Функционально выщелоченный режущий пка-элемент

Функционально выщелоченный режущий пка-элемент

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем смысле относится к режущим элементам из поликристаллического алмазного композита ("PDC") и, более конкретно, к режущим PDC-элементам, обладающим улучшенной термической устойчивостью.

Уровень техники

Поликристаллический алмазный композит ("PDC") применяется в промышленности, например, при бурении породы и в обработке металлов резанием. Такие композиты перед некоторыми другими типами режущих элементов продемонстрировали такие преимущества, как лучшая износостойкость и ударная вязкость. PDC может быть образован спеканием вместе индивидуальных алмазных зерен под условиями высокого давления и высокой температуры ("НРНТ"), именуемых «областью устойчивости алмаза», которая в типичном случае превышает 40 кбар и находится между 1200°С и 2000°С, в присутствии катализатора/растворителя, который способствует образованию связей алмаз-алмаз. Некоторые примеры катализатора/растворителя для получаемых спеканием алмазных композитов представлены кобальтом, никелем, железом и другими металлами VIII группы. PDC обычно имеют содержание алмазов, превышающее по объему 70%, в типичных случаях от около 80 до около 95%. Согласно одному примеру к инструменту может механически прикрепляться PDC, не имеющий подложки (не показано). В качестве варианта, PDC может присоединяться к подложке, тем самым образуя режущий PDC-элемент, который является в типичном случае вставляемым в скважинный инструмент (не показан), такой как буровое долото или расширительное долото.

На фиг.1 показан вид сбоку режущего PDC-элемента 100, имеющего режущую пластину 110 из поликристаллического алмаза («ПКА») или композита, в соответствии с известным уровнем техники. Хотя в данном примере описывается режущая ПКА-пластина 110, в альтернативных видах режущих элементов применяются другие типы режущих пластин, включая композиты кубического нитрида бора ("CBN"). Представленный на фиг.1 режущий PDC-элемент 100 в типичном случае включает режущую ПКА-пластину 110 и подложку 150, которая соединена с режущей ПКА-пластиной 110. Режущая ПКА-пластина 110 имеет толщину около ста тысячных долей дюйма (2,5 миллиметра), однако толщина может варьироваться в зависимости от приложения.

Подложка 150 включает верхнюю поверхность 152, нижнюю поверхность 154 и внешнюю стенку 156 подложки, которая продолжается от окружности верхней поверхности 152 к окружности нижней поверхности 154. Режущая ПКА-пластина 110 включает режущую поверхность 112, противоположную поверхность 114 и внешнюю стенку 116 режущей ПКА-пластины, которая продолжается от окружности режущей поверхности 112 к окружности противоположной поверхности 114. Согласно некоторым примерам осуществления по меньшей мере по окружности режущей ПКА-пластины 110 образована фаска (не показана). Противоположная по отношению к режущей ПКА-пластине 110 поверхность 114 соединена с верхней поверхностью 152 подложки 150. Как правило, режущая ПКА-пластина 110 присоединена к подложке 150 с помощью пресса НРНТ. Однако для соединения режущей ПКА-пластины 110 с подложкой 150 могут использоваться и другие, известные средним специалистам в данной области способы. В одном воплощении при соединении режущей ПКА-пластины 110 с подложкой 150 режущая поверхность 112 режущей ПКА-пластины 110 по существу является параллельной нижней поверхности 154 подложки 150. Помимо этого, режущий PDC-элемент 100 представлен как имеющий форму правильного круглого цилиндра, однако в других воплощениях режущий PDC-элемент 100 может быть образован в виде других геометрических или негеометрических форм. В некоторых воплощениях противоположная поверхность 114 и верхняя поверхность 152 являются по существу плоскими, однако в других воплощениях противоположная поверхность 114 и верхняя поверхность 152 могут не быть плоскими.

Согласно одному примеру режущий PDC-элемент 100 образован независимо получаемыми режущей ПКА-пластиной 110 и подложкой 150 с последующим присоединением режущей ПКА-пластины 110 к подложке 150. В качестве варианта вначале образуется подложка 150, а затем на верхней поверхности 152 подложки 150 образуется режущая ПКА-пластина 110 посредством помещения на верхнюю поверхность 152 поликристаллической алмазной крошки и подвергания поликристаллической алмазной крошки и подложки 150 действию высокой температуры и высокого давления. Хотя вкратце были упомянуты лишь два способа образования режущего PDC-элемента 100, могут применяться и другие способы, известные средним специалистам в данной области.

