專利名稱：：多晶金剛石切割元件及使用它的方法
技術領域：
：本文的技術涉及井場操作。更具體地說，本文的技術涉及可用于例如礦物勘探(特別是油和天然氣)用鉆地鉆頭的多晶金剛石切割(roc)元件。
背景技術：
：多晶金剛石元件和類多晶金剛石元件為了本說明書的目的被稱為PDC元件。roc元件通常由碳基材形成。另一略微相似的類金剛石材料被稱作碳氮化物(CN)，如在美國專利N0.5，776，615中所描述的。PDC元件通常是由在高溫高壓下被處理成粘結金剛石晶體的多晶矩陣的材料混合物形成的。PDC元件可以在它們的形成期間使用催化材料的工藝中制成。這些催化材料可能形成殘留物，其可能在使用中對roc元件的最大有用操作溫度施加限制。PDC元件的一種制造形式可以是兩層或者多層PDC元件，其中多晶金剛石材料的對向平臺(facingtable)一體地粘結至硬度較低材料(比如燒結碳化鶴)的基體。PDC元件可以呈圓形或者部分圓形片塊的形式，或者它可以形成為適合于鉆孔應用或者其它應用(比如摩擦軸承、閥門表面、壓頭、工具心軸等)的其它形狀。這種類型的PDC元件可以用于廣泛的應用，其中可能需要硬質的耐磨耐腐蝕材料。PDC元件也可以在鉆地鉆頭中找到特定用途，其中PDC元件的基體可以也可以不硬焊至載體，而該載體通常也可以是燒結碳化鎢。用于PDC元件的該構造可以使用在固定切割器或者滾動切割器鉆地鉆頭中。這些PDC元件可以被接收在鉆頭的承窩中，硬焊在鉆頭的面上，或者侵入“矩陣”類型鉆頭的本體中。roc元件也可以固定至機床中的支柱，以用于機械加工各種非鐵材料。PDC元件可以通過在高壓高溫壓機中由金剛石粉末與合適的粘結劑催化材料燒結而成。用于形成PDC元件的技術例如在美國專利N0.3，141，746中有描述。在用于制造I3DC元件的一種工藝中，金剛石粉末被施加至包含有鈷的預形成碳化鎢基體的表面。該組件于是在壓機中受到非常高的溫度和非常高的壓力。在該工藝期間，鈷從基體遷移到金剛石層(或者平臺)中，并用作粘結劑催化材料，使金剛石顆粒隨金剛石對金剛石粘結而粘結至彼此，并且使金剛石層粘結至基體。完成的PDC元件可以具有至少一個這樣的本體，其中金剛石晶體矩陣彼此粘結并且許多空隙包含有如上所述的粘結劑催化材料。金剛石晶體可以具有第一連續矩陣的金剛石，而空隙形成包含有粘結劑催化材料的第二連續矩陣的空隙。另外，可能存在較少的區域，其中金剛石對金剛石生長已封裝了一部分粘結劑催化材料。這些“孤立部”可以不是粘結劑催化材料的連續空隙矩陣的一部分。在一個形式中，金剛石本體可以具有從大約85%到大約95%的金剛石(按體積計)，并且粘結劑催化材料可以具有其它大約5%到大約15%的金剛石。這種PDC元件可以從大約400攝氏度的溫度開始由于空隙鈷粘結劑催化材料與金剛石矩陣之間的差異熱膨脹而受到熱降解。在充分膨脹時，金剛石對金剛石粘結可能破裂，從而可能發生裂紋和崩缺。當用在高度磨蝕性的切割應用中時，比如在鉆頭中，這些PDC元件通常可能磨損或者碎裂，并且在PDC元件的耐磨性與它們的沖擊強度之間觀察到存在一定關系。該關系可以歸因于在粘結的金剛石晶體中殘留于空隙區域中的催化材料，其有助于金剛石層的熱降解。可以優選地從工作表面的一部分去除該催化材料的一部分，以形成具有更高耐磨性的表面，而不大幅降低其沖擊強度。設計為用于增加強度特征的這類PDC元件的示例在美國專利N0.6，601，662,6,592，985和6，544，308中有描述。某些類型的PDC元件(例如，金剛石結構)可以在切割器鉆孔時形成突出的唇部。隨著切割器鉆入地中，這些唇部可以重復地形成然后崩落，以便總是對于形成物呈現鋒利的切割刃邊。然而，一定量的磨損可以發生在切割元件中以形成唇部。隨著時間的推移，各種類型的PDC元件已廣泛用于油田鉆探工業，并且已做出了多種嘗試來增加這些PDC元件的切割效率。然而，鉆探市場保持有競爭力，并且要求更高的鉆探穿刺速率。本文提供的技術設計成用于提供這些和其它能力
