rectangulaire, carrée, polygonale, ovale ou une quelconque autre forme appropriée. L'élément de coupe selon la présente invention peut être utilisé dans un nombre quelconque de types différents 
 EMI14.1 
 et de configurations différentes de trônons de fnraop nciohnt-nn nn de forage rotatif 80, comme représenté dans la figure 14, sans être limité à celui-ci.

   Le trépan de forage rotatif 80 peut comprendre typiquement un corps de trépan 82 comportant une partie de coupe 84 pour couper le fond d'un puits de forage et une partie de front de taille 86 définissant la dimension circonférentielle du puits de forage, et peut être connecté à une queue 88 en vue de la fixation du corps du trépan 82 à un train de tiges. 



  Les éléments de coupe 10 peuvent être formés dans le corps du trépan 82 ou être fixés d'une autre manière à celui-ci, comme illustré dans la partie de coupe 84 du trépan de forage   80,   les éléments de coupe pouvant aussi être fixés à un élément structural du corps du trépan 82, par exemple une lame 90 ou une saillie similaire débordant du corps du trépan   82.   servant à positionner les éléments de coupe 10 pour contacter la formation de la terre. 



   L'élément de coupe selon la présente invention a une structure particulière destinée à accroître la quantité du matériau superabrasif, par exemple un diamant fritté, positionné au niveau du périmètre de l'élément de coupe ou en un point proche de celui-ci, et à agencer les matériaux superabrasif et du substrat de sorte qu'une bague de matériau superabrasif entoure à chaque fois une bague ou un corps du matériau du substrat, avec une répétition optionnelle de cette configuration, pour réduire effectivement la contrainte de traction existant dans la table superabrasive et pour produire un élément de coupe présentant des caractéristiques de   durabilité améliorées.   Le substrat de l'élément de 

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 coupe peut être modifié selon un nombre quelconque de façons pour atteindre l'objectif visé.

   Les références à des détails spécifiques des formes de réalisation illustrées sont donc destinées à servir d'exemple et non pas de limitation. Les hommes de métier comprendront que de nombreux compléments, des additions, suppressions et modifications peuvent être apportés aux formes de réalisation illustrées de l'invention, sans se départir de l'esprit et de l'objectif de l'invention, comme défini par les revendications annexées.

Claims (20)

  1. REVENDICATIONS 1. Elément de coupe superabrasif destiné à être utilisé dans un trépan de forage de terre, comprenant : un substrat de forme généralement cylindrique défini par une surface supérieure généralement plane ayant une dimension circonférentielle présélectionnée, une surface de périmètre externe ayant une dimension circonférentielle présélectionnée supérieure à la dimension circonférentielle présélectionnée de la surface supérieure, et une paroi circonférentielle inclinée s'étendant vers le bas et vers l'extérieur à partir de la surface supérieure et se terminant au niveau de la surface de périmètre externe pour former une partie circonférentielle réduite ;
    une table superabrasive formée sur la surface supérieure et sur la paroi circonférentielle inclinée du substrat, la table superabrasive comportant une couche superabrasive supérieure agencée à travers la surface supérieure du substrat et une partie annulaire de la couche superabrasive agencée autour de la paroi circonférentielle inclinée : et la table superabrasive comportant en outre une surface de périmètre externe s'étendant uniquement vers le bas et vers l'extérieur à partir de la couche superabrasive supérieure, au niveau d'une inclinaison prédéterminée, et se terminant au niveau de la surface de périmètre externe du substrat.
  2. 2. Elément de coupe superabrasif selon la revendiciton 1, comprenant en outre : un épaulement s'étendant sur l'ensemble de la circonférence, débordant en général perpendiculairement vers l'intérieur de la surface de périmètre externe du substrat, la paroi circonférentielle inclinée du substrat s'étendant vers l'épaulement et se terminant près de la surface de périmètre externe du substrat.