Согласно одному примеру режущая ПКА-пластина 110 присоединяется к подложке 150, образованной из такого материала, как цементированный карбид вольфрама, подверганием слоя алмазной крошки и смеси порошков карбида вольфрама и кобальта действию условий НРНТ. Кобальт диффундирует в алмазную крошку в ходе обработки и поэтому действует и как катализатор/растворитель спекания алмазной крошки для образования связей алмаз-алмаз, и в качестве связующего для карбида вольфрама. Между углерод-углеродными связями алмаза образуются пустоты. Между режущей ПКА-пластиной 110 и подложкой из цементированного карбида вольфрама 150 образуются прочные связи. Диффузия кобальта в алмазную крошку приводит к осаждению кобальта внутри пустот, образованных в режущей ПКА-пластине 110. Хотя в качестве примеров представляются лишь некоторые материалы, такие как карбид вольфрама и кобальт, для получения подложки 150, режущей ПКА-пластины 110 и образования связи между подложкой 150 и режущей ПКА-пластиной 110 могут использоваться и другие материалы, известные средним специалистам в данной области.

Так как кобальт, или материал катализатора, осаждается внутри пустот, образованных в режущей ПКА-пластине 110, и кобальт имеет намного более высокий коэффициент термического расширения, чем алмаз, режущая ПКА-пластина 110 при температурах, превышающих около 750°С, подвергается термической деструкции и ее эффективность резания значительно снижается. Поэтому были применены стандартные способы выщелачивания, известные средним специалистам в данной области, для того, чтобы ввести осажденный материал катализатора в химическое взаимодействие и таким образом удалить материал катализатора из пустот.

Все типичные способы выщелачивания включают присутствие раствора кислоты (не показан), который реагирует с материалом осажденного внутри пустот режущей ПКА-пластины 110 катализатора. Согласно одному примеру типичного способа выщелачивания режущий PDC-элемент помещается в раствор кислоты (не показан) так, чтобы по меньшей мере один участок режущей ПКА-пластины 110 был погружен в кислый раствор. Кислый раствор реагирует с материалом катализатора по внешним поверхностям режущей ПКА-пластины 110. Кислый раствор медленно перемещается внутрь режущей ПКА-пластины 110 и продолжает реагировать с материалом катализатора. Однако по мере того как кислый раствор продвигается далее вовнутрь, все больше и больше затрудняется удаление побочных продуктов реакции и, следовательно, скорость выщелачивания значительно замедляется. По этой причине устанавливается компромисс между продолжительностью процесса выщелачивания, при котором происходит увеличение затрат по мере увеличения длительности выщелачивания, и глубиной извлечения катализатора.

На фиг.2 показан вид в перспективе термически устойчивой оболочки 200 ПКА-пластины 110, показанной на фиг.1, в соответствии с известным уровнем техники. Термически устойчивая оболочка 200 является участком режущей ПКА-пластины 110 (фиг.1), подвергнутым выщелачиванию. Термически устойчивая оболочка 200 образована по внешним поверхностям режущей ПКА-пластины 110 (фиг.1) с использованием стандартных процессов выщелачивания и продолжается от внешних поверхностей на глубину 210 извлечения катализатора. Таким образом, термически устойчивая оболочка 200 включает режущую поверхность 112 и внешнюю стенку 116 режущей ПКА-пластины 110 (фиг.1), и продолжается внутрь приблизительно на глубину 210 извлечения катализатора. Термически устойчивая оболочка 200 является по существу чашеобразной и образует в себе полость 215. Полость 215 занимается богатой катализатором режущей ПКА-пластиной 310 (фиг.3А). Таким образом, режущая ПКА-пластина 110 (фиг.1) включает термически устойчивую оболочку 200 и богатую катализатором режущую ПКА-пластину 310 (фиг.3А). Типичные способы выщелачивания включают удаление материала катализатора из участка режущей ПКА-пластины 110 (фиг.1), образуя тем самым термически устойчивую оболочку 200. Обычно глубина 210 извлечения катализатора является равномерной, что обуславливается управляющими параметрами процесса выщелачивания, однако в некоторых примерах глубина 210 извлечения катализатора может быть неравномерной. Глубина 210 извлечения катализатора в типичном случае находится в диапазоне от около двух тысячных долей дюйма (0,05 миллиметра) до около восьми тысячных долей дюйма (0,2 миллиметра), но в определенных воплощениях может быть и больше. Термически устойчивая оболочка 200 является по существу не содержащей материала катализатора и поэтому обеспечивает намного большую термическую устойчивость, позволяя режущему PDC-элементу 100 (фиг.1) выдерживать высокие температуры в пятне контакта, развивающиеся при взаимодействии между горной породой и режущим PDC-элементом 100 (фиг.1). Отсутствие материала катализатора внутри термически устойчивой оболочки 200 предупреждает повреждения, вызываемые на микроскопическом уровне разницей в тепловом расширении между кристаллической решеткой алмаза и материалом катализатора и задерживает возникновение процесса графитизации алмаза.