發明內容本文公開了一種多晶金剛石切割元件，其用于礦井鉆探井下鉆頭工具，該工具具有帶金剛石平臺(table)的基體。所述金剛石平臺沿其周緣具有最初的切割刃邊；并且至少一個模型(pattern)—體地形成在金剛石平臺內。所述模型圍繞所述金剛石平臺限定出至少一個不連續部，其在操作中受到沖擊時選擇性地破碎掉，以在所述金剛石平臺中生成新的切割刃邊，由此使鋒利的切割刃邊連續地暴露于被切割的材料。所述多晶金剛石切割元件可以具有不連續部，其在所述金剛石平臺內沿所述最初切割刃邊形成，所述金剛石平臺反應于操作載荷以將剪切力引導入所述金剛石平臺中，以碎裂所述最初切割刃邊并形成所述新的切割刃邊。此外，所述多晶金剛石切割元件可以具有作為濾網模型的至少一個模型。上述多晶金剛石切割元件也可以具有蜂窩模型，其中所述模型在超高溫度和壓力的條件下與金剛石平臺和基體燒結在一起，這還可以包括多晶金剛石粗砂，并且所述基體可以具有碳化鎢基體。此外，所述多晶金剛石切割元件可以具有至少一個不連續部，其是沿所述最初切割刃邊的碎裂表面。所述不連續部可以定位成靠近所述最初切割刃邊，并跟隨所述金剛石平臺的刃邊幾何結構。另外，上述多晶金剛石切割元件的金剛石平臺可以隨著時間的推移而磨損，使得所述至少一個模型在磨損和/或沖擊損壞時暴露于所述金剛石平臺的最初切割刃邊。上述多晶金剛石切割元件還可以具有金剛石平臺，所述金剛石平臺快速地磨損，使得所述至少一個模型快速地磨損掉，以暴露出新切割刃邊的受控幾何結構，由此減少所述金剛石平臺在后續沖擊時的損失。所述多晶金剛石切割元件還可以具有至少一個這樣的模型，其是以下構造之一:雪花構造、環狀構造、板狀構造、沖孔構造及其組合構造，并且所述模型可以是多個模型，各自具有平行于金剛石平臺的頂表面的附加不連續部。模型之一可以具有可圍繞切割刃邊定位的傾斜周緣。所述模型可以由聚合碳納米棒的分散丸狀物和/或碳化鎢制成。另外，還描述了這樣一種用于井下鉆孔工具的鉆頭的多晶金剛石切割元件，其由基體、可位于所述基體上的金剛石平臺構成。所述金剛石平臺可以沿其周緣具有最初的切割刃邊；和位于金剛石平臺內的至少一個模型。所述至少一個模型可以包括這樣的不連續部，其在所述金剛石平臺內限定出薄弱平面，所述不連續部在操作中沿所述薄弱平面選擇性地破碎掉，以在所述金剛石平臺中連續地暴露出碎裂表面，由此使鋒利的切割刃邊連續地暴露于被切割的材料。該多晶金剛石切割元件可以沿所述最初切割刃邊具有至少一個不連續部，其生成允許新切割刃邊暴露于被切割材料的碎裂表面。另外，所述至少一個模型可以具有限定出倒角角度的周緣，其在所述金剛石平臺中生成斷層線，所述斷層線受控于所述至少一個模型的濾網的角度。還公開了一種用鉆頭井下鉆孔的方法，是通過在鉆頭上設置多個多晶金剛石切割元件，所述多個多晶金剛石切割元件中的每一個具有基體；可位于所述基體上的金剛石平臺，所述金剛石平臺沿其周緣具有最初切割刃邊；和一體地形成在金剛石平臺內的至少一個模型。所述模型可以在所述金剛石平臺上限定出至少一個不連續部，其隨著鉆頭向地中的前進，在沖擊時通過選擇性地破碎掉所述金剛石平臺的一些部分以在金剛石平臺中生成新的切割刃邊，來連續地暴露鋒利的切割刃邊。為了能夠更加詳細地理解本發明的上述特征和優點，可以參考在附圖中示出的實施例來更具體地描述在以上概括的發明。然而，應該注意的是，附圖只示出了本發明的典型實施例，因此，不應認為是對其范圍的限制。附圖并不一定成比例，附圖中的某些特征和某些視圖可能在比例上夸大示出或者示意性地示出，以便清楚和簡潔。圖1是本發明的roc元件的透視圖。圖2是具有圖1的切割元件的鉆地鉆頭的透視圖。