CN102959176A - 用于井下切削工具的切削元件 - Google Patents

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Abstract

用于井下切削工具的切削元件，包括具有切削表面部的顶面和跨顶面布置的切削型面。切削元件包括第一和第二纵向侧面以及第一和第二横向侧面，每个侧面具有相应的截面。切削型面可以不对称或对称地布置在切削表面上。不对称布置允许两个切削元件被布置成彼此面对以遮盖切削工具的中心位置。不对称或对称布置的切削型面的切削边缘可以具有有利于在切削期间被自动锐化的形状。

Description

用于井下切削工具的切削元件
相关申请
本申请是提交于2010年6月24日的美国专利申请序列号No.12/803,320的部分继续申请并要求其优先权，该申请目前处于审查中。
技术领域
本发明涉及用于切削工具的切削元件或“切削件”，本发明尤其涉及包括跨切削元件顶面布置的切削型面的切削元件，其中，切削型面在对布置于油气井中的物体（包括诸如被卡工具、桥塞、油管、油井套管等的物体）进行切削期间自动锐化，和/或其中，切削元件可以布置在切削工具上，从而使得物体布置在切削工具中心位置下面的部分能够被切掉。
背景技术
在油气井的钻井、完井和修井中，通常利用具有某些与井下结构接触的切削型面的工具在井眼中进行井下作业。实例是利用磨铣工具磨铣井下金属物体或者利用切削工具或磨铣工具切穿管件。为了方便这些操作，切削元件布置在井下切削工具上；然而，切削元件的形状、尺寸和设计会限制能够放置切削元件的位置。例如，切削元件的形状、尺寸和设计限制工具有效切削布置在工具中心位置之下的物体的能力。另外，或者另一方面，切削元件的切削边缘在使用期间会变钝。
发明内容
广义上讲，本发明涉及布置在井下切削工具上的、用于切掉诸如布置在井中的物体的切削元件。术语“物体”包括可能希望被切削的任何实体结构，所述实体结构诸如布置在井中的那些物体（例如，卡在井中的另一工具，桥塞，油管，油井套管等）。
在一个特定实施例中，切削元件布置在井下切削工具的刀翼上，所述刀翼布置在工具表面上。刀翼布置在所述表面上则使得工具旋转引起刀翼旋转。一个或更多个刀翼包括前侧表面和后侧表面，所述前侧表面具有布置在该前侧表面上的一个或更多个切削元件。后侧表面通常不包括任何切削元件。刀翼上具有切削元件允许刀翼在旋转期间切削物体。另外，沿着刀翼的倾斜部布置切削元件则允许切削元件定位成使井下切削工具的所述表面的中心位置被切削元件遮住。在这种布置中，井下切削工具的旋转使物体位于井下切削工具表面中心位置正下方的部分被切掉。
在一个特定实施例中，切削元件包括顶面，所述顶面具有以不对称方式或对称方式布置在所述顶面上的切削型面。切削型面包括切削边缘，所述切削边缘被成型为使切削边缘在对物体进行切削期间被物体自动锐化。在其它特定实施例中，切削元件包括各种形状和设计以有利于将切削元件布置在井下切削工具的切削端上的对所述切削元件进行承载的表面或其它结构上并且有利于切削物体（诸如布置在井眼中那些物体）。例如，切削元件可以布置成使它们遮盖刀翼式磨铣的中心位置。
附图说明
图1是具有例如本发明所披露的切削元件的井下切削工具的一个特定实施例的透视图。
图2是本发明所披露切削元件的一个特定实施例的顶视图。
图3是图2所示切削元件沿直线3-3截取的剖视图。
图4是图2所示切削元件沿直线4-4截取的剖视图。
图5是切削元件的沿图3中的线5圈出的部分的放大剖视图。
图6是图2所示切削元件的实施例沿直线6-6截取的剖视图。
图7是切削元件的沿图6中的线7圈出的部分的放大剖视图。
图8是图2-图7所示切削元件的实施例的透视图。
图9是图2-图7所示的两个切削元件的侧视图，所示的两个切削元件被布置为平行且彼此面对。
图10是图9中的两个切削元件的旋转后的视图，所示的两个切削元件被布置为平行且彼此面对。
图11是图2-图7的切削元件实施例的视图，所示的两个切削元件被布置为以非平行夹角彼此面对。
图12是图2-图7中的切削元件的实施例的视图，所示切削元件被布置为以不同于图11中的非平行夹角的非平行夹角彼此面对。
图13是本发明披露的切削元件的另一特定实施例的透视图。
图14是图13所示切削元件的顶视图。
图15是切削元件的沿图14中的线15圈出的部分的放大图。
图16是图14所示切削元件沿直线16-16截取的剖视图。
图17是图14所示切削元件沿直线17-17截取的剖视图。
图18是切削元件的沿图17中的线18圈出的部分的放大剖视图。
图19是切削元件的沿图17中的线19圈出的部分的放大剖视图。
图20是图14所示切削元件的实施例的侧视图。
图21是切削元件的沿图20中的线21圈出的部分的放大剖视图。
