CN107075920A - 具有成形切割面的多倒角切割元件、包括此类切割元件的钻地工具，和相关方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于钻地工具的切割元件包括基底和定位在所述基底上的大量超研磨材料。所述大量超研磨材料包括切割面，所述切割面具有延伸到所述大量超研磨材料中的至少一个凹部和/或从所述大量超研磨材料向外延伸的至少一个突出部。所述大量超研磨材料包括具有外围边缘和径向最内边缘的第一倒角表面。所述第一倒角表面的所述外围边缘接近所述大量超研磨材料的切割边缘而定位。所述第一倒角表面的径向宽度在大约0.002英寸与大约0.045英寸之间。所述大量超研磨材料还包括具有外围边缘和径向最内边缘的第二倒角表面。所述第二倒角表面的所述外围边缘邻近于所述第一倒角表面的所述径向最内边缘而定位。
Description
优先权要求
本申请要求2014年9月8日针对“Multi-Chamber Cutting ElementsHaving aShaped Cutting Face，Earth-Boring Tools Including Such Cutting Elements，andRelated Methods”提交的美国临时专利申请序列号14/480,293的申请日权益。本专利申请的主题与以下相关：迪乔瓦尼(DiGiovanni)等于2014年4月1日发布的美国专利申请序列号13/092,396、现在是美国专利8,684,112的主题；以及以迪乔瓦尼(DiGiovanni)等的名义于2013年3月21日公布的以美国专利公布号2013/0068534 A1公布的美国专利申请序列号13/472,377的主题；以及以迪乔瓦尼(DiGiovanni)等的名义于2013年3月21日公布的以美国专利公布号2013/0068538 A1公布的美国专利申请序列号13/477,905的主题；以及以帕特尔(Patel)等的名义于2013年3月15日提交的以美国专利公布号2014/0246253 A1在2014年9月4日公布的美国专利申请序列号13/840,195的主题；以及以迪乔瓦尼(DiGiovanni)的名义于2013年3月21日公布的以美国专利公布号2013/0068537 A1公布的美国专利申请序列号13/609,575的主题；以及以比伦(Bilen)等的名义于2013年11月7日公布的以美国专利公布号2013/0292188 A1公布的美国专利申请序列号13/461,388的主题；以及隆德(Lund)等于2005年8月30日发布的美国专利6,935,444的主题；以及隆德(Lund)等于2000年11月14日发布的美国专利6,145,608的主题；以及库利(Cooley)等于1995年8月1日发布的美国专利5,437,343的主题，所述专利中的每一者的全部公开内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本公开的实施例涉及钻地工具、用于此类钻地工具的切割元件，和相关方法。
发明背景
在地层中形成井筒来用于各种目的，包括例如从地层提取油气以及从地层提取地热。可以使用钻头(例如，钻地旋转钻头)在地层中形成井筒。在本领域中已知不同类型的钻地旋转钻头，包括例如固定切割器钻头(其在本领域中常常被称为“刮刀”钻头)、滚动切割器钻头(其在本领域中常常被称为“牙轮”钻头)、金刚石孕镶钻头，和混合式钻头(其可以包括例如固定切割器和滚动切割器两者)。钻头旋转并且进入到地层中。在钻头旋转时，所述切割器或其研磨结构切割、粉碎、剪切和/或磨掉地层材料以便形成井筒。可以通过安置在钻头的最大外径处的切割结构来界定被钻头钻出的井筒的直径。
所述钻头直接或间接地耦接到从地层表面延伸到井筒中的在本领域中被称为“钻柱”的东西的末端，所述钻柱包括端到端连接的一连串细长管状片段。包括所述钻头的各种工具和部件常常可以在钻出的井筒的底部处在钻柱的远端处耦接在一起。工具和部件的此组件在本领域中被称为“井底钻具组件”(BHA)。
可以通过从地层表面旋转钻柱而在井筒内旋转钻头，或者可以通过将钻头耦接到井下马达而旋转钻头，所述井下马达还耦接到钻柱并且接近井筒的底部而安置。所述井下马达可以包括例如液压单螺杆型马达，其具有轴杆，钻头安装到所述轴杆，可以通过以下方式致使所述轴杆旋转：从地层表面泵送流体(例如，钻孔泥浆或流体)穿过钻柱的中心、穿过所述液压马达、从钻头中的喷嘴出来，并且穿过钻柱的外表面与井筒内的地层的暴露表面之间的环形空间而退回到地层表面。
发明概要
此概要既未识别所要求的主题的关键特征或必要特征，也不以任何方式限制所要求的主题的范围。
在一些实施例中，本公开包括用于钻地工具的切割元件，其包括基底和定位在所述基底上的大量超研磨材料。所述大量超研磨材料包括切割面，所述切割面具有延伸到所述大量超研磨材料中的至少一个凹部和从所述大量超研磨材料向外延伸的至少一个突出部中的一者或多者。所述大量超研磨材料包括具有外围边缘和径向最内边缘的第一倒角表面。所述第一倒角表面的所述外围边缘接近所述大量超研磨材料的切割边缘而定位。在横向于所述切割元件的纵轴的平面中在所述第一倒角表面的所述外围边缘与所述径向最内边缘之间所测得的所述第一倒角表面的径向宽度在大约0.002英寸与大约0.045英寸之间。所述大量超研磨材料还包括具有外围边缘和径向最内边缘的第二倒角表面。所述第二倒角表面的外围边缘邻近于所述第一倒角表面的所述径向最内边缘而定位。
在其他实施例中，本公开包括钻地工具，其具有附着到所述钻地工具的工具主体的至少一个切割元件。所述至少一个切割元件包括定位在基底上的大量超研磨材料。所述大量超研磨材料包括切割面，所述切割面具有延伸到所述大量超研磨材料中的至少一个凹部和从所述大量超研磨材料向外延伸的至少一个突出部中的一者或多者。所述大量超研磨材料包括具有外围边缘和径向最内边缘的第一倒角表面。所述第一倒角表面的所述外围边缘接近所述大量超研磨材料的切割边缘而定位。在横向于所述切割元件的纵轴的平面中在所述第一倒角表面的所述外围边缘与所述径向最内边缘之间所测得的所述第一倒角表面的径向宽度在大约0.002英寸与大约0.045英寸之间。所述大量超研磨材料还包括具有外围边缘和径向最内边缘的第二倒角表面。所述第二倒角表面的外围边缘邻近于所述第一倒角表面的所述径向最内边缘而定位。