圖3是具有兩個不連續部的PDC元件的局部剖切透視圖，所述不連續部具有大致平行于PDC元件的頂表面的“環狀”構造。圖4A是具有“沖孔”構造的不連續部的俯視圖。圖4B是具有“雪花”構造的不連續部的透視圖。圖4C是不連續部為“板狀”構造的PDC元件的透視剖切圖。圖5是PDC元件的另一局部剖切透視圖，其具有呈“板狀”構造的兩個不連續部。圖6是圖5的PDC元件的截面圖。圖7是具有“環狀”構造的不連續部的俯視圖。圖8是在其中具有圖7所示不連續部的PDC元件的局部剖切透視圖，所述不連續部與PDC元件的頂表面成一定角度。具體實施例方式以下描述包括實施本獨創性主題的示例性設備、方法、技術和指令序列。然而，應該明白的是，所描述的實施例可以在沒有這些特定細節的情況下實踐。本文所描述的技術涉及構造成在鉆孔期間保持鋒利的多晶金剛石切割(roc)元件。PDC元件可以設置有不連續部，其能夠選擇性地中斷以連續地提供鋒利的刃邊。這類特征可以用于通過例如增加穿刺速率、減小磨損、增強鉆孔等來增強鉆孔操作。用于鉆地鉆頭的PDC元件的切割效率也可能受PDC元件上的切割刃邊制備的影響。在一個行程的整個長度上維持鋒利的刃邊對于改善鉆頭的整體鉆孔效率來說可能是重要的。現在參考圖1和2，本發明的PDC元件10可以是用于固定切割器旋轉鉆頭12(如圖2所示)的預形成切割元件。鉆頭12的鉆頭本體14可以形成有多個刀刃16，它們通常向外延伸離開鉆頭12的中心縱向旋轉軸線18。沿每個刀刃16的先導面20并排分開的是本發明的多個PDC元件10。通常，PDC元件10具有呈圓柱形片塊形式的本體，其具有薄的前向金剛石層(或者平臺)22和基體24。金剛石平臺22可以在一高壓高溫壓機中結合至由硬度較低材料(比如燒結碳化鎢或者其它金屬材料)形成的基體24。PDC元件10可以預先形成，然后可以結合到大體圓柱形的載體26上，所述載體26也可以由燒結碳化鎢形成。替代地，PDC元件10可以直接附接至刀刃16。PDC元件10具有外圍工作表面28和端部工作表面30，它們如圖所示可以彼此大致垂直。工作表面28和30也可以處于其它適當的角度。圓柱形載體26可以被接收在刀刃16中相應成形的承窩或者凹部內。載體26可以硬焊、冷縮配合、壓配合或者以其它方式固定到承窩中。在硬焊場合，硬焊接頭可以延伸到整個載體26和基體24的一部分上。操作中，固定的切割器鉆頭12被旋轉，并且施加重量。這迫使PDC元件10進入被鉆地表中，實現切割和/或鉆孔作用。圖3-8中示出的是各種PDC元件10，其具有較強和較弱的故意引入區域，呈圍繞金剛石平臺22的工作表面28、30形成的不連續部40a_d、a’的大體形式。不連續部40a_d、a’是嵌入金剛石平臺22內或者形成在金剛石平臺22上的幾何取向的非金剛石結構。這些不連續部40a_d、a’可以形成如本文將進一步描述的“斷層面薄弱處”。操作中，PDC元件10的切割作用可以取決于沿這些PDC元件10中每一個的周緣的切割刃邊50的幾何結構。切割刃邊50在操作期間通過沿PDC元件10內的這些不連續部40a_d、a’暴露和選擇性地失效而被連續地更新，以維持鋒利的切割刃邊50。PDC元件10內的不連續部40a_d、a’可以通過在預形成PDC元件10的金剛石層22內為不連續部40a-d、a’提供規則幾何結構來制成，比如蜂窩模型(如圖4B所示)、或者濾篩或濾網模型(如圖4A和4C所示)、或者眾多其它模型中的任一種。不連續部40a-d、a’也可以在一單獨操作中沖孔和/或沖壓而成，或者可以與PDC元件10同時形成。這些不連續部40a_d、a’可以優選由比如形成為絲網的碳化鎢等適當材料制成，但是眾多其它材料和幾何構造也可以是合適的。用于不連續部40a_d、a’的其它金屬材料可以是合適的，前提是它們與金剛石平臺22中的其它材料兼容。