图22是图20所示切削元件沿线22-22截取的剖视图。
图23是图14所示切削元件的底视图。
尽管将结合优选实施例对本发明进行描述，但是应当理解，本发明不限于这些实施例。相反，本发明旨在涵盖可能包括在由所附权利要求书限定的本发明精神和范围内的所有替换方式、变型和等效方式。
具体实施方式
现在参考图1，井下切削工具10包括：刀翼式磨铣20，所述刀翼式磨铣具有：主体或外壳22，所述主体或外壳的上端23适于连接到钻柱或工作管柱15；具有表面25的切削端24；钻井流体端口26，钻井流体或切削流体流过所述钻井流体端口以有利于通过刀翼式磨铣20进行切削；和六个刀翼40（如附图中的特定实施例中所示）。一个或更多个切削元件50固定到六个刀翼40中每一个的前表面或向前表面上。另外，如图1所示，两个切削元件50布置在刀翼40的倾斜部42上，所述两个切削元件跨表面25的中心位置30且彼此面对，从而使得物体位于中心位置30之下的部分可以被切削元件50切削。并且，如图1进一步所示，布置在倾斜部42上的这两个切削元件50彼此叠置以有利于对物体位于中心位置之下的部分进行切削。这种叠置提高了这两个切削元件50的强度和耐久性，并且降低了物体残留的、任何未切削部分被迫压进入两个切削元件50之间从而使切削元件50分开和可能发生断裂的可能性。应当理解，尽管切削元件50在图1中显示为具有各种形状、尺寸和设计，但任何一个切削元件50可以具有下面讨论的一个或更多个特征。
现在参考图2-图12，切削元件50包括顶面或切削面54、第一纵向侧面56、第二纵向侧面58、第一横向侧面60、第二横向侧面62和底面64（如图3所示）。第一和第二横向侧面60、62限定了顶面长度66（如图2所示），即，切削元件50在第一和第二横向侧面60、62之间沿着顶面54的长度。长度66可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸。例如，长度66可以在从0.250英寸到1.0英寸的范围内。在一个特定实施例中，长度66为0.625英寸。
第一和第二横向侧面60、62还限定了底面长度74（如图4所示），即，切削元件50在第一和第二横向侧面60、62之间沿着底面64的长度。长度74可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸。例如，长度74可以在从0.250英寸到1.0英寸的范围内。在一个特定实施例中，长度74为0.473英寸。
第一和第二纵向侧面56、58限定了顶面宽度68（如图2所示），即，切削元件50在第一和第二纵向侧面56、58之间沿着顶面54的宽度。宽度68可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸。例如，宽度68可以在从0.250英寸到1.0英寸的范围内。在一个特定实施例中，宽度68为0.375英寸。
第一和第二纵向侧面56、58限定了底面宽度72（如图3所示），即，切削元件50在第一和第二纵向侧面56、58之间沿着底面64的宽度。宽度72可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸。例如，宽度72可以在从0.250英寸到1.0英寸的范围内。在一个特定实施例中，宽度72为0.281英寸。
顶面54和底面64限定了高度70（如图3所示）。高度70可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸。例如，高度70可以在从0.100英寸到1.0英寸的范围内。在一个特定实施例中，高度70为0.250英寸。
如附图的实施例所示，切削元件50包括：布置在第一纵向侧面56和第一横向侧面60之间的第一径向表面57；布置在第一横向侧面60和第二纵向侧面58之间的第二径向表面59；布置在第二纵向侧面58和第二横向侧面62之间的第三径向表面61，和布置在第二横向侧面62和第一纵向侧面56之间的第四径向表面63。第一、第二、第三、第四径向表面57、59、61、63均包括曲率半径。第一、第二、第三、第四径向表面57、59、61、63的曲率半径均可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸。例如，第一、第二、第三、第四径向表面57、59、61、63的曲率半径可以在从0.010英寸到1英寸范围内。在图2-图8的特定实施例中，第一径向表面57的曲率半径等于第四径向表面63的曲率半径，第二径向表面59的曲率半径等于第三径向表面61的曲率半径，第一、第四径向表面57、63的曲率半径不等于第二、第三径向表面59、61的曲率半径。在一个特定实施例中，第一径向表面57曲率半径是0.188英寸，第二径向表面59的曲率半径是0.090英寸，第三径向表面61的曲率半径是0.090英寸，第四径向表面63的曲率半径是0.188英寸。
