CN1946916A - 平状和倾斜的断屑嵌件 - Google Patents

Abstract

一种用于油井或气井中井下金属切削工具(10)上的切削嵌件(20)，具有位于嵌件主刃上的至少一个刃棱面(22)，以及至少一个相对于嵌件轴线成角度且在嵌件前进方向上升高高于相邻刃棱面的斜面(24)。多个斜面和刃棱面能用于每个嵌件上，并且多个嵌件能用在每个工具上。

Description

平状和倾斜的断屑嵌件

技术领域

本发明涉及用于在井下、油井或气井中用来磨铣或切削井眼中金属物体的工具领域。

背景技术

在油井或气井的钻孔、完井或返工中，通常必须切削入或切削过位于井眼中井下的金属物体。例如在切入井套管壁中可以要求，移走封隔器或者磨铣掉一些其它可能出现在井眼中的金属障碍物。这种类型的切削或磨铣操作与通常出现在机械工厂环境中的那种金属切削操作大大地不同。与常规的机械工厂环境相比，井下金属切削操作涉及由非常重的工作管柱来旋转非常大的工具。井下切削操作本身涉及切削工具和待切削金属物体之间大量的振动以及甚至严重的冲击。实际上，任何这种冲击或振动中的很多力通常直接施加于切削嵌件或者安装在井下切削工具的切削面上的嵌件。这些切削嵌件主要是切削工具的“齿”。它们通常由非常硬的材料制成，比如碳化钨。

操作员不能贴近地观察井下切削操作和监视切削嵌件或嵌件的状态。相反，机械工厂操作员在切削操作进行时能贴近地观察，并且他能在切削嵌件的切削面退化时规则地改变切削嵌件。在机械工厂中停止操作通常比将井下工具从井眼中拉出并对工具进行检查或更换明显地更便宜。这意味着通常的机械工厂操作一直以处于良好状态的基本上全新切削嵌件来进行。

另一方面，井下操作员必须只是旋转工作管柱并依赖于相当远程的工具性能(比如振动和穿透速率)指示器来判断切削操作的进程。于是，随着切削操作的继续，切削工具表面上的切削嵌件通常会磨损和崩解。实际上，井下切削工具上一般有多个切削嵌件，并且嵌件布置为逐渐横过工具的切削面。这样做以使得，随着每个切削嵌件磨损和崩解或从工具上落下，另一相邻的切削嵌件形成了与工件的接触，从而继续切削动作。这缓解了要将工作管柱拉出并更换工具的要求，或者至少延缓了更换工具的必要性。

这种情况的一个不利方面是，每个切削嵌件必须保持有效，而不管其原始切削几何形状随着切削操作的进行而急剧地变化；也就是说，嵌件不能将其原始切削刃保持很长时间。如果切削嵌件磨损到切削刃消失的程度，所述嵌件与工件相接触的那部分可用作支承面。如果切削嵌件在其原始切削刃被磨损之后不再能有效地切削，嵌件将不再是工具的有效部分，其甚至会由于用作支承面而非切削面而阻碍相邻切削嵌件的动作。

还已知在用于井下环境的切削嵌件的前面上提供一种断屑装置，其使得嵌件以短的长度从工件脱落金属碎屑，从而允许碎屑更易于借助于钻液的流动从井眼中移除。因此，随着磨损穿过嵌件面而发展，通过断屑装置，嵌件可能停止脱落短的碎屑并开始产生长且薄的金属切屑。长且薄的切削不易于借助于流体的流动从井眼中移除，因此这种类型的嵌件磨损会导致切削工具周围区域的堵塞，阻止工件的进一步穿入。而且，如果断屑装置以任何方式有助于嵌件主体的脆性，其会导致嵌件过早地崩解并从切削工具上落下，导致切削能力的完全丧失，直到工具主体磨损到足以让相邻切削嵌件开始起作用。

因此，希望具有一种切削嵌件，其足够坚固以承受在井下环境中所受到的冲击，并且被设计为从工件脱落短金属碎屑，并且在即使在嵌件的原始切削几何形状被逐渐磨损掉时也能继续表现出对于工件来说有效的切削几何形状。

发明内容

总之，本发明是一种井下切削嵌件，其具有位于其切削面上的一个或多个刃棱面，点缀一个或多个斜表面，从而在嵌件上形成坚固的切削面。斜面与刃棱面的毗邻使得嵌件以短的长度从工件脱落金属碎屑，从而允许碎屑更易于借助于钻液的流动而从井眼中移除。多个交替斜面和刃棱面的使用使得嵌件能继续有效地形成短的金属碎屑，即使嵌件的前面和边缘逐渐退化。