這些不連續部40a_d、a’可能在最終PDC元件10中生成耐磨性和沖擊強度不同的區域，因此，在操作時通過允許元件10沿這些不連續部40a-d、a’的選擇崩缺或者磨損來實現自我磨銳效果。圖4A和4C中的濾網模型或者圖4B所示蜂窩模型的開放性質允許金剛石層完全埋葬濾網模型，從而控制金剛石材料在任何特定鉆孔條件下“崩掉”多少。具有引入的不連續部40a_d、a’的預形成PDC元件10可以通過在高溫、高壓工藝中與多晶金剛石粗砂和碳化鎢基體燒結在一起而制成。在金剛石平臺22內沿切割刃邊50形成的不連續部可以對操作載荷做出反應，以將剪切力引入PDC元件10中，以使現有多晶金剛石平臺22在切割刃邊50處碎裂，并隨著PDC元件10被操作而從現有切割刃邊50形成新的切割刃邊。不連續部40a_d、a’如圖3_8所示限定出“斷層面”薄弱處。在這些圖中，“斷層面”薄弱處排列成大體平行于切割元件的頂表面30。在圖4B、4C、6和8中，“斷層面”薄弱處的部分不必平行于切割元件10的頂表面30。“斷層面”薄弱處也可以被限定成(例如，做成和取向成)使它們將趨于同時碎裂。然而，也可以使層疊的“斷層面”薄弱處配置成使得它們不對齊，如例如圖4B所示。現在參考圖3，不連續部40a圖示為呈環形并在PDC元件10內限定出薄弱區域的濾網模型52。圖3是切割元件10的局部剖切俯視圖，示出了在其中限定出“斷層面”薄弱處的兩組不連續部40a。斷層面薄弱處大致平行于PDC元件的頂表面30延伸。每組不連續部40a被特征化為在金剛石平臺22內大致平行于頂表面30延伸并向外延伸至PDC元件10的切割刃邊50處的“斷層面”部分。濾網模型52圖示為具有貫通其中的孔55。如圖所示，可以使用多個部分來生成隨PDC元件10在操作中磨損由濾網模型52限定出的多個層疊的“斷層面”薄弱處。圖4A是形成為呈“沖孔”構造的特定碳化鎢濾網模型54裂紋阻止器的不連續部40b的俯視圖。濾網模型54被沒有濾孔的區域64中斷，以允許金剛石圍繞并穿過濾網模型54裂紋阻止器粘結。這些沒有濾孔的區域64可以圍繞嵌入的不連續部40b形成，如圖5所示。濾網模型54是大體扁平的，并具有可以被斜切或者帶斜角的濾網周緣57。可想見的是，碳化鎢濾網模型54也可以延伸至PDC元件10的其它幾何結構和尺寸。圖4B是具有特定“雪花”蜂窩模型72的不連續部40c的透視圖。雪花蜂窩模型72具有扁平基底73，而扁平基底73具有由此成一定角度延伸的裙緣75。不連續部40c的該扁平基底73具有只覆蓋PDC元件10的截面的一部分(類似于圖4C的切割元件10上的不連續部40d)的平坦化蜂窩部分。扁平基底73具有圓環形狀，裙緣75從扁平基底73的一些部分延伸出去，以限定出“雪花”構造。圖4C是具有不連續部40d的PDC元件10的透視圖。不連續部40d具有類似于圖4A的濾網模型54的特定濾網模型54’。如該“板狀”構造所示，濾網模型54’沒有孔64。對本領域的技術人員顯而易見的是，圖4C示出了濾網模型54’定位在金剛石平臺22的處于PDC元件10的頂表面30下方(并且通常被隱藏)的部分上。PDC元件10已被磨損成使得金剛石層22的一些部分已沿斷層面薄弱處被移除，從而暴露出作為新頂表面30的濾網模型54’和傾斜的側表面25。在金剛石層22的磨損和移除前，濾網模型54’可以也可以不延伸至PDC元件的外側圓柱表面，因此在金剛石層22被崩掉前在其外徑上可以是可見的也可以是不可見的。參考圖5和6，在其中圖示了具有兩個“斷層面”不連續部40b的PDC元件10。圖5是圖4C的PDC元件10的局部剖切透視圖。不連續部40b大致平行于PDC元件10的頂表面30延伸，并且每個濾網模型54具有相鄰于切割刃邊50的斜面57，以一定角度58彎曲離開，如圖6所示。不連續部40d(如圖4C所示)也可以由該同一圖示出。