附图简述
虽然说明书止于特别指出且清楚地要求被视为本公开的实施例的内容的权利要求书，但可以通过对参考附图提供的本公开的示例性实施例的以下描述更容易地确定本公开的各种特征和优势。
图1说明根据本公开的实施例的具有携载切割元件的刀片的钻地钻头的透视图。
图2说明根据本公开的实施例的具有切割面的多倒角切割元件的透视图，所述切割面在其中具有凹部。
图3说明图2的多倒角切割元件的局部横截面侧视图。
图4说明根据本公开的实施例的多倒角切割元件的局部横截面侧视图，所述多倒角切割元件在其切割面中具有弓形凹进表面。
图5说明根据本公开的实施例的多倒角切割元件的透视图，所述多倒角切割元件在其切割面中具有平面凹进表面。
图6说明图5的多倒角切割元件的局部横截面侧视图。
图7说明具有从平坦凹进表面向上延伸的在中心定位的突出部的多倒角切割元件的局部横截面侧视图。
图8是说明各种切割元件的耐久性的测试结果的图。
图9说明图8的图中绘制的磨损的单倒角切割元件的侧面正视图。
图10说明图9的磨损的切割元件的正面正视图。
图11说明图8的图中绘制的磨损的双倒角切割元件的侧面正视图。
图12说明图11的磨损的切割元件的正面正视图。
图13说明图8的图中绘制的额外的磨损的双倒角切割元件的侧面正视图。
图14说明图13的磨损的切割元件的正面正视图。
图15说明根据本公开的实施例的具有从切割元件的切割面的凹进表面向上延伸的圆锥形突出部的多倒角切割元件的横截面侧视图。
图16说明根据本公开的实施例的具有从切割元件的切割面的平整表面向上延伸的圆锥形突出部的多倒角切割元件的横截面侧视图。
图17说明根据本公开的实施例的多倒角切割元件的切割面的正面正视图，其中切割面的一部分经过抛光。
图18说明根据本公开的实施例的多倒角切割元件的切割面的正面正视图，其中切割面的一部分经过抛光以便在切割元件啮合地层时影响地层割屑朝向切割面的侧边的流动。
图19说明根据本公开的实施例的多倒角切割元件的切割面的正面正视图，所述多倒角切割元件被配置成产生流向切割面的相对的侧边的两(2)个不同的地层割屑流，其中所述切割面的一部分经过抛光以便减小所述两(2)个离散流中的地层割屑的平均大小。
图20说明根据本公开的实施例的利用多倒角切割元件的选择性放置的钻地工具的实施例的局部横截面侧视图。
图21说明根据本公开的实施例的描绘多倒角切割元件的选择性放置的钻地工具的仰视图。
具体实施方式
本文呈现的图解不是任何特定钻地工具、钻头、切割元件或此类工具或钻头的部件的实际视图，而仅仅是用于描述本公开的实施例的理想化表示。
如本文所使用，术语“钻地工具”是指且包括用于移除地层材料并且通过移除地层材料而形成穿过地层的钻孔(例如，井筒)的任何工具。钻地工具包括例如：旋转钻头(例如，固定切割器或“刮刀”钻头和牙轮(roller cone)或“牙轮(rock)”钻头)；混合式钻头，其包括固定切割器和辊元件；取芯钻头；冲击钻头；双心钻头；铰刀(包括可扩展铰刀和固定翼铰刀)；以及其他所谓的“开眼”工具等。
如本文所使用，术语“切割元件”是指且包括用于在使用钻地工具在地层中形成钻孔或者扩大钻孔时切割或另外碎裂地层材料的钻地工具的任何元件。
如本文所使用，术语“抛光”及其任何衍生词在用于描述切割元件的大量超研磨材料或基底的表面的状况时是指且包括本文公开的用于提供具有小于大约10微英寸(大约0.254μm)均方根(RMS)(本文参考的所有表面光洁度都是RMS)的表面光洁度粗糙度的表面。
图1说明本公开的钻地工具的实施例。图1的钻地工具是固定切割器旋转钻头10，其具有钻头主体11，所述钻头主体包括从钻头主体11向外突出且被流体路线13彼此分离的多个刀片12。流体路线13的沿着径向侧延伸(钻头10的“保径”区域)的部分常常在本领域中被称为“排屑槽”。钻头主体11进一步包括大体上圆柱形内部流体增压室，和延伸穿过钻头主体11到达钻头主体11的外表面的流体通路(不可见)。喷嘴18可以接近钻头主体11的外表面固定在流体通路内，以便在钻孔期间控制钻头10的液力特性。将多个切割元件20安装到刀片12中的每一者。
在钻孔操作期间，钻头10可以耦接到钻柱(未示出)。在钻头10在井筒内旋转时，可以沿着钻柱穿过钻头10的钻头主体11内的内部流体增压室和流体通路泵送钻孔流体，且经过喷嘴18从钻头10泵送出来。由钻头10的切割元件20产生的地层割屑可以与钻孔流体一起被载运穿过流体路线13、围绕钻头10且穿过钻柱外部的井筒内的环形空间退回井筒。
图2是图1的钻头10的切割元件20的透视图。切割元件20包括切割元件基底22，其具有安置在上面的大量超研磨材料，例如金刚石台24。金刚石台24可以包括多晶金刚石(PCD)材料，其具有在上面界定的切割面26。还可以将超研磨材料表征为“超硬”材料，且包括天然和合成的金刚石、立方氮化硼和类金刚石碳材料。另外，可以在切割元件基底22与金刚石台24之间界定界面28。
金刚石台24可以形成于切割元件基底22上，或金刚石台24和切割元件基底22可以分开地形成且随后附接在一起。切割元件基底22可以由相对硬且耐磨的材料形成。举例来说，切割元件基底22可以由陶瓷金属合成材料(其常常被称为“金属陶瓷”材料)形成并且包括陶瓷金属合成材料。切割元件基底22可以包括烧结碳化物材料，例如烧结碳化钨材料，其中碳化钨颗粒在金属粘结剂材料中被烧结在一起。金属粘结剂材料可以包括例如钴、镍、铁或其合金和混合物。在一些情况下，切割元件基底22可以包括两个或更多零件，一个零件直接支撑金刚石台24，且一个或多个额外零件与其结合。在任何情况下，切割元件20可以例如通过钎焊固定在刀片12上的囊袋中，如图1中描绘。
虽然金刚石台24和基底22可能各自为大体上圆柱形形状，如图2中所示，但应了解，基底22和金刚石台24可以各自具有其他形状。通过非限制性实例的方式，在横向于切割元件20的纵轴L的平面中观看时，基底22和金刚石台24可以具有椭圆形形状、三角形形状，或非对称形状，如在以迪乔瓦尼(DiGiovanni)等的名义于2013年3月21日公布的前述美国专利公布号2013/0068538 A1中更全面地描述。