如图3-图4中最佳所示，切削型面76包括凹部86和切削边缘88，所述凹部和切削边缘限定了切削型面76的深度87（图4所示）。深度87可以是有利于对布置在井眼中的物体（未显示）进行切削所希望或所需的任何距离/尺寸。例如，深度87可以在从0.010英寸到高度70的大约60%的范围内。在一个特定实施例中，深度87为0.040英寸。
切削边缘88显示为具有椭圆形状，然而，应当理解，切削边缘88可以具有有利于对布置在井眼中的物体（未显示）进行切削所希望或所需的任何形状，例如，矩形、正方形、圆形、卵形等。如图所示，切削边缘88由两个夹角89、90限定。夹角89、90可以被设定为有利于对物体进行切削以促使切削边缘88随着其切削进行自动锐化所希望或所需的任何度数。例如，夹角89、90可以在从15度到75度的范围内。在一个特定实施例中，夹角89、90为45度。
切削型面76布置在切削元件50的顶面或切削表面54上。切削型面76可以沿着顶面54对称或不对称地布置。此处所使用的术语“不对称地”是指切削型面76在顶面54上未居中布置。在图1-图12的实施例中，切削型面72不对称地布置在顶面54上。因此，顶面54布置在切削型面76外侧或外周周围的一个或更多个部分或区域不等于任何其它此类部分。这些部分在这里是指顶面或切削表面54的“切削表面部”。切削表面部有利于两个切削元件50的叠置，例如图1（如上所述）和图9-图12（在下面详细描述）所示。
如图2-图8所示，切削元件50的这个实施例包括多个切削表面部，其中的四个切削表面部由切削边缘88的纵向和横向边缘、第一和第二纵向侧面56、58以及第一和第二横向侧面60、62限定。切削表面部78由第一横向侧面60和切削边缘88的第一横向边缘限定。切削表面部80由第二横向侧面62和切削边缘88的第二横向边缘限定。当在这里使用时，“横向边缘”是指切削边缘88最靠近第一横向侧面60或第二横向侧面62的部分。
切削表面部82由第一纵向侧面56和切削边缘88的第一纵向边缘限定。切削表面部84由第二纵向侧面58和切削边缘88的第二纵向边缘限定。当在这里使用时，“纵向边缘”是指切削边缘88最靠近第一纵向侧面56或第二纵向侧面58的部分。
每个切削表面部78、80、82、84均具有距离/尺寸。距离79（如图4）被限定为从切削边缘88到第一横向侧面60的尺寸。距离81（如图4所示）被限定为从切削边缘88到第二横向侧面62的尺寸。距离83（如图3所示）被限定为从切削边缘88到第一纵向侧面56的尺寸。距离85（如图3所示）被限定为从切削边缘88到第二纵向侧面58的尺寸。如图所示，距离79大于距离81、83和85，从而使得切削表面部78具有比切削表面部80、82和84更大的面积。然而，应当理解，距离79、81、83和85可以按照有利于对井眼中的物体进行切削并且有利于使切削边缘88在切削期间自动锐化所希望或所需的任何方式改变。例如，距离79可以在从0.010英寸到0.120英寸的范围内，距离81可以在从0.010英寸到0.120英寸的范围内，距离83可以在从0.010英寸到0.120英寸的范围内，距离85可以在从0.010英寸到0.120英寸的范围内。在一个特定实施例中，距离79至少为距离81的两倍。在另一实施例中，距离79为0.102英寸，距离81为0.040英寸，距离83为0.040英寸，距离85为0.040英寸。
如图5所示，第二纵向侧面58的剖视图显示了第二纵向侧面58包括相对于轴线98以夹角95布置的倾斜部94。轴线98垂直于顶面54。夹角95可以在从3度到12度的范围内。在特定实施例中，夹角95是5度。
另外，第二纵向侧面58的剖视图显示出第二纵向侧面58包括与轴线98平行的上部92和与轴线98平行的下部96。上部92的长度93可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸。例如，长度93可以在从0.010英寸到0.035英寸的范围内。在特定实施例中，上部92的长度93是0.025英寸。
下部96的长度97可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸。例如，长度97可以在从0.001英寸到0.010英寸范围内。在特定实施例中，下部96的长度97是0.005英寸。
如图6-图7所示，第一横向侧面60包括相对于轴线98以夹角102布置的上部倾斜部100和相对于轴线98以夹角106布置的下部倾斜部104。在附图所示实施例中，上部倾斜部100被布置为邻接下部倾斜部104。