  3. 3. Elément de coupe superabrasif selon la revendication 2, dans lequel : la paroi circonférentielle inclinée comporte une surface inclinée vers l'extérieur, s'étendant à partir de la surface supérieure du substrat sur une distance prédéterminée, avant que la paroi circonférentielle interne s'étend d'une manière généralement parallèle à la surface de périmètre externe du substrat avant de se terminer au niveau de l'épaulement et près de la surface de périmètre externe du substrat ;
    et la surface de périmètre externe inclinée de la table superabrasive s'étendant à partir de la couche superabrasive supérieure sur une distance prédéterminée avant de couper une surface de périmètre externe additionnelle de la table superabrasive, la surface de périmètre externe additionnelle de la table superabrasive s'étendant sur une distance prédéterminée vers le bas à partir de l'intersection de la surface de périmètre externe inclinée de la table superabrasive et étant en général alignée avec la surface de périmètre externe du substrat et se terminant au niveau de celle-ci. <Desc/Clms Page number 17>
  4. 4. Elément de coupe superabrasif selon la revendiciton 3, comprenant en outre : un deuxième épaulement, généralement perpendiculaire à la surface de périmètre externe du substrat et agencé entre la surface inclinée vers l'extérieur s'étendant à partir de la surface supérieure du substrat et la paroi circonférentielle interne, s'étendant en général parallèlement à la surface de périmètre externe du substrat avant de se terminer au niveau du premier épaulement et près de la surface de périmètre externe du substrat.
  5. 5. Elément de coupe superabrasif selon la revendication 1, comprenant en outre : une bordure coudée vers l'intérieur, s'étendant à partir de la surface de périmètre externe du substrat définissant en outre le substrat, la surface de périmètre externe inclinée de la table superabrasive s'étendant vers la bordure et près de la surface de périmètre externe du substrat ; un épaulement s'étendant sur l'ensemble de la circonférence, débordant en général horizontalement vers l'intérieur à partir de la bordure coudée vers l'intérieur ; et la paroi circonférentielle interne inclinée du substrat s'étendant vers l'épaulement et se terminant ores de la surface de nérimètre externe du substrat.
  6. 6. Elément de coupe superabrasif selon la revendicaiton l, dans lequel le substrat et la table superabrasive ont des coefficients de dilatation thermique différents, le coefficient de dilatation thermique du substrat étant supérieur au coefficient de dilatation thermique de la table superabrasive.
  7. 7. Elément de coupe superabrasif destiné à être utilisé dans un trépan de forage de terre, comprenant : un substrat de forme généralement cylindrique défini par une surface supérieure généralement plane ayant une dimension circonférentielle présélectionnée, une surface de périmètre externe ayant une dimension circonférentielle présélectionnée supérieure à la dimension circonférentielle présélectionnée de la surface supérieure, et une paroi circonférentielle inclinée s'étendant vers le bas et vers l'extérieur à partir de la surface supérieure et se terminant au niveau de la surface de périmètre externe pour former une partie circonférentielle réduite ;
    un premier épaulement débordant en général perpendiculairement vers l'intérieur à partir de la surface de périmètre externe, la paroi circonférentielle inclinée du substrat s'étendant vers l'épaulement et se terminant près de la surface de périmètre externe ; un deuxième épaulement généralement perpendiculaire à la surface de périmètre externe du substrat et agencé entre la surface inclinée vers l'extérieur s'étendant à partir de la surface supérieure du substrat et la paroi circonférentielle interne, s'étendant en général parallèlement à la surface de périmètre externe du substrat avant de se terminer au niveau du premier épaulement et près de la surface de périmètre externe du substrat ;
    et une table superabrasive formée sur la surface supérieure et sur la paroi circonférentielle inclinée du substrat, la table superabrasive comportant une couche <Desc/Clms Page number 18> superabrasive supérieure agencée à travers la surface supérieure du substrat et une partie annulaire de la couche superabrasive agencée autour de la paroi circonférentielle inclinée et ne s'étendant pas au-delà de la dimension circonférentielle de la surface de périmètre externe du substrat.
  8. 8. Elément de coupe superabrasif selon la revendicaiton 7, dans lequel le substrat et la table superabrasive ont des coefficients de dilatation thermique différents, le coefficient de dilatation thermique du substrat étant en outre supérieur au coefficient de dilatation thermique de la table superabrasive.