参看图2，金刚石台24可以具有多倒角边缘。举例来说，金刚石台24可以在金刚石台24的径向周边处具有第一倒角表面30。第一倒角表面30的外围边缘32可以界定金刚石台24的主要切割边缘。第一倒角表面30可以从第一倒角表面30的外围边缘32径向向内延伸到第一倒角表面30的径向最内边缘34。金刚石台24的第二倒角表面36可以从第二倒角表面36的外围边缘38(与第一倒角表面30的径向最内边缘34重合)径向向内延伸到第二倒角表面36的径向最内边缘40。在其他实施例(未示出)中，一个或多个额外的倒角表面可以任选地位于外围边缘32与径向最内边缘40之间。应了解，虽然当在纵向横截面平面中观看时第一和第二倒角表面30、36被描绘为大体上笔直，但在其他实施例(未示出)中，当在纵向横截面平面中观看时，第一和第二倒角表面30、36的全部或部分可为弯曲的、凸的、凹的或不规则形状。在隆德(Lund)等于2005年8月30日发布的前述美国专利6,935,444；隆德(Lund)等于2000年11月14日发布的美国专利6,145,608；以及库利(Cooley)等于1995年8月1日发布的美国专利5,437,343中更全面地描述了具有多个倒角表面的切割元件。
金刚石台24的平坦、平整表面42可以从第二倒角表面36径向向内地定位。平整表面42可以围绕切割元件20的纵轴L在切割面26上环形地延伸。平整表面42可以从第二倒角表面36的径向最内边缘40径向向内地延伸，并且可以大体上横向(即，垂直)于切割元件20的纵轴L。替代地，平整表面42可以相对于切割元件20的纵轴L以非垂直角度定位。
从平整表面42径向向内的切割面26的一部分可以包括朝向基底22延伸到金刚石台24中的一个或多个凹部、从金刚石台24向上远离基底22延伸的一个或多个突出部，或其组合。平整表面42和所述一个或多个凹部和/或突出部可以被配置成操纵流过金刚石台24的切割面26的地层割屑的流动方向，如以帕特尔(Patel)等的名义于2013年3月15日提交的以美国专利公布号2014/0246253 A1在2014年9月4日公布的前述美国专利申请第13/840,195号中更全面地描述。另外，第一和第二倒角表面30、36可以与平整表面42和一个或多个凹部和/或突出部操作地协作，以便操纵流过金刚石台24的切割面26的地层割屑的方向。
可以使用许多技术来制造如本文中所描述的在其切割面26中具有凹部和/或突出部的多倒角切割元件20，所述技术包括在迪乔瓦尼(DiGiovanni)等于2014年4月1日发布的前述美国专利8,684,112；以迪乔瓦尼(DiGiovanni)等的名义于2013年3月21日公布的美国专利公布号2013/0068538 A1；以及以迪乔瓦尼(DiGiovanni)等的名义于2013年3月21日公布的美国专利公布号2013/0068534 A1中公开的技术中的任一者。举例来说，如在本领域中已知的，可以使用高温、高压(HTHP)过程形成切割元件20。
可以在HTHP烧结工艺期间在原位形成金刚石台24的倒角表面、凹进表面和/或突出部。替代地，可以在HTHP烧结工艺之后形成金刚石台24的倒角表面和/或突出部。举例来说，如在以迪乔瓦尼(DiGiovanni)的名义于2009年5月7日公布的美国专利公布号2009/0114628 A1中公开的激光烧蚀工艺可以用于移除金刚石台24的选定的局部区，并且可以用于形成金刚石台24的如本文中所描述的倒角表面、凹部和/或突出部，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。可以用于辅助形成金刚石台24的倒角表面、凹部和/或突出部的在本领域中已知的工艺的其他非限制性实例包括放电加工(EDM)工艺、机械加工工艺、溶浸工艺，或前述工艺的任何组合。
如在以迪乔瓦尼(DiGiovanni)等的名义于2013年3月21日公布的前述美国专利公布号2013/0068534 A1和以帕特尔(Patel)等的名义于2013年3月15日提交的以美国专利公布号2014/0246253 A1在2014年9月4日公布的美国专利申请序列号13/840,195中更全面地描述，切割面26的平整表面42以及从平整表面42径向向内定位的凹部的累积效应包括抑制或者减少在切割面26处压实在一起的地层割屑和形成粘着结构(即，切屑)。当将在切割面26上在足够的切割深度处具有至少一个凹进表面的切割元件20推动穿过未切割的地层时，可以抑制或阻止破裂地层的颗粒块在破裂之后影响切割元件20。因此，破裂地层的颗粒块可能无法充分地压实在一起而形成任何实质性大小的粘着结构，并且可能大体上被从切割面26“向前抛”，并且作为呈离散微粒形式的颗粒块被钻孔流体带离。据信产生此类较小的颗粒状地层割屑的能力会减少地层与切割面26之间的摩擦，并且不仅减少传递到切割元件20的热量，而且减少切割元件20的机械比能量(MSE)(即，每单位体积的被钻岩石所作的功的量)和操作利用此类切割元件20的钻地工具所需的功率。
此外，具有切割面26并且所述切割面26具有与其相关联且如先前描述而配置的一个或多个凹部和/或突出部的的多倒角切割元件20允许切割元件20维持前面段落中论述的有利的性能特性，同时优化了切割元件20的侵入性、耐久性、韧性、效率和热传递性质中的一者或多者。
继续参考图2，金刚石台24的此类凹部和/或突出部可以包括从平整表面42径向向内且纵向向下延伸到金刚石台24中的第一凹进表面44。金刚石台24的第二凹进表面46可以从第一凹进表面44径向向内定位，并且可以界定切割面的中心突出部48的方式相对于横向于切割元件20的纵轴L的平面以一斜度径向向内地延伸。中心突出部48可以是截头圆锥形，并且可以具有平整且与平整表面42共面的顶表面49，如图所示；但在其他实施例中，中心突出部48的顶表面49可以相对于平整表面42凸起或凹进。应了解，中心突出部48的中心可以通过一种方式径向偏离切割元件的纵轴L，以便向金刚石台24赋予非对称切割面26。