На фиг.3А показан вид в перспективе режущей ПКА-пластины 110, раскрывающей площадку 300 притупления, в соответствии с известным уровнем техники. Режущая ПКА-пластина 110 включает термически устойчивую оболочку 200, окружающую участки богатой катализатором режущей ПКА-пластины 310. По мере того, как участок термически устойчивой оболочки 200 истирается в результате взаимодействия между режущей ПКА-пластиной 110 и горной породой, образуется площадка 300 притупления, тем самым раскрывая участок богатой катализатором режущей ПКА-пластины 310. В результате площадка 300 притупления образует границу 305 раздела между термически устойчивой оболочкой 200 и участком богатой катализатором режущей ПКА-пластины 310. Участок богатой катализатором режущей ПКА-пластины 310 также начинает взаимодействовать с горной породой наряду с взаимодействием между горной породой и термически устойчивой оболочкой 200, таким образом, ускоряя процесс термомеханического износа режущей ПКА-пластины 110. Это ведет к резкой потере эффективности резания и значительно снижает остаточный ресурс режущего PDC-элемента 100 (фиг.1). Когда термически устойчивая оболочка 200 истирается и участок богатой катализатором режущей ПКА-пластины 310 оказывается раскрытым, также начинает проявляться действие второго механизма отказа. Второй механизм отказа включает наличие взаимодействия с горной породой как участка термически устойчивой оболочки 200, так и участка богатой катализатором режущей ПКА-пластины 310. В ходе процесса бурения на границе раздела 305 и в точке контакта границы раздела 305 с горной породой образуются трещины. В итоге внутри режущей ПКА-пластины 110 образуются мелкие крошки, таким образом ускоряя разрушение режущего PDC-элемента 100 (фиг.1).

На фиг.3 В показан вид в перспективе режущей ПКА-пластины 110 с развивающейся более крупной площадкой 300 притупления в соответствии с известным уровнем техники. В ходе продолжения процесса бурения и большего удаления горной породы под усилием сдвига режущей ПКА-пластины 110 размер площадки 350 притупления увеличивается, тем самым раскрывая еще больший участок богатой катализатором режущей ПКА-пластины 310. По мере прогрессирования износа интенсивность накопления повреждений ускоряется под действием теплового эффекта, поскольку имеется больший участок богатой катализатором режущей ПКА-пластины 310, взаимодействующей с горной породой, и взаимодействующей с горной породой менее термически устойчивой оболочки 200. Кобальт внутри более крупного участка богатой катализатором режущей ПКА-пластины 310 термически расширяется с отличным от алмазов коэффициентом расширения, таким образом, увеличивая степень повреждений.

Краткое описание чертежей

Предшествующие и другие признаки и объекты данного изобретения лучше всего поддаются пониманию при обращении к следующему описанию некоторых примеров его осуществления, когда воспринимаются в сочетании с сопутствующими чертежами.