  9. 9. Elément de coupe superabrasif destiné à être utilisé dans un trépan de forage de terre, comprenant : un substrat de forme généralement cylindrique défini par une surface supérieure généralement plane ayant une dimension circonférentielle présélectionnée, et une surface de périmètre externe ayant une dimension circonférentielle présélectionnée supérieure à la dimension circonférentielle présélectionnée de la surface supérieure, la surface supérieure EMI18.1 du substrat étant configurée de sorte à être inclinée radialement vers l'extérieur et vers le -- r---,--------périmètre externe, vers un point défini par l'intersection de la surface supérieure inclinée EMI18.2 et une ligne formée à travers l'intersection à un angle d'environ 45 degrés par rapport à la surface de périmètre du substrat,
    une partie circonférentielle à dimension réduite du substrat étant définie par une face inclinée s'étendant vers l'extérieur et vers le bas à partir du point d'intersection de la surface supérieure inclinée vers la surface de périmètre externe du substrat ; et une table superabrasive formée sur la surface supérieure et sur la face inclinée du substrat, la table superabrasive comportant une couche superabrasive supérieure agencée à travers la surface supérieure du substrat et s'étendant vers l'extérieur vers un bord de périmètre externe de l'élément de coupe, et une partie annulaire de la couche superabrasive agencée autour de la face inclinée du substrat et s'étendant en général vers le bas à partir du bord de périmètre externe de l'élément de coupe et se terminant au niveau de la surface de périmètre externe du substrat.
  10. 10. Elément de coupe superabrasif selon la revendicaiton 9, dans lequel le substrat et la table superabrasive ont des coefficients de dilatation thermique différents, le coefficient de dilatation thermique du substrat étant en outre supérieur au coefficient de dilatation thermique de la table superabrasive.
  11. 11. Trépan de forage d'une formation de terre comportant au moins un élément de coupe fixé au corps du trépan, le au moins un élément de coupe comprenant : un substrat de forme généralement cylindrique défini par une surface supérieure généralement plane ayant une dimension circonférentielle présélectionnée, une surface de périmètre externe ayant une dimension circonférentielle présélectionnée supérieure à la dimension circonférentielle présélectionnée de la surface supérieure, et une paroi <Desc/Clms Page number 19> circonférentielle inclinée s'étendant vers le bas et vers l'extérieur à partir de la surface supérieure et se terminant au niveau de la surface de périmètre externe pour former une partie circonférentielle réduite ;
    une table superabrasive formée sur la surface supérieure et sur la paroi circonférentielle inclinée du substrat, la table superabrasive comportant une couche superabrasive supérieure agencée à travers la surface supérieure du substrat et une partie annulaire de la couche superabrasive agencée autour de la paroi circonférentielle inclinée ; et la table superabrasive comportant en outre une surface de périmètre externe s'étendant uniquement vers le bas et vers l'extérieur à partir de la couche superabrasive EMI19.1 supérieure, et se terminant au niveau de la surface de périmètre externe du substrat.
  12. 12. Trépan de forage selon la revendicaiton l l, dans lequel le au moins un élément de coupe comprend en outre : un épaulement s'étendant sur l'ensemble de la circonférence, débordant en général EMI19.2 perpendiculairement vers l'intérieur de la surface de périmètre externe du substrat, la paroi iiL'iiLiln-, iiliili LtH JLt. ut. lU. t LliU. mit. VCiù ljctUiillCliL L t HilHiliciit. JiC U. C la surface de périmètre externe du substrat. EMI19.3
  13. 13. Trépan de forage selon la revendicaiton 12, dans lequel le au moins un élément de coupe comprend en outre : une paroi circonférentielle inclinée comportant une surface inclinée vers l'extérieur s'étendant à partir de la surface supérieure du substrat sur une distance prédéterminée avant que la paroi circonférentielle externe s'étend de manière généralement parallèle à la surface de périmètre externe avant de se terminer au niveau de l'épaulement et près de la surface de périmètre externe du substrat ;
    et la surface de périmètre externe inclinée de la table superabrasive s'étendant à partir de la couche superabrasive supérieure sur une distance prédéterminée avant de couper une surface de périmètre externe additionnelle de la table superabrasive, la surface de périmètre externe additionnelle de la table superabrasive s'étendant sur une distance prédéterminée vers le bas à partir de l'intersection de la surface de périmètre externe inclinée de la table superabrasive et étant en général alignée avec la surface de périmètre externe du substrat et se terminant au niveau de celle-ci.