第一凹进表面44的径向最内边缘50可以邻近于第二凹进表面46的外围边缘52。第一和第二凹进表面44、46可以一起形成金刚石台24的切割面26中的凹部54。凹部54可以围绕切割元件20的纵轴L在切割面26上环形地延伸。在其他实施例中，凹部54可以由除了环形之外的形状界定。举例来说，如在以迪乔瓦尼(DiGiovanni)等的名义于2013年3月21日公布的前述美国专利公布号2013/0068534 A1中更全面地描述，当在横向于切割元件20的纵轴L的平面中观看时，凹部54可以大体上成形为正方形、规则n边多边形(其中n可以具有从三(3)到无穷大的任何值)，或大体上为鲁洛科斯(Reuleaux)多边形(即，由圆弧组合而成的曲线多边形)。
现在参看图3，当在含有切割元件20的纵轴L的横截面平面中观看时，第一和第二凹进表面44、46可以一起向凹部54赋予雪佛龙(chevron)形状，但其他形状在本实施例的范围内。第一和第二倒角表面30、36、平整表面42、第一和第二凹进表面44、46以及突出部48可以各自大小被设计、定位和定向成向切割元件20赋予定制的性能特性。举例来说，在其中切割元件20是16mm(大约0.630英寸或大约5/8英寸)直径切割元件的实施例中，第一倒角表面30可以具有在横向于切割元件的纵轴L的平面中在第一倒角表面30的外围边缘32和径向最内边缘34之间所测得的在大约0.002英寸(大约0.051mm)与大约0.045英寸(大约1.143mm)之间的径向宽度X1。另外，第一倒角表面30可以从横向于切割元件20的纵轴L的平面以大约10度与大约80度之间的斜度α定位。
第二倒角表面36可以具有在横向于切割元件20的纵轴L的平面中在第二倒角表面36的外围边缘38和径向最内边缘40之间所测得的在大约0.002英寸(大约0.051mm)与大约0.25英寸(大约6.35mm)之间的径向宽度X2。第二倒角表面36可以从横向于切割元件20的纵轴L的平面以大约10度与大约80度之间的斜度β定位。
平整表面42可以具有在横向于切割元件20的纵轴L的平面中在第二倒角表面36的径向最内边缘40与第一凹进表面44的外围边缘之间所测得的在大约0.005英寸(大约0.127mm)与大约0.125英寸(大约3.175mm)之间的径向宽度X3。在其他实施例中，平整表面42的径向宽度X3可以大于0.125英寸(3.175mm)。
第一凹进表面44可以以从切割面26的平整表面42所测得的在大约10度与大约90度之间的倾度θ径向向内延伸且延伸到金刚石台24中。
第一倒角表面30、第二倒角表面36和平整表面42的相应径向宽度X1、X2、X3可以各自明确以切割元件20的半径R的比率或百分比表达。举例来说，在其中切割元件20是16mm(大约0.630英寸或大约5/8英寸)直径(即，切割元件20具有8mm(大约0.315英寸或大约5/16英寸)的半径R)的切割器的实施例中，范围在大约0.005英寸与大约0.045英寸之间的第一倒角表面30的径向宽度X1还可以表达为在大约0.01588R与大约0.14288R之间的范围中。类似地，范围在大约0.005英寸与大约0.035英寸之间的第二倒角表面36的径向宽度X2还可以表达为在大约0.01588R与大约0.01111R之间的范围中。另外，范围在大约0.005英寸与大约0.125英寸之间的平整表面42的径向宽度X3还可以表达为在大约0.01588R与大约0.39688R之间的范围中。
应了解，大小小于或大于16mm直径切割器(例如，19mm直径切割器和8mm直径切割器)的切割元件20在本文公开的实施例的范围内。此外，任何大小的切割元件20可以并入有如先前描述的第一倒角表面30、第二倒角表面36和平整表面42的宽度-半径比率。举例来说，不管切割元件20的直径如何，第一倒角表面30的径向宽度X1可以在大约0.01588R与大约0.14288R之间；第二倒角表面36的径向宽度X2可以在大约0.01588R与大约0.01111R之间；以及平整表面42的径向宽度X3可以在大约0.01588R与大约0.39688R之间。然而，为简单起见，在下文描述的切割元件20的距离尺寸是以英寸为单位来表达。
继续参考图3，根据一个示例性实施例，第一倒角表面30可以具有大约0.016英寸(大约0.406mm)的宽度X1，并且可以从横向于切割元件20的纵轴L的平面以大约45度的斜度α定位。第二倒角表面36可以具有大约0.020英寸(大约0.508mm)的宽度X2，并且可以从横向于切割元件20的纵轴L的平面以大约20度的斜度β定位。平整表面42可以具有大约0.031英寸(大约0.787mm)的宽度X3。
本发明人已经使用例如CNC立式钻孔机对各种双倒角切割元件20进行了大量测试，并且已经发现，增加第二倒角表面36的宽度X2会具有减小由切割元件20在钻地操作期间产生的地层割屑的大小的效应。相反地，这些测试还已经表明，减小第二倒角表面36的宽度X2会具有增加由切割元件20产生的地层割屑的大小的效应。减小第二倒角表面36的宽度X2还会增加切割元件20的侵入性，并且减少形成切割元件20所需的加工量。本发明人的测试还已经表明，减小第二倒角表面36的宽度X2会增加切割元件20的效率，并且会增加在钻地操作期间从切割元件20的切割面26“向前抛”地层割屑的程度。这些测试还已经表明，具有小于0.055英寸(大约1.397mm)的宽度X2的第二倒角表面36可以能够在使用期间吸纳不从第二倒角表面36的径向最内边缘40纵向向前且径向向内延伸(即，不“突破”)的碎裂。
还可以通过减小第二倒角表面36的斜度β角度来增加切割元件20的侵入性。通过非限制性实例的方式，为了相对于先前实施例更具攻击性的切割元件20，第二倒角表面36可以具有大约0.015英寸(大约0.381mm)的宽度X2，并且可以从横向于切割元件20的纵轴L的平面以大约15度的斜度β定位。可以通过提供具有在大约0.010英寸(大约0.254mm)与大约0.005英寸(大约0.127mm)之间的宽度X2以及从横向于切割元件20的纵轴L的平面成大约15度与大约10度之间的斜度β角度的第二倒角表面36来进一步增加切割元件20的侵入性。