На фиг.1 показан вид сбоку режущего PDC-элемента, имеющего режущую ПКА-пластину в соответствии с известным уровнем техники;

на фиг.2 - вид в перспективе термически устойчивой оболочки ПКА-пластины из фиг.1 в соответствии с известным уровнем техники;

на фиг.3А - вид в перспективе режущей ПКА-пластины, раскрывающей площадку притупления, в соответствии с известным уровнем техники;

на фиг.3В - вид в перспективе режущей ПКА-пластины, раскрывающей более крупную площадку притупления, в соответствии с известным уровнем техники;

на фиг.4 - вид в перспективе режущего PDC-элемента, имеющего режущую ПКА-пластину в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг.5 - вид в перспективе термически устойчивой оболочки режущей ПКА-пластины с фиг.4 в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг.6А - вид в перспективе режущей ПКА-пластины, раскрывающей площадку притупления, в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг.6В - вид в перспективе режущей ПКА-пластины, раскрывающей более крупную площадку притупления, в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг.7 - графическую зависимость глубины площадки притупления и процентной доли раскрытой термически устойчивой оболочки по отношению к полной поверхности площадки притупления для режущей ПКА-пластины известного уровня техники и режущей ПКА-пластины в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг.8 - графическая зависимость глубины площадки притупления и площади площадки притупления режущей ПКА-пластины для случаев режущей ПКА-пластины известного уровня техники и режущей ПКА-пластины в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг.9 - вид сбоку режущего PDC-элемента в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг.10 - вид сверху режущей ПКА-пластины в соответствии с еще одним примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг.11 - вид сверху режущей ПКА-пластины в соответствии с еще одним примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг.12 - вид в перспективе термически устойчивой оболочки режущей ПКА-пластины в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг.13 - вид сверху режущей ПКА-пластины в соответствии с еще одним примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг.14А - вид сбоку устройства для изготовления канавок, предназначенного для изготовления одной или более канавок, в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг.14В - вид сбоку устройства для изготовления получаемых спеканием канавок, образованного посредством спекания устройства для изготовления канавок с фиг.14А, в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения; и

на фиг.14С - вид сверху режущей ПКА-пластины с фиг.14В в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения.

Данные чертежи лишь иллюстрируют примеры осуществления данного изобретения и поэтому не могут рассматриваться в качестве ограничивающих его объем, поскольку изобретение может быть представлено и в других, в той же мере эффективных воплощениях.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение в общем смысле направлено на режущие элементы из поликристаллического алмазного композита ("PDC") и, более конкретно, на режущие PDC-элементы, обладающие улучшенной термической устойчивостью. Хотя описание примеров осуществления представляется ниже в отношении режущего PDC-элемента, альтернативные варианты воплощения изобретения могут быть применимыми и к другим типам режущих элементов или композитов, включая, но, не ограничиваясь режущими элементами из поликристаллического нитрида бора ("PCBN") или композитов PCBN. Изобретение лучше понимается при прочтении следующего описания неограничивающих примеров его осуществления с обращением к прилагаемым чертежам, на которых одинаковые детали на всех фигурах идентифицируются одинаковыми номерами позиций и которые кратко описываются следующим образом.

На фиг.4 показан вид в перспективе режущего PDC-элемента 400, имеющего режущую ПКА-пластину 410 в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения. Хотя в данном примере осуществления описывается режущая ПКА-пластина 410, в альтернативных вариантах режущих элементов применяются и другие типы режущих пластин, включая композиты кубического нитрида бора ("CBN"). Представленный на фиг.4 режущий PDC-элемент 400 включает режущую ПКА-пластину 410 и подложку 450, которая соединена с режущей ПКА-пластиной 410. Режущая ПКА-пластина 410 является подобной режущей PDC-пластине 110 (фиг.1), а подложка 450 подобна подложке 150 (фиг.1). Однако режущая ПКА-пластина 410 более термически устойчива и имеет более длительный срок службы, чем режущая ПКА-пластина 110 (фиг.1), что более подобно описано далее. При одинаковой оптимальной продолжительности выщелачивания режущая ПКА-пластина 410 представляет больше удаляемого материала катализатора, чем режущая ПКА-пластина 110 (фиг.1). Толщина режущей ПКА-пластины 410 составляет около ста тысячных долей дюйма (2,5 миллиметра), однако эта толщина может варьироваться в большую или меньшую сторону в зависимости от применения и/или производственных предпочтений, которые могут основываться на уровне затрат.

Подложка 450 включает верхнюю поверхность 452, нижнюю поверхность 454 и внешнюю стенку 456 подложки, которая продолжается от окружности верхней поверхности 452 к окружности нижней поверхности 454. Согласно одному примеру осуществления подложка 450 образована в форме правильного круглого цилиндра, но может быть образована и в виде других геометрических или негеометрических форм в зависимости от применений режущего PDC-элемента 400. Согласно одному примеру осуществления подложка 450 образована с применением порошка карбида вольфрама и кобальта, подвергнутых действию высокого давления и высоких температур, однако, не отступая от объема и сущности данного примера осуществления, могут использоваться и другие соответствующие материалы, известные средним специалистам в данной области.