  14. 14. Trépan de forage selon la revendiciton 13, dans lequel le au moins un élément de coupe comprend en outre : un deuxième épaulement, généralement perpendiculaire à la surface de périmètre externe du substrat et agencé entre la surface inclinée vers l'extérieur s'étendant à partir de la surface supérieure du substrat et la paroi circonférentielle interne, s'étendant en général parallèlement à la surface de périmètre externe du substrat avant de se terminer au niveau du premier épaulement et près de la surface de périmètre externe du substrat. <Desc/Clms Page number 20>
  15. 15. Trépan de forage selon la revendication l l, dans lequel le au moins un élément de coupe comprend en outre : une bordure coudée vers l'intérieur, s'étendant à partir de la surface de périmètre externe du substrat définissant en outre le substrat, la surface de périmètre externe inclinée de la table superabrasive s'étendant vers la bordure et près de la surface de périmètre externe du substrat ; un épaulement s'étendant sur l'ensemble de la circonférence, débordant en général horizontalement vers l'intérieur à partir de la bordure coudée vers l'intérieur ; et la paroi circonférentielle interne inclinée du substrat s'étendant vers l'épaulement et se terminant près de la surface de périmètre externe du substrat.
  16. 16. Trépan de forage selon la revendicaiton ll, dans lequel le substrat et la table superabrasive du au moins un élément de coupe ont des coefficients de dilatation thermique différents, le coefficient de dilatation thermique du substrat étant en outre supérieur au coefficient de dilatation thermique de la table superabrasive. EMI20.1
  17. 17 Trénan de forage d'une formatn de teTre cnmnnrtqpt qn mnm i-m l-nTit Hp coupe fixé au corps du trépan, le au moins un élément de coupe comprenant : un substrat de forme généralement cylindrique défini par une surface supérieure généralement plane ayant une dimension circonférentielle présélectionnée, une surface de périmètre externe ayant une dimension circonférentielle présélectionnée supérieure à la dimension circonférentielle présélectionnée de la surface supérieure, et une paroi circonférentielle inclinée s'étendant vers le bas et vers l'extérieur à partir de la surface supérieure et se terminant au niveau de la surface de périmètre externe pour former une partie circonférentielle réduite ;
    un premier épaulement débordant en général perpendiculairement vers l'intérieur à partir de la surface de périmètre externe, la paroi circonférentielle inclinée du substrat s'étendant vers l'épaulement et se terminant près de la surface de périmètre externe du substrat ; un deuxième épaulement généralement perpendiculaire à la surface de périmètre externe du substrat et agencé entre la surface inclinée vers l'extérieur s'étendant à partir de la surface supérieure du substrat et la paroi circonférentielle interne, s'étendant en général parallèlement à la surface de périmètre externe du substrat avant de se terminer au niveau du premier épaulement et près de la surface de périmètre externe du substrat ;
    et une table superabrasive formée sur la surface supérieure et sur la paroi circonférentielle inclinée du substrat, la table superabrasive comportant une couche superabrasive supérieure agencée à travers la surface supérieure du substrat et une partie annulaire de la couche superabrasive agencée autour de la paroi circonférentielle inclinée et ne s'étendant pas au-delà de la dimension circonférentielle de la surface de périmètre externe du substrat. <Desc/Clms Page number 21>
  18. 18. Trépan de forage selon la revendicaiton 17, dans lequel le substrat et la table superabrasive du au moins un élément de coupe ont des coefficients de dilatation thermique différents, le coefficient de dilatation thermique du substrat étant en outre supérieur au coefficient de dilatation thermique de la table superabrasive.