上部倾斜部100的长度103可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸。例如，长度103可以在从0.025英寸到1.0英寸的范围内。在特定实施例中，长度103为0.085英寸。
夹角102、106可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何角度。例如，夹角102可以在从10度到20度的范围内，夹角106可以在从20度到30度的范围内。在特定实施例中，夹角102是15度，夹角106是24度。
另外，第一横向侧面60的剖视图显示出第一横向侧面60包括平行于轴线98的上部108和平行于轴线98的下部110。上部108的长度109可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸。例如，长度109可以在从0.010英寸到0.035英寸的范围内。在特定实施例中，上部108的长度109是0.025英寸。
下部110的长度111可以是有利于使切削元件50放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸。例如，长度111可以在从0.001英寸到0.010英寸的范围内。在特定实施例中，下部110的长度111是0.005英寸。
尽管没有详细显示，应当理解，在图2-图12所示实施例中，第二横向侧面62的截面与第一横向侧面60的截面相同。换句话说，第二横向侧面62的截面具有与第一横向侧面60相同的倾斜部、平行部和夹角。还应当理解，这些截面不需要相同。
进一步地，应当理解，第一纵向侧面56的截面可以包括倾斜部、平行部和夹角。在附图所示特定实施例中，第一纵向侧面56包括与第一和第二横向侧面60、62的倾斜部100、104、平行部108、110和夹角102、106一致且相同的倾斜部、平行部和夹角。还应当理解，第一纵向侧面56的截面并不需要与第一或第二横向侧面60、62的截面相同。
在图2-图8所示切削元件的一个特定实施例中，长度66是0.625英寸，宽度68是0.375英寸，长度74是0.473英寸，宽度72是0.281英寸，高度70是0.250英寸，曲率半径57、63均是0.188英寸，曲率半径59、61均是0.090英寸，上部92的长度93是0.025英寸，倾斜夹角95是5度，下部96的长度97是0.005英寸，上部108的长度109是0.025英寸，倾斜夹角102是15度，倾斜部100的长度103是0.085英寸，倾斜夹角106是24度，下部110的长度111是0.005英寸，深度87是0.040英寸，夹角89、90是45度。
特别是参考图9-图10，但在图1中也示出了，所示的两个切削元件50、50'彼此相关联，它们可以布置在井下切削工具20的切削端24上（例如如图1中所示那样位于两个刀翼40上），或者直接位于连续表面上（例如位于切削端24的表面25上）。如图所示，两个切削元件50、50'的顶面或切削面54布置成彼此面对，其中，切削元件50的切削表面部78被布置成与切削元件50'的切削型面76相对，切削元件50'的切削表面部78被布置成与切削元件50的切削型面76相对。如图9-图10所示，切削元件50、50'被布置成彼此平行，其中，切削元件50、50'的第二纵向侧面58彼此对齐，并且切削元件50、50'的第一纵向侧面56彼此对齐。
现在参考图11-图12，切削元件50、50'相对于彼此以非平行夹角布置。在图11所示方案中，切削元件50、50'的第二纵向侧面58限定了锐角。切削元件50、50'可以沿此朝向布置在切削端24上，从而工具10的旋转允许切削元件50、50'与井内的物体接触（该物体朝着切削型面76上的朝向横向端60的端部）。
在图12所示方案中，切削元件50、50'的第一纵向侧面56限定了锐角。切削元件50、50'可以沿此朝向布置在切削端24上，从而工具10的旋转允许切削元件50、50'与井内的物体接触（该物体朝着切削型面76上的朝向横向端62的端部）。
尽管图1-图12的实施例显示为具有不对称地布置在顶面54上的切削型面76，应当理解，切削型面76可以对称地布置在顶面54上，例如图13-图23的实施例所示。