Режущая ПКА-пластина 410 включает режущую поверхность 412, противоположную поверхность 414, внешнюю стенку 416 режущей ПКА-пластины, которая продолжается от окружности режущей поверхности 412 к окружности противоположной поверхности 414, и одну или более канавок 420, продолжающихся от участка режущей поверхности 412 к участку внешней стенки 416 режущей ПКА-пластины. Согласно некоторым примерам осуществления по меньшей мере по окружности режущей ПКА-пластины 410 образована фаска (не показана). Согласно одному примеру осуществления режущая ПКА-пластина 410 образована с применением алмазной крошки и материала катализатора, такого как кобальт, подвергнутых действию высокого давления и высоких температур, однако, не отступая от объема и сущности данного примера осуществления, могут использоваться и другие соответствующие материалы, известные средним специалистам в данной области. Канавки 420 образованы в режущей пластине PDC 410 либо после образования режущей ПКА-пластины 410, либо в ходе процесса спекания, при котором образуется режущая ПКА-пластина 410, оба эти способа подробно описываются ниже.

Режущая ПКА-пластина 410 присоединяется к подложке 450 в соответствии со способами, известными средним специалистам в данной области. В одном примере режущий PDC-элемент 400 образован независимо получаемыми режущей ПКА-пластиной 410 и подложкой 450 с последующим присоединением режущей ПКА-пластины 410 к подложке 450. В другом примере вначале образуется подложка 450, а затем на верхней поверхности 452 подложки 450 образуется режущая ПКА-пластина 410 посредством помещения на верхнюю поверхность 454 поликристаллической алмазной крошки и подвергания поликристаллической алмазной крошки и подложки действию высокой температуры и высокого давления.

В одном примере осуществления при соединении режущей ПКА-пластины 410 с подложкой 450 режущая поверхность 412 режущей ПКА-пластины 410 по существу является параллельной нижней поверхности 454 подложки 450. Помимо этого, режущий PDC-элемент 400 изображен как имеющий форму правильного круглого цилиндра, однако в других примерах осуществления режущий PDC-элемент 400 может быть образован в виде других геометрических или негеометрических форм. В некоторых примерах осуществления противоположная поверхность 414 и верхняя поверхность 452 являются по существу плоскими, однако в других примерах осуществления противоположная поверхность 414 и верхняя поверхность 452 могут не быть плоскими.

Согласно одному примеру режущая ПКА-пластина 410 присоединяется к подложке 450, такой как цементированный карбид вольфрама, подверганием слоя алмазной крошки с или без порошка кобальта действию условий НРНТ. Кобальт диффундирует в алмазную крошку в ходе обработки и поэтому действует и как катализатор/растворитель спекания алмазной крошки для образования связей алмаз-алмаз, и в качестве связующего для карбида вольфрама. Между режущей ПКА-пластиной 410 и подложкой из цементированного карбида вольфрама 450 образуются прочные связи. Диффузия кобальта в алмазную крошку приводит к осаждению кобальта внутри пустот, образованных в режущей ПКА-пластине 410. Хотя в качестве примеров обеспечиваются лишь некоторые материалы, такие как карбид вольфрама и кобальт, для получения подложки 450, режущей ПКА-пластины 410 и образования связи между подложкой 450 и режущей ПКА-пластиной 410 могут использоваться и другие материалы, известные средним специалистам в данной области.

Так как кобальт, или материал катализатора, осаждается внутри пустот, образованных в режущей ПКА-пластине 410, и кобальт имеет внутри режущей ПКА-пластины 410 намного более высокий коэффициент термического расширения, чем алмаз, режущая ПКА-пластина 410 для улучшения ее термической устойчивости подвергается процессу выщелачивания. Как упоминалось ранее, в процессе выщелачивания происходит удаление материала катализатора из образованных между углеродными связями пустот. Благодаря компромиссу между длительностью процесса выщелачивания и глубиной выщелачивания, глубина выщелачивания составляет около 0,2 миллиметров; однако глубина выщелачивания может быть различной в зависимости от применений и ограничений на издержки. Глубина выщелачивания возрастает при подвергании режущей ПКА-пластины 410 более продолжительному процессу выщелачивания.