  19. 19. Trépan de forage d'une formation de terre, comportant au moins un élément de coupe fixé au corps du trépan, le au moins un élément de coupe comprenant : un substrat de forme généralement cylindrique défini par une surface supérieure généralement plane ayant une dimension circonférentielle présélectionnée, et une surface de périmètre externe ayant une dimension circonférentielle présélectionnée supérieure à la dimension circonférentielle présélectionnée de la surface supérieure, la surface supérieure du substrat étant configurée de sorte à être inclinée radialement vers l'extérieur et vers le bas à partir d'une ligne médiane longitudinale de l'élément de coupe vers la surface de périmètre externe,
    vers un point défini par l'intersection de la surface supérieure inclinée et une ligne formée à travers l'intersection à un angle d'environ 45 degrés par rapport à la surface de périmètre du substrat, une partie circonférentielle à dimension réduite du EMI21.1 1---,,,--1, c--,,-CI.-1 :-,, ,---1,-,-1 1 1 1--1 1----* du point d'intersection de la surface supérieure inclinée vers la surface de périmètre externe du substrat ;
    et une table superabrasive formée sur la surface supérieure et sur la face inclinée du substrat, la table superabrasive comportant une couche superabrasive supérieure agencée à travers la surface supérieure du substrat et s'étendant vers l'extérieur vers un bord de périmètre externe de l'élément de coupe, et une partie annulaire de la couche superabrasive agencée autour de la face inclinée du substrat et s'étendant en général vers le bas à partir du bord de périmètre externe de l'élément de coupe et se terminant au niveau de la surface de périmètre externe du substrat.
  20. 20. Trépan de forage selon la revendicaiton 19, dans lequel le substrat et la table superabrasive ont des coefficients de dilatation thermique différents, le coefficient de dilatation thermique du substrat étant en outre supérieur au coefficient de dilatation thermique de la table superabrasive.
BE9900348A 1998-05-20 1999-05-18 Elements de coupe superabrasifs a contrainte de traction residuelle reduite pour le forage de terre et trepans de forage comportant de tels elements BE1013044A5 (fr)

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Families Citing this family (56)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6374932B1 (en) 2000-04-06 2002-04-23 William J. Brady Heat management drilling system and method
US6571891B1 (en) 1996-04-17 2003-06-03 Baker Hughes Incorporated Web cutter
US6260639B1 (en) 1999-04-16 2001-07-17 Smith International, Inc. Drill bit inserts with zone of compressive residual stress
US6401845B1 (en) * 1998-04-16 2002-06-11 Diamond Products International, Inc. Cutting element with stress reduction
GB9811705D0 (en) * 1998-06-02 1998-07-29 Camco Int Uk Ltd Preform cutting elements for rotary drill bits
US6202772B1 (en) 1998-06-24 2001-03-20 Smith International Cutting element with canted design for improved braze contact area
US6412580B1 (en) 1998-06-25 2002-07-02 Baker Hughes Incorporated Superabrasive cutter with arcuate table-to-substrate interfaces
US6527069B1 (en) 1998-06-25 2003-03-04 Baker Hughes Incorporated Superabrasive cutter having optimized table thickness and arcuate table-to-substrate interfaces
CA2276841C (fr) * 1998-07-07 2004-12-14 Smith International, Inc. Insertions non planaires et non axisymetriques
US6189634B1 (en) * 1998-09-18 2001-02-20 U.S. Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compact cutter having a stress mitigating hoop at the periphery
GB9820693D0 (en) * 1998-09-24 1998-11-18 Camco Int Uk Ltd Improvements in perform cutting elements for rotary drag-type drill bits