现在参考图13-图23，显示了切削元件150。在图13-图23所示实施例中，用于描述切削元件50的某些附图标记也同样用于描述切削元件150。在这些情况下，应当理解，图13-图23所示实施例中如此描述的结构与图1-12所示实施例中的相同。在图13-图23所示实施例中，切削元件150包括对称地布置在顶面154上的切削型面176。因此，顶面154的围绕切削型面176的外侧或外周布置的各部分或各区域（例如切削表面部78、80、82、84）与其它的此类部分相同。各切削表面部78、80、82、84均可以具有在从0.010英寸到0.120英寸范围内的距离79、81、83和85。在一个特定实施例中，各距离79、81、83和85均为0.030英寸。
参考图15，径向表面57具有从中心200测得的曲率半径203、204、205。中心200由从第一纵向侧面56和第一横向侧面60测得的距离201、202的垂直交点确定，其中，距离201等于距离202。距离201、202可以在从0.100英寸到0.350英寸的范围内，曲率半径203、204、205可以在从0.100英寸到0.300英寸的范围内。在一个特定实施例中，距离201、202均为0.165英寸，曲率半径203、205均为0.135英寸，曲率半径204为0.125英寸。
在图13-图23所示实施例中，各径向表面59、61、63均与径向表面57相同。然而，应当理解，径向表面59、61或63中的一个或更多个可以不同于径向表面57，并且可以彼此不同。
现在参考图16-图18，第二纵向侧面58的剖视图显示了第二纵向侧面58包括相对于轴线198以一夹角195布置的倾斜部194。轴线198垂直于顶面154布置。夹角195可以在从3度到12度的范围内。在特定实施例中，夹角195是5度。
另外，第二纵向侧面58的剖视图显示出第二纵向侧面58包括与轴线198平行的上部部分192和与轴线198平行的下部部分196。上部部分192的长度193可以是有利于使切削元件150放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸（如图1所示）。例如，长度193可以在从0.010英寸到0.035英寸的范围内。在特定实施例中，上部部分192的长度193是0.025英寸。
下部部分196的长度197可以是有利于使切削元件150放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸。例如，长度197可以在从0.001英寸到0.040英寸的范围内。在特定实施例中，下部部分196的长度197是0.020英寸。
如图16-图17所示，切削型面176具有宽度73（如图16所示）和长度75（如图17所示）。宽度73为沿着与切削边缘88垂直且跨凹部86延伸的直线在切削边缘88的最高点之间测得的距离。长度75为沿着与切削边缘88垂直且跨凹部86延伸的直线在切削边缘88的最高点之间测得的距离。宽度73可以在从0.050英寸到0.60英寸的范围内，长度75可以在从0.050英寸到1.0英寸的范围内。在一个特定实施例中，宽度73是0.260英寸，长度75是0.448英寸。
现在参考图18，切削边缘88的最高点以一高度77布置在切削表面154上方（如图18所示）。高度77可以在从0.005英寸到高度70的大约40%的范围内。在一个特定实施例中，高度77是0.015英寸。
如图18所示，切削边缘88包括上边缘表面122，所述上边缘表面具有宽度131，从而使得宽度131的最外点（即，宽度131最接近第一横向侧面60的点）布置成与第一横向侧面60相距一距离133。宽度131可以在从0.002英寸到0.020英寸的范围内。在一个特定实施例中，宽度131是0.010英寸。距离133可以在从0.200英寸到0.010英寸的范围内。在一个特定实施例中，距离133是0.053英寸。
切削边缘88的上边缘表面122与切削边缘88的最外边缘表面124（即切削边缘88的与切削表面部78相连的侧面）的相交提供了曲率半径135。切削边缘88的上边缘表面122与切削边缘88的最外边缘表面124相交的点是过渡点。切削表面部78与切削边缘88的最外边缘表面124之间的相交提供了曲率半径137。曲率半径135、137可以在从0.003英寸到0.040英寸的范围内。在一个特定实施例中，曲率半径135是0.010英寸，曲率半径137是0.020英寸。
如图18所示，切削凹部86和切削边缘88的最内边缘表面126（即切削边缘88的与切削凹部86相连的侧面）之间的相交提供了曲率半径142。曲率半径142可以在从0.010英寸到0.060英寸的范围内。在一个特定实施例中，曲率半径142是0.030英寸。
距离139在切削边缘88的最内边缘表面126开始过渡到曲率半径142的点和第一横向侧面60之间测得。距离139可以在从0.050英寸到0.250英寸的范围内。在一个特定实施例中，距离139是0.1030英寸。