Каждая канавка 420 имеет по существу треугольную форму и включает поперечный срез 422 канавки, продольный срез 425 канавки и первый угловой срез 428 канавки. Поперечный срез 422 канавки образован по участку режущей поверхности 412. Продольный срез 425 канавки образован по участку внешней стенки 416 режущей ПКА-пластины. Первый угловой срез 428 канавки продолжается от участка поперечного среза 422 канавки к участку продольного среза 425 канавки. Участок режущей ПКА-пластины 410, ограниченный поперечным срезом 422 канавки, продольным срезом 425 канавки и первым угловым срезом 428 канавки, удаляется, тем самым образуя канавку 420. Хотя некоторые примеры осуществления включают канавки 420 треугольной формы, другие примеры осуществления, не отступая от объема и сущности примера осуществления, имеют канавки, которые образованы с другой геометрической формой, такой как квадратная, прямоугольная или трубчатая, или же не имеют простой геометрической формы. Канавки 420 образованы по существу вблизи внешнего периметра режущей ПКА-пластины 410, так как он является областью, выполняющей большинство действий резания. Канавки 420, образованные внутри режущей ПКА-пластины 410, обеспечивают более значительную доступную для процесса выщелачивания площадь поверхности режущей ПКА-пластины 410. Следовательно, больший объем режущей ПКА-пластины 410 подвергается обработке способом выщелачивания, тем самым приводя к образованию усовершенствованной режущей ПКА-пластины 410, которая в области выполнения большинства действий резания является термически более устойчивой, чем режущая ПКА-пластина 110 (фиг.1).

Поперечный срез 422 канавки включает ближний конец 423 поперечного среза канавки и дальний конец 424 поперечного среза канавки, и продолжается от ближнего конца 423 поперечного среза канавки к дальнему концу 424 поперечного среза канавки по существу линейно. Однако в других примерах осуществления поперечный срез 422 канавки по существу является круговым и включает ближний конец 423 поперечного среза канавки и дальний конец 424 поперечного среза канавки по противоположным концам окружности поперечного среза 422 канавки. Ближний конец 423 поперечного среза канавки по существу располагается в точке на окружности режущей поверхности 412. Однако согласно другим примерам осуществления ближний конец 423 поперечного среза канавки располагается в точке внутри окружности режущей поверхности 412. Дальний конец 424 поперечного среза канавки располагается в точке внутри окружности режущей поверхности 412 и ближе к центру режущей поверхности 412, чем положение ближнего конца 423 поперечного среза канавки.

Продольный срез 425 канавки включает ближний конец 426 продольного среза канавки и дальний конец 427 продольного среза канавки, и продолжается от ближнего конца 426 продольного среза канавки к дальнему концу 427 продольного среза канавки по существу линейно. Однако в других примерах осуществления продольный срез 425 канавки по существу является круговым и включает ближний конец 426 продольного среза канавки и дальний конец 427 продольного среза канавки по противоположным концам окружности продольного среза 425 канавки. Ближний конец 426 продольного среза канавки располагается в точке на внешней стенке 416 режущей ПКА-пластины, где внешняя стенка 416 режущей ПКА-пластины встречается с окружностью режущей поверхности 412. Таким образом, расположение ближнего конца 423 поперечного среза канавки и ближнего конца 426 продольного среза канавки является одним и тем же. Однако в соответствии с другими примерами осуществления ближний конец 426 продольного среза канавки располагается на внешней стенке 416 режущей ПКА-пластины в точке ниже той, где внешняя стенка 416 режущей ПКА-пластины встречается с окружностью режущей поверхности 412. Согласно этим примерам осуществления расположение ближнего конца 423 поперечного среза канавки и ближнего конца 426 продольного среза канавки оказывается различным. Дальний конец 427 продольного среза канавки располагается на внешней стенке 416 режущей ПКА-пластины в точке ниже ближнего конца 426 продольного среза канавки, которая по сравнению с расположением ближнего конца 426 продольного среза канавки находится еще дальше от той, где внешняя стенка 416 режущей ПКА-пластины встречается с окружностью режущей поверхности 412. Дальний конец 427 продольного среза канавки по вертикали располагается на одной линии с ближним концом 426 продольного среза канавки. Однако в других примерах осуществления дальний конец 427 продольного среза канавки не располагается на одной вертикальной линии с ближним концом 426 продольного среза канавки. Например, в некоторых примерах осуществления дальний конец 427 продольного среза канавки располагается на одной горизонтальной линии с ближним концом 426 продольного среза канавки. В еще одном примере дальний конец 427 продольного среза канавки не выровнен с ближним концом 426 продольного среза канавки ни по вертикали, ни по горизонтали, как в других примерах осуществления.