US6241035B1 (en) * 1998-12-07 2001-06-05 Smith International, Inc. Superhard material enhanced inserts for earth-boring bits
US6213931B1 (en) * 1999-12-09 2001-04-10 Dennis Tool Company Stump grinding tooth
US20060018782A1 (en) * 2000-09-28 2006-01-26 Mikronite Technologies Group, Inc. Media mixture for improved residual compressive stress in a product
US20020078813A1 (en) * 2000-09-28 2002-06-27 Hoffman Steve E. Saw blade
US6655480B1 (en) 2000-10-05 2003-12-02 Kennametal Inc. Cutting insert for percussion drill bit
US6550556B2 (en) 2000-12-07 2003-04-22 Smith International, Inc Ultra hard material cutter with shaped cutting surface
US6488106B1 (en) 2001-02-05 2002-12-03 Varel International, Inc. Superabrasive cutting element
US6510910B2 (en) 2001-02-09 2003-01-28 Smith International, Inc. Unplanar non-axisymmetric inserts
US6513608B2 (en) 2001-02-09 2003-02-04 Smith International, Inc. Cutting elements with interface having multiple abutting depressions
US20050279430A1 (en) * 2001-09-27 2005-12-22 Mikronite Technologies Group, Inc. Sub-surface enhanced gear
US6604588B2 (en) 2001-09-28 2003-08-12 Smith International, Inc. Gage trimmers and bit incorporating the same
CN100374685C (zh) * 2002-07-10 2008-03-12 戴蒙得创新股份有限公司 研磨工具镶嵌片及其形成方法
US6994615B2 (en) * 2002-07-10 2006-02-07 Diamond Innovations, Inc. Cutting tools with two-slope profile
US6933049B2 (en) * 2002-07-10 2005-08-23 Diamond Innovations, Inc. Abrasive tool inserts with diminished residual tensile stresses and their production
US20070017710A1 (en) * 2003-02-26 2007-01-25 Achilles Roy D Secondary cutting element for drill bit
ATE367891T1 (de) 2003-05-27 2007-08-15 Element Six Pty Ltd Polykristalline abrasive diamantsegmente
US6962218B2 (en) * 2003-06-03 2005-11-08 Smith International, Inc. Cutting elements with improved cutting element interface design and bits incorporating the same
US7243745B2 (en) * 2004-07-28 2007-07-17 Baker Hughes Incorporated Cutting elements and rotary drill bits including same
US7273409B2 (en) * 2004-08-26 2007-09-25 Mikronite Technologies Group, Inc. Process for forming spherical components
US8066087B2 (en) * 2006-05-09 2011-11-29 Smith International, Inc. Thermally stable ultra-hard material compact constructions
US8328891B2 (en) * 2006-05-09 2012-12-11 Smith International, Inc. Methods of forming thermally stable polycrystalline diamond cutters
US7585342B2 (en) * 2006-07-28 2009-09-08 Adico, Asia Polydiamond Company, Ltd. Polycrystalline superabrasive composite tools and methods of forming the same
KR100795370B1 (ko) 2006-10-24 2008-01-17 일진다이아몬드(주) 다결정 다이아몬드 콤팩트
US8028771B2 (en) 2007-02-06 2011-10-04 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
US7942219B2 (en) 2007-03-21 2011-05-17 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond constructions having improved thermal stability
US9297211B2 (en) 2007-12-17 2016-03-29 Smith International, Inc. Polycrystalline diamond construction with controlled gradient metal content
US20100012389A1 (en) * 2008-07-17 2010-01-21 Smith International, Inc. Methods of forming polycrystalline diamond cutters
WO2010129811A2 (fr) 2009-05-06 2010-11-11 Smith International, Inc. Eléments de coupe comportant des couches de coupe en diamant polycristallin stable retraité thermiquement, trépans intégrant ces éléments et procédés de fabrication de ceux-ci
WO2010129813A2 (fr) * 2009-05-06 2010-11-11 Smith International, Inc. Procédés de production et de fixation de tsp pour former des éléments de coupe, éléments de coupe présentant un tel tsp et trépans comprenant lesdits éléments de coupe
WO2010148313A2 (fr) * 2009-06-18 2010-12-23 Smith International, Inc. Éléments de coupe en diamant polycristallin avec porosité artificielle et procédé de fabrication de tels éléments de coupe