从下述附图并结合下述说明，可以最好的理解本发明的新特点以及本发明本身，在附图中类似的附图标记指的是类似的部件，并且其中：

附图说明

图1是能与根据本发明的切削嵌件相结合的井下切削工具的正视图；

图2是根据本发明的切削嵌件的第一实施例的俯视图或正视图；

图3是根据本发明的切削嵌件的第二实施例的俯视图或正视图；

图4是根据本发明的切削嵌件的第三实施例的局部轴向截面图；

图5是根据本发明的切削嵌件的第四实施例的局部轴向截面图；

图6是图2或图3所示切削嵌件的局部轴向截面图；

图7是根据本发明的切削嵌件的第五实施例的局部轴向截面图；

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的切削嵌件可安装在设计用于在井下(油井或气井中)切削金属物体的切削工具10上。切削工具10可以是导向铣刀、碎片磨铣、套管割刀、套管开窗铣刀或任何其它类型的井下切削工具。切削工具10具有适于安装至工作管柱WS的工具主体12。工具主体12具有至少一个切削装置，比如附接到其上或形成于其上的刀片14。每个切削装置件或刀片14具有至少一个安装在其切削面16上并且定向为面对方向18的切削嵌件20，当切削工具10旋转时刀片14和切削嵌件20将在方向18上前进。在方向18上的前进将使得切削嵌件20朝着井下金属物或工件(未示出)前进并进入其中。

切削嵌件20能呈各种形状，其中一些在下述附图中将标识为20、20A和20B。在不偏离本发明精神的前提下也可以使用其它形状，只要它们具有下述特点。图2示出了圆形或圆柱形切削嵌件20A的正视图，其在附图中的方位与图1中右手刀片14上的切削嵌件20的方位相同。在这里讨论圆形或圆柱形嵌件时，应当理解的是，在上下文内容允许时也可以使用半圆形或者部分圆形的嵌件。切削嵌件20A具有至少一个刃棱面22A和至少一个斜面或斜表面24A，并且第一刃棱面22A定位为紧邻切削嵌件20A的原始主刃28A。在呈现时，连续的刃棱面22A和斜面24A交替地从主刃28A朝着切削嵌件20A的轴线A布置。切削嵌件20A示出为具有三个刃棱面22A和三个斜面24A，但是每个也可以是任何数目。切削嵌件20A还可以具有位于嵌件20A的前面上且与轴线A基本上正交的表面26A。

如图3所示，切削嵌件20也可以具有直线形主体，比如嵌件20B。切削嵌件20B在附图中示出定向与图1中右手刀片14上的切削嵌件20的定向相同。在这里讨论直线形嵌件时，应当理解的是，也可以使用方形或矩形的嵌件。切削嵌件20B具有至少一个刃棱面22B和至少一个斜面或斜表面24B，并且第一刃棱面22B位于紧邻切削嵌件20B的原始主刃28B。连续的刃棱面22B和斜面24B交替地从主刃28B朝着切削嵌件20B的轴线布置。切削嵌件20B示出为具有三个刃棱面22B和三个斜面24B，但每种也可以是任何数目。切削嵌件20B还可以具有位于嵌件20B的前面上且与轴线基本上正交的表面26B。

图4示出了图2和3所示嵌件20上或者根据本发明的任何嵌件20上的刃棱面22和斜面24的特点的最基本图示。嵌件20具有实心主体。每个刃棱面22是与切削嵌件20的轴线基本上正交的基本上平状表面。更具体地，每个刃棱面能相对于嵌件轴线成约75度和约90度之间的角度。可以看出，在图2所示的圆形嵌件20A上，刃棱面22A将是基本上平面状、环形的表面、基本上或几乎垂直于切削嵌件20A的轴线。还可以看出，在图3所示的直线形嵌件20B上，刃棱面22B将是基本上平面状、矩形或直线形的表面、基本上或几乎垂直于切削嵌件20B的轴线。

每个斜面24向前、或者在旋转方向18上成一个角度，在外表面邻近刃棱面22之上或向前一个距离32并与在垂直于切削嵌件20的轴线的平面成一角度34。角度34可以在约20度和约70度之间，并且优选的角度为约45度。从另一种方式，斜面24还相对于切削嵌件20的轴线成介于约20度和约70度之间的角度，并且优选的角度为约45度。一个具有代表性的升高距离32可以在约0.015英寸的量级。可以看出，在图2所示的圆形嵌件20A上，斜面24A将为基本上截头圆锥形表面，相对于切削嵌件20A的轴线成角度。还可以看出，在图3所示的直线形嵌件20B上，斜面24B将为基本上平面状、矩形或直线形表面，相对于切削嵌件20B的轴线成角度。切削嵌件20还可以具有介于约3度和约9度之间的后角36，其促进边缘28的切削动作进入工件。设置背面40来将切削嵌件20安装在切削工具10的切削零件或刀片14上。