如图17-图18所示，第一横向侧面60的剖视图显示出第一横向侧面60包括相对于轴线198以一夹角207（如图17所示）布置的倾斜部206。轴线198垂直于底面64布置。夹角207可以在从3度到12度的范围内。在特定实施例中，夹角207为5度。
另外，第一横向侧面60的剖视图显示出第一横向侧面60包括平行于轴线198的上部部分208（如图17所示）和平行于轴线198的下部部分210（如图19所示）。上部部分208的长度209可以是有利于使切削元件150放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸（如图1所示）。例如，长度209可以在从0.010英寸到0.035英寸的范围内。在特定实施例中，上部部分208的长度209是0.025英寸。
下部部分210的长度211可以是有利于使切削元件150放置在井下切削工具的切削端24上所希望或所需的任何距离/尺寸（如图1所示）。例如，长度211可以在从0.001英寸到0.040英寸的范围内。在特定实施例中，下部部分210的长度211是0.020英寸。倾斜部194相对于下部部分210以与轴线198形成的夹角212布置（如图19所示）。夹角212可以在从3度到12度的范围。在特定实施例中，夹角212为5度。
尽管没有详细显示，应当理解，在图13-图23所示实施例中，第二横向侧面62的截面包括与第一横向侧面60相同的截面。换句话说，第二横向侧面62的截面具有与第一横向侧面60相同的倾斜部、平行部和夹角。还应当理解，这些截面并不需要相同。
应当理解，在图13-图23所示实施例中，第二纵向侧面58的截面包括与第一纵向侧面56相同的截面。换句话说，第一纵向侧面56的截面具有与第二纵向侧面58相同的倾斜部、平行部和夹角。还应当理解，这些截面并不需要相同。
另外，应当理解，在图13-图23所示实施例中，第一和第二纵向侧面56、58的截面包括与第一和第二横向侧面60、62相同的截面。然而，还应当理解，第一和第二纵向侧面56、58的截面不需要与第一和第二横向侧面60、62的截面相同，第一和第二纵向侧面56、68或者第一或第二横向侧面60、62的截面不需要彼此相同。
现在参考图20-图22，切削元件150的底面64包括凹部300。凹部300显示为连续地布置在第一和第二横向侧面60、62之间，然而，应当理解，可以将整个凹部300从切削元件150省略，或者可以将凹部布置成使它未达到第一或第二横向侧面60、62中的一个或两者，或者使得凹部300不是单个的连续凹部。
如图21-图23所示，凹部300具有曲率半径305、307和309，各曲率半径均可以在从0.010英寸到0.500英寸的范围内。在一个特定实施例中，曲率半径305、307是0.250英寸，曲率半径309是0.060英寸。
另外，在图13-图23所示实施例中，凹部300具有在第一横向侧面60处最高（高度311）而在第二横向侧面62处最低（高度313）的变化的高度，以及在第一横向侧面60处最宽（宽度321）而在第二横向侧面62处最窄（宽度323）的变化的宽度。夹角315（如图22所示）表示从高度313到高度311的斜度，该斜度沿着第一横向侧面60和第二横向侧面62之间的凹部300而在中点处测得。高度311、313可以在从0.001英寸到0.020英寸的范围内，夹角315可以在从0.2度到0.6度的范围内。在一个特定实施例中，高度311为0.005英寸，高度313为0.009英寸，夹角315是0.425度。在图13-图23所示实施例中，宽度321大于宽度323。轴线317限定夹角319，该夹角表示从第二横向侧面62到第一横向侧面60的凹部300的斜度。宽度321大于宽度323。夹角319可以在从0.5度到4度的范围内。在一个特定实施例中，夹角319是1.808度。
图22是沿图20中的直线22-22截取的切削元件的剖视图，该直线沿着轴线151将切削元件150沿纵向对半切分。距离155在轴线151和第二纵向侧面58之间测得。距离155可以在从0.050英寸到0.400英寸的范围内。在一个特定实施例中，距离155是0.188英寸。