US8689911B2 (en) * 2009-08-07 2014-04-08 Baker Hughes Incorporated Cutter and cutting tool incorporating the same
GB2487867B (en) * 2010-02-09 2014-08-20 Smith International Composite cutter substrate to mitigate residual stress
SA111320374B1 (ar) 2010-04-14 2015-08-10 بيكر هوغيس انكوبوريتد طريقة تشكيل الماسة متعدد البلورات من الماس المستخرج بحجم النانو
US9309724B2 (en) * 2011-11-11 2016-04-12 Baker Hughes Incorporated Cutting elements having laterally elongated shapes for use with earth-boring tools, earth-boring tools including such cutting elements, and related methods
US9140072B2 (en) 2013-02-28 2015-09-22 Baker Hughes Incorporated Cutting elements including non-planar interfaces, earth-boring tools including such cutting elements, and methods of forming cutting elements
US9080385B2 (en) * 2013-05-22 2015-07-14 Us Synthetic Corporation Bearing assemblies including thick superhard tables and/or selected exposures, bearing apparatuses, and methods of use
US10173300B1 (en) * 2014-10-06 2019-01-08 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compact, drill bit incorporating same, and methods of manufacture
US10329847B2 (en) * 2015-06-29 2019-06-25 Ulterra Drilling Technologies, L.P. Cutting elements for downhole cutting tools
GB201523149D0 (en) * 2015-12-31 2016-02-17 Element Six Uk Ltd Super hard constructions & methods of making same
GB201622472D0 (en) * 2016-12-31 2017-02-15 Element Six (Uk) Ltd Superhard constructions & methods of making same
CN106907112B (zh) * 2017-05-05 2023-06-20 宜昌神达科技有限公司 一种钻井用pdc钻头
CN109386238A (zh) * 2017-08-07 2019-02-26 中国石油化工股份有限公司 一种新型基体的钻齿及其制造方法
CN108265703B (zh) * 2018-02-12 2024-02-23 江苏地龙重型机械有限公司 一种用于薄壁连续墙无缝成槽机的刀具装置
CN109175563B (zh) * 2018-09-27 2021-08-27 株洲金韦硬质合金有限公司 一种适用于硬质合金硬面加工的硬质合金条/块及其粘结方法
WO2020102016A1 (fr) * 2018-11-12 2020-05-22 Smith International Inc. Élément de coupe non plan à conception d'interface non plane et outils comprenant de tels éléments

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4109737A (en) * 1976-06-24 1978-08-29 General Electric Company Rotary drill bit
US4854405A (en) * 1988-01-04 1989-08-08 American National Carbide Company Cutting tools
US4861350A (en) * 1985-08-22 1989-08-29 Cornelius Phaal Tool component
US5007207A (en) 1987-12-22 1991-04-16 Cornelius Phaal Abrasive product
US5120327A (en) 1991-03-05 1992-06-09 Diamant-Boart Stratabit (Usa) Inc. Cutting composite formed of cemented carbide substrate and diamond layer
US5355969A (en) 1993-03-22 1994-10-18 U.S. Synthetic Corporation Composite polycrystalline cutting element with improved fracture and delamination resistance
EP0687797A1 (fr) * 1994-06-18 1995-12-20 Camco Drilling Group Limited Améliorations à ou concernant des éléments converts d'un matériau superdur
EP0688937A1 (fr) * 1994-06-24 1995-12-27 Camco Drilling Group Limited Améliorations à ou concernant des éléments couverts d'un matériau superdur
US5494477A (en) 1993-08-11 1996-02-27 General Electric Company Abrasive tool insert
US5566779A (en) 1995-07-03 1996-10-22 Dennis Tool Company Insert for a drill bit incorporating a PDC layer having extended side portions
EP0794314A1 (fr) * 1996-03-06 1997-09-10 General Electric Company Elément de coupe abrasif et trépan
US5711702A (en) * 1996-08-27 1998-01-27 Tempo Technology Corporation Curve cutter with non-planar interface

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3605923A (en) * 1969-01-24 1971-09-20 Shell Oil Co Diamond bits having diamonds positioned in concentric circles on the drilling face
US4478298A (en) * 1982-12-13 1984-10-23 Petroleum Concepts, Inc. Drill bit stud and method of manufacture
US4713286A (en) * 1985-10-31 1987-12-15 Precorp, Inc. Printed circuit board drill and method of manufacture