由本发明人进行的测试还已经表明，增加平整表面42的宽度X3会具有减小切割元件20的MSE的效应。通过测试和感测，本发明人相信，增加平整表面42的宽度X3还会增加金刚石台24在切割边缘32处的韧性。然而，增加平整表面42的宽度X3还会增加在钻地操作期间地层割屑从切割元件20的切割面26向上流动的程度。
图4说明具有在含有切割元件20的纵轴L的平面中带有弓形横截面形状的凹部54的切割元件20的实施例。在此实施例中，平整表面42和中心突出部48可以是共面的，并且金刚石台24的弓形凹进表面56可以从平整表面42径向向内定位，并且可以具有在含有切割元件20的纵轴L的横截面平面中所测得的在大约0.010英寸(大约0.254mm)与大约0.40英寸(大约10.16mm)之间的半径R1。弓形凹进表面56可以以大约0.005英寸(大约0.127mm)与大约0.20英寸(大约0.508mm)之间的深度Z1延伸到金刚石台24中。应了解，在其他实施例中，中心突出部48的顶表面49可以相对于平整表面42纵向地凸起或凹进。在这些实施例中，弓形凹进表面56的深度Z1可以在大约0.005英寸(大约0.127mm)与大约0.20英寸(大约0.508mm)之间(从平整表面42或中心突出部48的顶表面49测得)。
继续参考图4，切割元件20的金刚石台24与基底22之间的界面28的形状可以被配置成有效地分布由切割力导致的应力，并且因此提高切割元件20的结构完整性。应了解，弓形凹进表面56和金刚石台与基底之间的界面28的形状可以各自如以下专利中的任一者中所描述进行配置：迪乔瓦尼(DiGiovanni)等于2014年4月1日发布的前述美国专利8,684,112；以迪乔瓦尼(DiGiovanni)等的名义于2013年3月21日公布的美国专利公布号2013/0068534 A1；以及以迪乔瓦尼(DiGiovanni)的名义于2013年3月21日公布的美国专利公布号2013/0068537 A1。
图5和图6说明类似于图2和图3的实施例的多倒角切割元件20的实施例，其中主要差异在于：第二平整表面58从第一凹进表面44的径向最内边缘50径向向内且与横向于切割元件20的纵轴L的平面平行地延伸。第一倒角表面30、第二倒角表面36和平整表面42的相应宽度X1、X2、X3可以如先前参考图2和图3所描述。如图5和图6中所示而配置的切割元件20具有减少地层割屑与切割面26相抵的相互作用的优势，因为与地层割屑对图2和图3的实施例的中心突出部48的影响相比，地层割屑较少地影响凹进的第二平整表面58。因此，图5和图6的切割元件20的MSE大体上小于图2和图3的切割元件20的MSE。本发明人基于他们的测试相信，图5和图6的切割元件20的减小的MSE可以有利地用于页岩地层中。此外，图5和图6的切割元件20相对于图2和图3的切割元件大体上不需要额外的钻压(WOB)来实现大体上等效的切割效率。
现在参看图6，在其他实施例中，金刚石台24的第一凹进表面44可以从切割面26的平整表面42以大约10度的倾斜角度θ径向向内延伸且延伸到金刚石台24中。在其他实施例中，金刚石台24的第一凹进表面44可以从切割面26的平整表面42以大约15度的倾斜角度θ径向向内延伸且延伸到金刚石台24中。随着第一凹进表面44的倾斜角度θ角度增加，与第一凹进表面44相互作用的地层割屑的量会减小。在其他实施例中，金刚石台24的第一凹进表面44可以从切割面26的平整表面42以大约90度的倾斜角度θ径向向内延伸且延伸到金刚石台24中，以便使地层与第一凹进表面44的相互作用最少化。在其他实施例中，通过提供具有大约0.016英寸(大约0.406mm)的宽度X1和大约45度的斜度角度α的第一倒角表面30以及具有大约0.010英寸(大约0.254mm)的宽度X2和大约20度的倾斜角度β的第二倒角表面36，平整表面42可以相对于其他实施例的平整表面定位在切割面26的更外围的位置。在此实施例中，第一凹进表面的倾斜角度θ可以是大约12.5度。
图7说明类似于图6中示出的切割元件的切割元件20的实施例，其中切割元件20包括从第二平整表面58径向向内定位且向上延伸的中心突出部48。中心突出部48的形状可以是截头圆锥形，并且可以具有与平整表面42大体上共面的顶表面49。在其他实施例中，中心突出部48的顶表面49可以相对于平整表面42纵向凸起或凹进。
在图8中，提供由本发明人进行的众多测试的归一化结果，图中示出了单倒角切割元件(标记为“标准”)和两个多倒角切割元件的比较性耐久性磨损进展过程，所述两个多倒角切割元件中的一者(标记为“双倒角大”)具有几乎是另一者(标记为“双倒角小”)两倍大的第二倒角宽度X2。“标准”单倒角切割元件具有带有在横向于切割元件的纵轴L的平面中所测得的大约0.016英寸(大约0.406mm)的径向宽度的倒角。“双倒角小”切割元件20具有带有大约0.010英寸(大约0.254mm)的宽度X1和大约45度的倾斜角度α的第一倒角表面30，和带有大约0.014英寸(大约0.356mm)的宽度X2和大约20度的倾斜角度β的第二倒角表面36。“双倒角大”切割元件20具有带有大约0.026英寸(大约0.660mm)的宽度X2的第二倒角表面36且另外与“双倒角小”切割元件20相同。针对标的切割元件中的每一者测量“磨痕面积”(在本领域中还被称为“磨耗”)(如在Y轴上示出)对比于标的切割元件中的每一者的切割距离(如在X轴上示出)的增长。通过每个相应切割器的曲线终点处的独特指示符形状说明主题切割元件的金刚石台24的平均故障点。示出主题切割元件中的每一者的性能，其相对于发挥切割元件作用的顶部经过归一化。如图所示，“双倒角小”切割元件20证明比“标准”单倒角切割元件在出故障之前吸纳了更大的磨痕面积且切割了更大的距离。另外，“双倒角大”切割元件20证明比“标准”和“双倒角小”切割元件显著更具韧性且更具耐久性，吸纳了是“双倒角小”切割元件20大约两倍大的磨痕面积且切割了多几乎50％的距离。由本发明人进行的测试指示，向切割元件提供双倒角可以显著增加切割元件的寿命。所述测试还指示，增加第二倒角表面36的宽度X2可以进一步增加切割元件的耐久性和使用寿命。