在图13-图23所示切削元件150的一个特定实施例中，长度66是0.563英寸，宽度68是0.375英寸，长度74是0.530英寸，宽度72是0.342英寸，高度70是0.235英寸，每个径向表面57、59、61、63以距离201、202为0.165英寸为基准时的曲率半径203、204和205均分别是0.135英寸、0.125英寸和0.049英寸，切削表面部78、80、82、84的距离79、81、83、85均为0.030英寸，宽度73是0.260英寸，长度75是0.448英寸，上部部分192的长度193是0.025英寸，夹角195是5度，下部部分196的长度197是0.020英寸，高度77是0.015英寸，宽度131是0.010英寸，距离133是0.053英寸，距离139是0.103英寸，曲率半径135是0.010英寸，曲率半径137是0.020英寸，曲率半径142是0.300英寸，夹角89是45度，夹角90是45度，深度87是0.040英寸，上部部分208的长度209是0.025英寸，夹角207是5度，夹角212是5度，下部部分210的长度211是0.020英寸，并且距离155是0.188英寸。在包括凹部300的一个特定实施例中，曲率半径305是0.250英寸，曲率半径307是0.250英寸，曲率半径309是0.060英寸，高度311是0.009英寸，高度313是0.005英寸，夹角315是0.425度，并且夹角319是1.808度。
分别具有切削型面76、176（所述切削型面包括本发明描述的与切削边缘88有关的一个或更多个量度、尺寸、曲率半径和/或夹角）的切削元件50、150有利于切削边缘88在切削物体期间被物体锐化。另外，切削型面76、176分别不对称地布置在切削元件50、150上有利于使切削元件50、150放置在切削工具上，从而使得物体布置在切削工具中心位置之下的部分能够被切削。因此，切削元件50、150能够在切削期间被锐化，并且可以使用具有不对称布置的切削型面的切削元件50来切削物体布置在切削工具中心位置正下方的部分。
应当理解，本发明不限于所示和所述的结构细节、操作、具体材料或实施例，因为变型和等效方式对本领域技术人员来说显而易见。例如，切削元件在图1中显示为在磨铣刀翼上使用，然而，切削元件可以位于任何类型的井下切削工具（例如钻头和无刀翼式磨铣）上，并且可以直接位于工具切削端的表面上。此外，切削元件的纵向侧面和横向侧面的倾斜部的夹角可以根据有利于使切削元件设置在井下切削工具的切削端上的对切削元件进行承载的表面或其它结构上或者有利于对井眼内物体进行切削的希望或需要进行改变。同样地，切削元件的形状可以根据有利于使切削元件放置在井下切削工具的切削端上的承载切削元件的表面或其它结构上的希望或需要进行改变。同样，纵向侧面和横向侧面的长度、宽度和高度也可以根据有利于使切削元件设置在井下切削工具的切削端上的承载切削元件的表面或其它结构上或者有利于对井眼内物体进行切削的希望或需要进行改变。另外，所述高度不必跨顶面的长度或宽度或者跨底面的长度或宽度保持一致或恒定。切削元件也不需要包括任何径向表面，或者如果存在两个或更多个径向表面，也不需要任何一个曲率半径等于任何其它的曲率半径。
尽管切削边缘88的量度、距离、曲率半径或夹角的范围中的至少一个对于切削边缘在物体切削期间的自动锐化很重要，但是应当理解，不是所有的量度、距离、曲率半径或夹角的范围都是切削元件实现自动锐化功能所需。进一步地，在切削型面不自动锐化的情况下，切削型面可以根据有利于切削物体所希望或所需进行改变例如用于放置在切削工具的中心位置上从而使布置在中心位置之下的物体能够被切削。此外，切削元件顶面上的切削表面部的尺寸和形状可以根据有利于使切削元件设置在井下切削工具的切削端上的承载切削元件的表面或其它结构上或者有利于对物体进行切削的希望或需要进行改变。另外，尽管切削元件在图1中显示为布置成与刀翼垂直，即，相对于刀翼成90度，但是，一个或更多个切削元件可以相对于刀翼以非90度的角度向下或向上倾斜。因此，应当理解，本发明不限于所示和所述的结构细节、操作、具体材料或实施例，因为变型和等效方式对本领域技术人员来说显而易见。因此，本发明仅由所附权利要求的范围限定。

Claims (20)

1.一种用于切削物体的切削元件，所述切削元件包括：
主体，所述主体包括顶面、与所述顶面相对布置的底面，第一纵向侧面，与所述第一纵向侧面相对布置的第二纵向侧面、第一横向侧面、与所述第一横向侧面相对布置的第二横向侧面；和
切削型面，所述切削型面包括切削边缘，所述切削边缘包括上边缘表面、最外边缘表面、最内边缘表面、由上边缘表面和所述顶面限定的高度，所述最外边缘表面相对于上边缘表面以第一夹角布置，所述最内边缘表面相对于上边缘表面以第二夹角布置，所述第一夹角在从大约15度到大约75度的范围内，所述第二夹角在从大约15度到大约75度的范围内。
2.如权利要求1所述的切削元件，其中，所述切削型面沿着所述顶面不对称地布置。
3.如权利要求1所述的切削元件，其中，第一夹角为大约45度，第二夹角为大约45度。
4.如权利要求3所述的切削元件，其中，上边缘表面具有上边缘表面宽度，所述上边缘表面宽度在从大约0.002英寸到大约0.020英寸的范围内，其中，所述高度在从大约0.005英寸到切削元件的高度的大约40%的范围内，所述切削元件的高度被确定为从所述顶面到底面所测距离。