US4954139A (en) * 1989-03-31 1990-09-04 The General Electric Company Method for producing polycrystalline compact tool blanks with flat carbide support/diamond or CBN interfaces
US5011515B1 (en) * 1989-08-07 1999-07-06 Robert H Frushour Composite polycrystalline diamond compact with improved impact resistance
DE4111238A1 (de) * 1991-04-08 1992-10-15 Hilti Ag Werkzeug zur zerspanung von werkstoffen
US5467836A (en) * 1992-01-31 1995-11-21 Baker Hughes Incorporated Fixed cutter bit with shear cutting gage
AU670642B2 (en) * 1992-12-23 1996-07-25 De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited Tool component
US5351772A (en) * 1993-02-10 1994-10-04 Baker Hughes, Incorporated Polycrystalline diamond cutting element
US5486137A (en) * 1993-07-21 1996-01-23 General Electric Company Abrasive tool insert
US5379854A (en) * 1993-08-17 1995-01-10 Dennis Tool Company Cutting element for drill bits
EP0655549B1 (fr) * 1993-11-10 1999-02-10 Camco Drilling Group Limited Améliorations à ou concernant des éléments couverts d'un matériau superdur
US5435403A (en) * 1993-12-09 1995-07-25 Baker Hughes Incorporated Cutting elements with enhanced stiffness and arrangements thereof on earth boring drill bits
US5647449A (en) * 1996-01-26 1997-07-15 Dennis; Mahlon Crowned surface with PDC layer
US5706906A (en) * 1996-02-15 1998-01-13 Baker Hughes Incorporated Superabrasive cutting element with enhanced durability and increased wear life, and apparatus so equipped
US5833021A (en) * 1996-03-12 1998-11-10 Smith International, Inc. Surface enhanced polycrystalline diamond composite cutters
US5906246A (en) * 1996-06-13 1999-05-25 Smith International, Inc. PDC cutter element having improved substrate configuration
GB9621217D0 (en) * 1996-10-11 1996-11-27 Camco Drilling Group Ltd Improvements in or relating to preform cutting elements for rotary drill bits
US5967249A (en) * 1997-02-03 1999-10-19 Baker Hughes Incorporated Superabrasive cutters with structure aligned to loading and method of drilling
US5871060A (en) * 1997-02-20 1999-02-16 Jensen; Kenneth M. Attachment geometry for non-planar drill inserts

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4109737A (en) * 1976-06-24 1978-08-29 General Electric Company Rotary drill bit
US4861350A (en) * 1985-08-22 1989-08-29 Cornelius Phaal Tool component
US5007207A (en) 1987-12-22 1991-04-16 Cornelius Phaal Abrasive product
US4854405A (en) * 1988-01-04 1989-08-08 American National Carbide Company Cutting tools
US5120327A (en) 1991-03-05 1992-06-09 Diamant-Boart Stratabit (Usa) Inc. Cutting composite formed of cemented carbide substrate and diamond layer
US5355969A (en) 1993-03-22 1994-10-18 U.S. Synthetic Corporation Composite polycrystalline cutting element with improved fracture and delamination resistance
US5494477A (en) 1993-08-11 1996-02-27 General Electric Company Abrasive tool insert
EP0687797A1 (fr) * 1994-06-18 1995-12-20 Camco Drilling Group Limited Améliorations à ou concernant des éléments converts d'un matériau superdur
EP0688937A1 (fr) * 1994-06-24 1995-12-27 Camco Drilling Group Limited Améliorations à ou concernant des éléments couverts d'un matériau superdur
US5566779A (en) 1995-07-03 1996-10-22 Dennis Tool Company Insert for a drill bit incorporating a PDC layer having extended side portions
EP0794314A1 (fr) * 1996-03-06 1997-09-10 General Electric Company Elément de coupe abrasif et trépan
US5711702A (en) * 1996-08-27 1998-01-27 Tempo Technology Corporation Curve cutter with non-planar interface

Also Published As

Publication number Publication date
GB2337543B (en) 2003-03-12
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US5971087A (en) 1999-10-26
GB9910562D0 (en) 1999-07-07
GB2337543A (en) 1999-11-24
US6196341B1 (en) 2001-03-06

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