图9到图14说明本发明人对图8的图中绘制的主题切割元件观测到的磨损。图9和图10描绘“标准”单倒角切割元件在其金刚石台出故障时吸纳的磨损的相应侧面和正面正视图。图11和12描绘“小双倒角”切割元件20在其金刚石台24出故障时吸纳的磨损的相应侧面和正面正视图。图13和图14描绘“大双倒角”切割元件20在其金刚石台24出故障时吸纳的磨损的相应侧面和正面平面图。在图9、图11和图13中描绘在标的切割元件的相应金刚石台24和基底22中形成的磨耗59的大小。还可以在图10、图12和图14中看到磨耗59，径向磨损尺寸或“切割器高度”的大小可以源自相应切割元件的切割边缘处且发展到穿过金刚石台24并且进入基底中。还在图10、图12和图14中描绘在金刚石台24中在切割边缘32处形成的碎裂59′。可以在图12和图14中看到，在双倒角切割元件20的金刚石台24中形成的切割器高度径向延伸穿过第一倒角表面30且延伸到第二倒角表面36中，但不突破第二倒角表面36的径向最内边缘40。相反地，如图10中所示，切割器高度突破单倒角切割元件的径向最内边缘34′。如图9到图14中所示，“双倒角小”切割元件在金刚石台出故障时吸纳的切割器高度和磨耗59各自大于“标准”单倒角切割元件吸纳的切割器高度和磨耗。此外，“双倒角大”切割元件在金刚石台出故障时吸纳的切割器高度和磨耗各自大于“双倒角小”切割元件和“标准”单倒角切割元件吸纳的切割器高度和磨耗。
图15说明多倒角切割元件20的额外实施例。图15的切割元件20可以与图2和图3中描绘的切割元件20类似地配置，差异在于中心突出部48的形状可以是圆锥形。在此实施例中，中心突出部48可以具有在金刚石台的平整表面42上方纵向延伸大约0.010英寸(大约0.254mm)与大约0.50英寸(大约12.7mm)之间的距离H1的顶60。圆锥形中心突出部48的顶60可以半径R2在大约0.010英寸(大约0.254mm)与大约0.25英寸(大约6.35mm)之间圆弧化。
图16说明类似于图15的实施例的多倒角切割元件20的另一实施例，其中平整表面42从中心突出部48的外围边缘52径向向内延伸且与外围边缘52邻近。
应了解，本文公开的多倒角切割元件20的切割面26可以包括任何数目的成形特征，包括以下专利中的任一者中描述的突出部和/或凹部的任何组合：迪乔瓦尼(DiGiovanni)等于2014年4月1日发布的前述美国专利8,684,112；以迪乔瓦尼(DiGiovanni)等的名义于2013年3月21日公布的美国专利公布号2013/0068534 A1；以迪乔瓦尼(DiGiovanni)的名义于2013年3月21日公布的美国专利公布号2013/0068537 A1；以迪乔瓦尼(DiGiovanni)等的名义于2013年3月21日公布的美国专利公布号2013/0068538 A1；以及以帕特尔(Patel)等的名义于2013年3月15日提交的以美国专利公布号2014/0246253A1在2014年9月4日公布的美国专利申请序列号13/840,195。
还应了解，可以使用在以比伦(Bilen)等的名义于2013年11月7日公布的前述美国专利公布号2013/0292188 A1中有描述并且还在2013年3月15日提交的标题为“CuttingElements for Earth-Boring Tools，Earth-Boring Tools Including Such CuttingElements，and Related Methods”的以美国专利公布号2014/0246253 A1在2014年9月4日公布的美国专利申请序列号13/840,195中有进一步描述的方法中的任一者将切割面26的表面中的一者或多者抛光成具有小于大约10微英寸(大约0.254μm)均方根(RMS)且低至大约0.3微英寸(0.00762μm)或更低的表面光洁度粗糙度，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。举例来说，可以将第一倒角表面30和/或第二倒角表面36的全部或一部分抛光成小于大约10微英寸(大约0.254μm)的表面光洁度粗糙度。
如图17中示出，切割元件20被描绘成与图5和图6的切割元件20类似地配置。可以将金刚石台24的整个平整表面42抛光成小于大约10微英寸(大约0.254μm)的表面光洁度粗糙度，以便防止在切割元件20啮合地层材料时地层割屑在平整表面42处压实在一起并且形成粘着结构。在其他实施例中，可以将小于平整表面42的整个表面的平整表面42的一部分抛光成小于大约10微英寸(大约0.254μm)的表面光洁度粗糙度。
另外，可以将本文公开的切割元件20的切割面26的表面中的任一者的预定部分抛光成小于大约10微英寸(大约0.254μm)的表面光洁度粗糙度，以便在切割元件20啮合地层材料时将地层割屑引导到切割面26的特定侧，如在以比伦(Bilen)等的名义于2013年11月7日公布的前述美国专利公布号2013/0292188 A1中更全面地描述。举例来说，图18说明与图17的切割元件类似地配置的切割元件20，其中主要差异在于图19中的切割元件20的平整表面42在平整表面42的第一侧向部分62上被抛光成小于大约5微英寸(大约0.127μm)的表面光洁度粗糙度，而平整表面42的第二侧向部分64保持未抛光并且可以具有在大约20微英寸(大约0.508μm)与大约40微英寸(大约1.016μm)之间的表面光洁度粗糙度。平整表面42的第一侧向部分62的表面光洁度粗糙度与第二侧向部分64的表面光洁度粗糙度之间的相对差异可能足以朝向对应于平整表面42的第二侧向部分64的切割面26的侧边引导移动经过切割面26的地层割屑68的流。