5.如权利要求4所述的切削元件，其中，所述切削型面包括切削型面宽度和切削型面长度，所述切削型面宽度在从大约0.050英寸到大约0.600英寸的范围内，所述切削型面长度在从大约0.050英寸到大约1.0英寸范围内。
6.如权利要求5所述的切削元件，其中，所述切削型面包括布置在顶面中的凹部，所述凹部的凹部深度有至少0.005英寸在所述顶面之下并且不超过切削元件的顶面和底面之间高度的60%，以及
所述切削边缘的最内边缘表面与所述凹部以第一曲率半径相交，所述第一曲率半径在从大约0.010英寸到大约0.060英寸的范围内。
7.如权利要求6所述的切削元件，其中，所述切削边缘的上边缘表面与切削元件的最外边缘表面相交于过渡点，所述过渡点布置成与第一横向侧面相隔从大约0.002英寸到大约0.020英寸范围内的距离。
8.如权利要求7所述的切削元件，其中，所述切削边缘的最外边缘表面与顶面以第二曲率半径相交，所述第二曲率半径在从大约0.003英寸到大约0.040英寸的范围内。
9.如权利要求8所述的切削元件，其中，所述切削边缘的最外边缘表面与所述切削边缘的上边缘表面以第三曲率半径相交，所述第三曲率半径在从大约0.003英寸到大约0.040英寸的范围内。
10.如权利要求9所述的切削元件，其中，所述切削边缘的高度为大约0.015英寸，所述上边缘表面宽度为大约0.010英寸，所述切削型面宽度为大约0.260英寸，所述切削型面长度为大约0.448英寸，所述凹部深度为大约0.040英寸，所述第一曲率半径为0.030英寸，所述过渡点的距离为0.053英寸，所述第二曲率半径为0.020英寸，所述第三曲率半径为0.010英寸。
11.如权利要求1所述的切削元件，所述切削元件还包括纵向地布置在底面中的凹部。
12.如权利要求11所述的切削元件，其中，所述凹部与第一横向侧面和第二横向侧面相交。
13.如权利要求12所述的切削元件，其中，所述凹部设有该凹部与第一横向侧面相交处所具有的第一凹部高度以及该凹部与第二横向侧面相交处所具有的第二凹部高度，所述第一凹部高度大于第二凹部高度。
14.如权利要求13所述的切削元件，其中，所述凹部设有该凹部与第一横向侧面相交处所具有的第一凹部宽度以及该凹部与第二横向侧面相交处所具有的第二凹部宽度，所述第一凹部宽度大于第二凹部宽度。
15.如权利要求14所述的切削元件，其中，第一夹角为大约45度，第二夹角为大约45度。
16.一种用于在切削物体用工具上应用的切削元件，所述切削元件包括：
顶面，所述顶面包括具有切削边缘的切削型面，所述切削边缘被成形以对物体进行切削，并且使得在对物体进行切削的过程中，切削边缘在切削期间被物体锐化。
17.一种用于在对物体进行切削期间使布置在切削工具上的切削元件锐化的方法，所述方法包括：
（a）提供具有多个切削元件的切削工具，所述切削元件中的至少一个包括顶面，所述顶面包括切削型面，所述切削型面包括切削边缘，所述切削边缘被成形以对物体进行切削，并且使得在对物体进行切削的过程中，切削边缘通过对物体进行的切削而被锐化；
（b）使一个或更多个切削元件与将要被切削的物体接触；和
（c）使切削工具旋转以利用一个或更多个切削元件对物体进行切削，从而导致所述一个或更多个切削元件中的至少一个随着所述一个或更多个切削元件对物体进行的切削而被锐化。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述切削型面包括切削边缘，所述切削边缘包括上边缘表面、最外边缘表面、最内边缘表面、由上边缘表面和所述顶面确定的高度，所述最外边缘表面相对于上边缘表面以第一夹角布置，所述最内边缘表面相对于上边缘表面以第二夹角布置，所述第一夹角在从大约15度到大约75度的范围内，所述第二夹角在从大约15度到大约75度的范围内。
19.如权利要求18所述的方法，其中，第一夹角为大约45度，第二夹角为大约45度。
20.一种用于切削物体中心位置的方法，所述方法包括：
（a）提供具有多个切削元件的切削工具，每个切削元件均包括顶面，所述顶面包括不对称地布置在顶面上的切削型面以提供不具有切削型面的切削表面部；
（b）将第一切削元件和第二切削元件布置在切削工具的中心，所述第一切削元件的切削型面被布置成面向第二切削型面的切削表面部，第二切削元件的切削型面被布置成面向第一切削元件的切削表面部；
（c）使第一或第二切削元件中的至少一个与将要被切削的物体接触；和
（d）使切削工具旋转以利用第一或第二切削元件中的至少一个对物体进行切削，从而导致物体的中心位置被第一或第二切削元件中的至少一个切削。
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