Первый угловой срез 428 канавки продолжается от дальнего конца 424 поперечного среза канавки к дальнему концу 427 продольного среза канавки. Первый угловой срез 428 канавки образует с режущей поверхностью 412 угол в пределах от около 5° до около 85°, который зависит от толщины режущей ПКА-пластины 410. Согласно некоторым примерам осуществления первый угловой срез 428 канавки образует угол относительно режущей поверхности 412, который приблизительно равен продольному переднему углу режущего элемента 400 при его размещении в скважинном инструменте (не показан). В некоторых примерах осуществления, в которых расположение ближнего конца 423 поперечного среза канавки и ближнего конца 426 продольного среза канавки являются различными, образуется второй угловой срез канавки (не показан), продолжающийся от ближнего конца 423 поперечного среза канавки к ближнему концу 426 продольного среза канавки. Согласно этим альтернативным примерам осуществления участок режущей ПКА-пластины 410, ограниченный поперечным срезом 422 канавки, продольным срезом 425 канавки, первым угловым срезом 428 канавки и вторым угловым срезом канавки, удаляется, тем самым образуя канавку 420.

Согласно иллюстрируемому примеру осуществления имеется семь канавок 420, образованных в виде группы 430 на режущей ПКА-пластине 410. Канавки 420 параллельны друг другу и образованы по существу рядом друг с другом. Образованные канавки 420 имеют глубину, которая варьирует от 0,1 миллиметра до около нескольких миллиметров в зависимости от толщины режущей ПКА-пластины 410. Помимо этого, канавки 420 образованы там, где продольные срезы 425 канавок находятся по существу под прямым углом к режущей поверхности 412. Кроме того, все канавки 420 располагаются через равноудаленные промежутки друг от друга.

Хотя в одном примере осуществления иллюстрируются семь канавок 420, согласно другим примерам осуществления количество канавок 420 может быть большим или меньшим. Количество канавок 420 может варьироваться от одной до около пятидесяти или даже более в зависимости от размера режущего элемента 400 и/или ширины канавок 420. В некоторых примерах осуществления все канавки 420 являются одинаковыми, однако в альтернативных примерах осуществления одна или более канавок 420 различаются. Например, по меньшей мере одна канавка 420 включает первый угловой срез 428 канавки, который образует угол с режущей поверхностью 412, отличающийся от угла, образованного между первым угловым срезом канавки и режущей поверхностью другой канавки. В другом примере длина по меньшей мере одного поперечного среза 422 канавки и продольного среза 425 канавки одной канавки 420 различается с по меньшей мере одним соответствующим измерением другой канавки. В некоторых примерах осуществления допускаются различия в размерах канавок, форме и/или ориентации в целях оптимизации объема режущей PDC-пластины 410, подвергаемого процессу выщелачивания.

Помимо этого, хотя согласно иллюстрируемому примеру осуществления канавки 420 образованы параллельно друг другу, в других примерах осуществления канавки 420 образованы по окружности или радиально по отношению к внешнему периметру режущей ПКА-пластины 410. Согласно некоторым примерам осуществления круговой порядок расположения канавок 420 образуется вблизи одного участка периметра режущей ПКА-пластины 410. Согласно другим примерам осуществления круговой порядок расположения канавок 420 образуется по всему периметру режущей ПКА-пластины 410. Согласно некоторым примерам осуществления минимальные промежутки между канавками 420 составляют около тридцати трех тысячных долей дюйма, однако в других примерах осуществления минимальные промежутки между соседними канавками 420 составляют менее тридцати трех тысячных долей дюйма. Хотя в поясняемом воплощении отображается продольный срез 425 канавки, образованный под прямым углом к режущей поверхности 412, поперечный срез 425 канавки может быть образован под углами в пределах от 5° до около 175° к режущей поверхности 412. Кроме того, хотя канавки 420 образованы равноудаленным друг от друга образом, в некоторых примерах осуществления интервалы между соседними канавками могут быть различными.