每个斜面24升高高于其向外相邻刃棱面22的距离32在表面26中或者在向内相邻刃棱面22中终止斜面24，如图5所示，其中切削嵌件20具有两个刃棱面22和两个斜面24。已经发现这个实施例在抗冲击方面比图4所示单个刃棱面、单个斜面的实施例多少更加坚固。如图6所示，切削嵌件20可以具有三组刃棱面22和斜面24，或者甚至更多。每个刃棱面能相对较窄，例如在约0.004英寸至约0.060英寸的范围内。如图7所示，切削嵌件20在其主面26上还可以具有其它装置，比如凹陷38。

虽然这里所述和详细公开的本发明完全能获得前述目标和提供前述优点，但是应当理解的是，本公开仅仅是对本发明目前认为优选的实施例的举例并且本发明的范围只是受到权利要求书的限制。

Claims (19)

1.一种用于油井或气井中的井下工具上的金属切削嵌件，所述嵌件包括：

实心主体，所述主体具有一轴线；

所述主体上的背面，用来将所述主体安装至井下型金属切削工具；

所述主体上的前面，其与所述背面相对，用来呈现给待切削的井下金属物体；

多个形成于所述主体的所述前面上的刃棱面，每个所述刃棱面基本上垂直于所述主体的所述轴线；以及

多个形成于所述主体的所述前面上的斜面，每个所述斜面相对于所述主体的所述轴线成角度，在相邻所述刃棱面的前面。

2.如权利要求1所述的金属切削嵌件，其中每个所述刃棱面相对于所述主体的所述轴线成不小于75度的角度。

3.如权利要求1所述的金属切削嵌件，其中每个所述斜面相对于所述主体的所述轴线成介于20度与70度之间的角度。

4.如权利要求1所述的金属切削嵌件，其中第一个所述刃棱面形成于所述前面的边缘处。

5.如权利要求4所述的金属切削嵌件，其中第一个所述斜面在邻近所述第一个刃棱面形成。

6.如权利要求5所述的金属切削嵌件，其中所述多个刃棱面和所述多个斜面形成于跨所述前面的交替位置处。

7.如权利要求1所述的金属切削嵌件，其中：

每个所述刃棱面是基本上平面状的直线形表面；和

每个所述斜面是基本上平面状的直线形表面。

8.如权利要求7所述的金属切削嵌件，其中所述嵌件主体是基本上直线形的实心体。

9.如权利要求1所述的金属切削嵌件，其中：

每个所述刃棱面是基本上平面状的环形表面；和

每个所述斜面是基本成截头圆锥形的表面。

10.如权利要求9所述的金属切削嵌件，其中所述嵌件主体基本上为圆柱形。

11.一种用于气井或油井的井下金属切削工具，包括：

适于降低入油井或气井以旋转地切削井下金属物体的工具主体；

至少一个用来安装在所述井下工具主体上的金属切削嵌件，所述至少一个嵌件具有带有轴线的实心主体；

所述至少一个嵌件主体上的前面，用来呈现给所述井下金属物；

至少一个形成于所述至少一个嵌件主体的所述前面上的刃棱面，所述至少一个刃棱面基本上垂直于所述至少一个嵌件主体的所述轴线；以及

至少一个形成于所述至少一个嵌件主体的所述前面上的斜面，所述至少一个斜面在所述至少一个刃棱面之上相对于所述至少一个嵌件主体的所述轴线成角度。

12.如权利要求11所述的井下金属切削工具，还包括：

多个所述刃棱面；和

多个所述斜面；

其中所述多个刃棱面和所述多个斜面形成在跨过所述至少一个嵌件主体的所述前面的交替位置处。

13.如权利要求12所述的井下金属切削工具，其中

第一个所述刃棱面形成于所述至少一个嵌件主体的所述前面的一边缘处；和

第一个所述斜面邻近所述第一个刃棱面形成。

14.如权利要求12所述的井下金属切削工具，其中每个所述刃棱面相对于所述至少一个嵌件主体的所述轴线成不小于75度的角度。

15.如权利要求12所述的井下金属切削工具，其中每个所述斜面相对于所述至少一个嵌件主体的的所述轴线成介于20度和70度之间的角度。

16.如权利要求12所述的井下金属切削工具，其中：

每个所述刃棱面是基本上平面的直线形表面；和

每个所述斜面是基本上平面的直线形表面。

17.如权利要求16所述的井下金属切削工具，其中所述嵌件主体是基本上直线形的实心体。

18.如权利要求12所述的井下金属切削工具，其中：

每个所述刃棱面是基本上平面的环形表面；和

每个所述斜面是基本上截头圆锥形的表面。

19.如权利要求18所述的井下金属切削工具，其中所述嵌件主体为基本上圆柱形的。

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