在其他实施例中，切割面的表面的大小、形状和定向可以在切割元件20啮合地层材料时产生朝向切割面26的相对的侧流动的地层割屑的两(2)个离散流，如在以帕特尔(Patel)等的名义于2013年3月15日提交的以美国专利公布号2014/0246253 A1在2014年9月4日公布的前述美国专利申请序列号13/840,195中更全面地描述。在这些实施例中，可以将切割面26的表面的预定部分抛光成小于大约10微英寸(大约0.254μm)的表面光洁度粗糙度，以便允许两(2)个离散流中的地层割屑更自由地移动，并且因此防止地层割屑压实在一起而形成粘着结构，从而减小所述两(2)个离散流中的地层割屑的大小。举例来说，图19说明与图5和图6的切割元件类似配置的切割元件20。第二倒角表面36具有大约0.035英寸(大约0.889mm)的宽度X2。可以将接近切割边缘32啮合未切割的地层材料的位置的第一和第二倒角表面30、36和平整表面42的区域66抛光成小于大约10微英寸(大约0.254μm)的表面光洁度粗糙度。在第一倒角表面30的外围边缘32啮合地层材料时，第一和第二倒角表面30、36的大小、形状和定向可以操作地将地层割屑转向朝向切割面26的相对侧流动的两(2)个不同的流68a、68b中。第一和第二倒角表面30、36和平整表面42的抛光部分66允许两(2)个离散流中的地层割屑更自由地移动经过切割面26，并且因此抑制在两(2)个离散流内形成粘着结构。
在一些实施例中，钻地工具上的切割深度限制特征可以定位成在钻地操作期间抑制未切割的地层与金刚石台24的凹进或突出表面之间的相互作用。举例来说，钻地工具上的此类切割深度限制特征可以是图1中示出的钻头10的刀片12的外表面和轴承座特征中的一者或多者，所述轴承座特征如在以施威费(Schwefe)等的名义于2010年11月4日公布的美国专利公布号2010/0276200 A1中所描述，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文，且所述轴承座特征还如在以迪乔瓦尼(DiGiovanni)等的名义于2013年3月21日公布的前述美国专利公布号2013/0068534 A1中所描述。切割深度限制特征可以定位成与如本文中所描述的金刚石台的凹进表面或突出表面的径向外部边缘对准。鉴于此，可以在钻孔操作期间防止未切割的地层接触此类凹部或突出部。
可以通过将如本文中所描述而配置的多倒角切割元件20有策略地放置在工具上的选定位置处来定制和平衡性能因素，例如侵入性、耐久性、效率、韧性、稳定性、可操纵性、功率消耗、MSE和钝性。如本文中所描述的具有相对较小的第二倒角表面36的切割元件20可以展现相对于常规PDC切割元件的更具攻击性的切割性能。因此，可以针对特定地层(通过非限制性实例的方式，例如，水平页岩或泥质砂岩)进一步定制切割元件20的性能。当遇到更硬或更混合的地层时，工具设计可能保留在工具的高切割深度区中更多地选择更被动的切割器(例如，常规PDC切割器或如本文中所描述的具有相对较大的第二倒角表面36的多倒角切割元件20)，而在较低切割深度区中使用更具攻击性的切割器(例如，如本文中所描述的具有相对较小的第二倒角表面36的多倒角切割元件20)。
图20是说明利用本公开的切割元件20的选择性放置的钻地工具的实施例的简单切开局部横截面图。出于说明性目的，钻地工具是如先前描述而配置的图1的固定切割器旋转钻头10，但将认识到，本文公开的选择性放置实施例可以合并在例如铰刀、开眼器、套管钻头、取芯钻头或其他钻地工具等其他钻地工具上。
钻头10包括安装到钻头10的每个刀片12的多个切割元件。另外，如在本领域中所了解，如图20中所示而配置的钻头10的轮廓可以包括锥形区域74、鼻形区域76、肩形区域78和保径区域80。位于刀片12的相应锥形和鼻形区域74、76中的切割元件20与位于刀片12的其他区中的切割元件20相比可以暴露于更大的切割深度，但经历更小的工作速率。相反地，位于刀片12的肩形区域78中的切割元件20与在刀片12的其他区中的切割元件20相比可以暴露于更高的工作速率但更小的切割深度。应了解，如本文中所描述而配置的多倒角切割元件20可以选择性地定位在刀片12的特定区处，以便优化一个或多个所要的性能特性。如图20中所示，如本文中所描述而配置的多倒角切割元件20可以选择性地定位在锥形区域74和鼻形区域76中，并且可以具有大小被设计且定位成能实现特定的高切割深度性能特性(通过非限制性实例的方式，例如，钝性和切屑流性能)的第一和第二倒角表面30、36。另外，如本文中所描述而配置的多倒角切割元件20可以选择性地定位在刀片12的肩形区域78中，并且可以具有大小被设计且定位成能实现特定的高工作速率性能特性(例如，侵入性)的第一和第二倒角表面30、36。刀片12的保径区域80可以装配有常规的PDC切割元件或针对特定性能特性而定制的其他切割元件。在其他实施例(未示出)中，如本文中所描述而配置的多倒角切割元件20可以选择性地定位在锥形区域74、鼻形区域76、肩形区域78或保径区域80中的仅一者中，而常规的PDC切割元件或针对特定性能特性而定制的其他切割元件可以定位在剩余区中。在其他实施例中，如本文中所描述而配置的多倒角切割元件20可以选择性地定位在锥形区域74、鼻形区域76、肩形区域78或保径区域80的任何组合中，而常规的PDC切割元件或针对特定性能特性而定制的其他切割元件定位在刀片12的剩余区中。
另外，参看图21，如本文中所描述而配置的多倒角切割元件20可以选择性地定位在钻头10的一个或多个刀片12上。可以在钻头10的交替刀片12a-12c上使用如本文中所描述而配置的多倒角切割元件20配置钻头10，而剩余刀片12可以装配有常规的PDC切割元件或针对特定性能特性而定制的其他切割元件。此类放置的益处可以尤其包括钻头10的侵入性、稳定性和可操纵性的最佳平衡。应了解，在其他实施例中，如本文中所描述而配置的多倒角切割元件20可以选择性地放置在特定刀片上和每个特定刀片的特定区上，如先前描述，以便进一步定制钻头10的性能特性。
本公开的切割元件的实施例可以用于获得上文描述的优势中的一者或多者。
虽然前述描述含有许多详情，但不应将这些理解为限制本公开的范围，而是仅仅理解为提供特定示例性实施例。类似地，可以设计属于本公开范围的本公开的其他实施例。举例来说，本文参考一个实施例所描述的特征还可以与本文所描述的其他实施例的特征组合。因此，仅通过所附权利要求书而不是前述描述来指示和限制本公开的范围。本公开涵盖属于权利要求书的含义和范围的对本文公开的装置、设备、系统和方法的所有添加、删除和修改。
Claims (20)
1.一种用于钻地工具的切割元件，其包括：
基底；
大量超研磨材料台，其定位在所述基底上，所述大量超研磨材料包括：