В некоторых примерах осуществления одна или несколько групп 430 канавок 420 образованы по окружности режущей ПКА-пластины 410 таким образом, чтобы режущий элемент 400 мог извлекаться, поворачиваться и вновь устанавливаться в скважинный инструмент или в другой инструмент в целях многократного использования, таким образом, обеспечивая для резания новый или свежий край режущей пластины PDC 410. Например, когда первая группа 430 канавок 420 оказывается изношенной в результате резания горной породы, режущий элемент 400 может быть повернут так, чтобы выставить наружу неизношенную группу (не показана) канавок 420 для дальнейшего резания горной породы. В зависимости от примера осуществления, группы 430 располагаются с угловыми интервалами друг от друга, составляющими от 45° до около 180°.

Согласно некоторым примерам осуществления канавки 420 образуются после образования режущей ПКА-пластины 410. В одном примере канавки 420 образованы механическим способом с помощью шлифовального круга и/или дисковой пилы. В другом примере канавки 420 образованы с помощью электроискровой установки, например, обработкой на электроэрозионном вырезном станке ("wire EDM"). В еще одном примере канавки 420 образованы с применением станков для лазерной резки. Наряду с несколькими представленными примерами получения канавок 420, не отступая от объема и сущности примера осуществления, с использованием преимуществ настоящего раскрытия могут применяться и другие известные средним специалистам в данной области способы. В некоторых альтернативных примерах осуществления канавки 420 образуются в ходе выполняемого в условиях высокого давления и высокой температуры процесса спекания режущей ПКА-пластины 410, который подробно описывается далее.

На фиг.5 показан вид в перспективе термически устойчивой оболочки 500 режущей ПКА-пластины 410 с фиг.4 в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения. Термически устойчивая оболочка 500 является участком режущей ПКА-пластины 410 (фиг.4), подвергнутой выщелачиванию или удалению материала катализатора. Термически устойчивая оболочка 500 образуется по внешним поверхностям режущей ПКА-пластины 410 (фиг.4) с использованием процессов выщелачивания, известных средним специалистам в данной области. Термически устойчивая оболочка 500, которая включает режущую поверхность 412, внешнюю стенку 416 режущей ПКА-пластины и канавки 410 (фиг.4), продолжается от внешних поверхностей во внутренние участки режущей ПКА-пластины 410 на глубину 510 извлечения катализатора. Таким образом, термически устойчивая оболочка 500 включает режущую поверхность 412, внешнюю стенку 416 режущей ПКА-пластины 410 (фиг.4) и канавки 420 (фиг.410) и продолжается вовнутрь в режущую ПКА-пластину 410 (фиг.4) от каждой из режущей поверхности 412, внешней стенки 416 режущей ПКА-пластины 410 (фиг.4) и канавок 420 (фиг.4) на глубину около глубины 510 извлечения катализатора. Термически устойчивая оболочка 500 является по существу чашеобразной и образует в себе полость 515. Внутри внутреннего участка по существу чашеобразной термически устойчивой оболочки 500 образованы одно или несколько ребер 520. Эти ребра 520 образуют участок термически устойчивой оболочки 500 и образуются благодаря продвижению вовнутрь процесса выщелачивания, протекающего по канавкам 420 (фиг.4). Согласно некоторым примерам осуществления по меньшей мере одно ребро 520 находится в контакте с по меньшей мере одним соседним ребром 520. Полость 515 занимается богатой катализатором режущей ПКА-пластиной 610 (фиг.6В). Таким образом, режущая ПКА-пластина 410 (фиг.4) включает термически устойчивую оболочку 500 и богатую катализатором режущую ПКА-пластину 610 (фиг.6В).

Процесс выщелачивания включает удаление материала катализатора из участка режущей ПКА-пластины 410 (фиг.4), образуя тем самым термически устойчивую оболочку 500. Обычно глубина 510 извлечения катализатора является однородной, что обуславливается управляющими параметрами процесса выщелачивания, однако в некоторых примерах глубина 510 извлечения катализатора может быть неравномерной. Глубина 510 извлечения