切割面，其具有延伸到所述大量超研磨材料中的至少一个凹部和从所述大量超研磨材料向外延伸的至少一个突出部中的一者或多者；
第一倒角表面，其具有外围边缘和径向最内边缘，所述第一倒角表面的所述外围边缘界定所述大量超研磨材料的切割边缘，其中在横向于所述切割元件的纵轴的平面中在所述第一倒角表面的所述外围边缘与所述径向最内边缘之间所测得的所述第一倒角表面的径向宽度在大约0.002英寸与大约0.045英寸之间；以及
第二倒角表面，其具有外围边缘和径向最内边缘，所述第二倒角表面的所述外围边缘邻近于所述第一倒角表面的所述径向最内边缘而定位。
2.如权利要求1所述的切割元件，其中所述第一倒角表面从横向于所述切割元件的所述纵轴的平面以大约10度与大约80度之间的角度倾斜。
3.如权利要求1所述的切割元件，其中在横向于所述切割元件的纵轴的平面中在所述第二倒角表面的所述外围边缘与所述径向最内边缘之间所测得的所述第二倒角表面的径向宽度在大约0.002英寸与大约0.25英寸之间。
4.如权利要求1所述的切割元件，其中所述第二倒角表面从横向于所述切割元件的所述纵轴的平面以大约10度与大约80度之间的角度倾斜，其中所述第二倒角表面以比所述第一倒角表面从横向于所述切割元件的所述纵轴的平面所倾斜的角度小的角度倾斜。
5.如权利要求1所述的切割元件，其进一步包括从所述第二倒角表面径向向内定位的所述切割面的第三表面，所述切割面的所述第三表面与横向于所述切割元件的所述纵轴的平面大体上平行地定向。
6.如权利要求5所述的切割元件，其中延伸到所述大量超研磨材料中的所述至少一个凹部和从所述大量超研磨材料向外延伸的所述至少一个突出部中的所述一者或多者包括从所述第三表面径向向内定位的所述切割面的第四表面，所述切割面的所述第四表面的至少一部分相对于所述切割面的所述第三表面凹进所述大量超研磨材料中。
7.如权利要求6所述的切割元件，其进一步包括中间表面，所述中间表面在所述切割面的所述第三表面与所述第四表面之间径向延伸，所述中间表面以大约10度与大约90度之间的角度从所述切割面的所述第三表面向内倾斜。
8.如权利要求6所述的切割元件，其中所述切割面的所述第四表面至少部分地界定从所述切割面的所述中间表面向上延伸的中心突出部。
9.一种钻地工具，其包括：
至少一个切割元件，其附着到所述钻地工具的工具主体，所述至少一个切割元件包括：
大量超研磨材料台，其定位在基底上，所述大量超研磨材料包括：
切割面，其具有延伸到所述大量超研磨材料中的至少一个凹部和从所述大量超研磨材料向外延伸的至少一个突出部中的一者或多者；
第一倒角表面，其具有外围边缘和径向最内边缘，所述第一倒角表面的所述外围边缘界定所述大量超研磨材料的切割边缘，其中在横向于所述切割元件的纵轴的平面中在所述第一倒角表面的所述外围边缘与所述径向最内边缘之间所测得的所述第一倒角表面的径向宽度在大约0.002英寸与大约0.045英寸之间；以及
第二倒角表面，其具有外围边缘和径向最内边缘，所述第二倒角表面的所述外围边缘邻近于所述第一倒角表面的所述径向最内边缘而定位。
10.如权利要求9所述的钻地工具，其中在横向于所述切割元件的纵轴的平面中在所述第二倒角表面的所述外围边缘与所述径向最内边缘之间所测得的所述第二倒角表面的径向宽度在大约0.002英寸与大约0.25英寸之间。
11.如权利要求10所述的钻地工具，其中：
所述第一倒角表面从横向于所述切割元件的所述纵轴的平面以大约25度与大约75度之间的角度倾斜；以及
所述第二倒角表面从横向于所述切割元件的所述纵轴的平面以大约10度与大约40度之间的角度倾斜。
12.如权利要求11所述的切割元件，其中：
所述第一倒角表面的所述径向宽度在大约0.005英寸与大约0.016英寸之间；
所述第一倒角表面从横向于所述切割元件的所述纵轴的平面以大约25度与大约40度之间的角度倾斜；
所述第二倒角表面的所述径向宽度在大约0.014英寸与大约0.026英寸之间；
所述第二倒角表面从横向于所述切割元件的所述纵轴的平面以大约10度与大约15度之间的角度倾斜；以及
所述至少一个切割元件定位在所述钻地工具的一面的轮廓的肩形区域和保径区域中的一者中。
13.如权利要求11所述的切割元件，其中：
所述第一倒角表面的所述径向宽度在大约0.010英寸与大约0.016英寸之间；
所述第一倒角表面从横向于所述切割元件的所述纵轴的平面以大约50度与大约70度之间的角度倾斜；
所述第二倒角表面的所述径向宽度在大约0.026英寸与大约0.035英寸之间；
所述第二倒角表面从横向于所述切割元件的所述纵轴的平面以大约25度与大约40度之间的角度倾斜；以及
所述至少一个切割元件定位在所述钻地工具的一面的轮廓的锥形区域和鼻形区域中的一者中。
14.如权利要求9所述的钻地工具，其进一步包括从所述第二倒角表面径向向内定位的所述切割面的第三表面，所述切割面的所述第三表面与横向于所述切割元件的所述纵轴的所述平面大体上平行地定向，所述第三表面具有在横向于所述切割元件的所述纵轴的平面中所测得的在大约0.015英寸与大约0.063英寸之间的径向宽度。
15.如权利要求14所述的钻地工具，其中延伸到所述大量超研磨材料中的所述至少一个凹部和从所述大量超研磨材料向外延伸的所述至少一个突出部中的所述一者或多者包括从所述第三表面径向向内定位的所述切割面的第四表面，所述切割面的所述第四表面相对于所述切割面的所述第三表面凹进所述大量超研磨材料中。
16.如权利要求15所述的钻地工具，其中所述第四表面是横向于所述至少一个切割元件的所述纵轴定向的大体上平坦的表面。
17.如权利要求14所述的切割元件，其进一步包括从所述切割面的所述第三表面向上延伸的中心突出部，其中所述中心突出部是圆锥形和截头圆锥形中的一者。
18.如权利要求17所述的切割元件，其中所述中心突出部具有半球形顶。
19.如权利要求14所述的切割元件，其中所述第三表面的至少一部分具有小于大约5微英寸的表面光洁度粗糙度。
20.如权利要求14所述的切割元件，其中所述第一倒角表面和所述第二倒角表面中的一者或多者的至少一部分具有小于大约20微英寸的表面光洁度粗糙度。
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