引發的“斷層面”不連續部(如40b或40d)可以通過將濾網模型54的層中的一個或多個與預形成PDC元件10—起在高壓、高溫形成操作前放置在模具內而生成。濾網模型54可以是碳化鎢或者其它合適的化合物，并且在形成操作后，濾網可以與PDC元件10變成一體。如圖3和5所示的“斷層面”不連續部40a、40d不必必須排列成平行于端部工作表面30。本文所描述的其它不連續部可以以相似方式形成。圖6示出了圖5的I3DC元件10的縱截面圖。該圖示出了定位在金剛石平臺22中的兩個“斷層面”濾網模型不連續部。如該圖所示，不連續部的斜面57如圖所示圍繞切割刃邊50以一角度58延伸離開頂表面30。該構造在斷層線上限定出斜切角，所述斷層線在生成時，可以受控于斜面57的角度58。如本文所述的不連續部40a_d、a’的規則幾何結構可以在操作中生成，以通過在PDC元件10中生成非平坦碎裂表面來允許擇優磨損。例如，如圖5和6所示，碎裂表面可以沿不連續部40b的周緣以處于相對強度或者弱度的不連續部40b的角度58限定出。圖7示出了具有濾網模型52’的圖3所示不連續部40a’的俯視圖，所述濾網模型52’呈貫通其中帶有孔55’的環形構造。濾網模型52’延伸貫穿不連續部40a’的整個周緣(但不貫穿中心部)。不連續部40a’可以具有類似于圖4A所示濾網模型52的濾網模型52’。不連續部40a’或40a中的一個或多個可以定位在例如如圖3和8所示的PDC元件10中。圖8類似于圖3，但是只在其中示出了一個不連續部40a’，并與頂表面30成一定角度。許多不同類型的濾網模型可以延伸至這些部分的其它幾何結構和尺寸，并不局限于實心濾網。例如，本文的不連續部的濾網模型也可以形成為其它形狀，比如濾網模型52’(如圖7所示)或者其它模型。誘導應力平面的其余形狀可以按期望性能所需那樣具體設計。本文的附圖公開了適合于用于鉆地鉆頭的預形成PDC元件10，在金剛石平臺中嵌入有由碳化鎢(或者其它兼容材料)制成的規則幾何結構(比如蜂窩或者濾篩)的特征。嵌入的不連續部40a-d、a’可以被引入到圍繞用于鉆地鉆頭的PDC元件10的切割刃邊50的要害位置處。這些嵌入的不連續部40a_d、a’可以起到以擴散正在形成中的裂紋的尖端(cusp)處的應力集中并防止或者減慢其傳播的作用。作為結果，這從而能夠限制由于過載或者沖擊對金剛石平臺22的損壞，并且還能夠減少突然故障的情況或者至少使突然故障的影響最小化。本質上，不連續部40a_4d、40a’可以用作裂紋阻止器。不連續部40a_d、a’可以在超高溫度和壓力的條件下與多晶金剛石粗砂和碳化鎢基體燒結在一起，正如眾所周知的那樣。PDC元件構造可以被調節以使操作期間的新切割刃邊的形成最佳化。PDC元件10可以設置有較高的耐磨性(即更耐久或者更硬)，以防止PDC元件在使用中快速地且容易地磨損，或者使切割刃邊早于預期變鈍。改善PDC元件的固有耐磨性可以圍繞改善的燒結(金剛石對金剛石粘結)和/或將催化材料濾出相鄰于工作表面的PDC元件的濾網模型作出努力。PDC元件的固有耐磨性可以通過使用更細的金剛石顆粒而增加。所選金剛石顆粒可以選擇成避免折衷其它物理性能，比如刃邊的抗沖擊力，使金剛石在使用中崩落。從roc元件的完整性和耐磨性觀點來說，雖然可能希望改善燒結和金剛石對金剛石粘結，但是確保刃邊在操作中以盡可能小的崩缺的受控方式崩缺或者脫落也可能是有利的。如附圖還示出的，本文的不連續部可以定位成靠近切割刃邊50，并跟隨預形成PDC元件10的刃邊幾何結構，但是它們也可以沿其它表面延伸。在操作中，不連續部最初可能不磨損，但是可能在操作期間在周圍區域磨損時或者沖擊損壞時暴露出來。暴露出來的不連續部40a_d、a’可以快速地磨損或者崩掉，以暴露受控的幾何結構金剛石切割刃邊50，允許在后續沖擊時金剛石平臺22的受控損失。例如，如圖6所示，PDC元件10的斷層位置薄弱處可以受控于由濾網模型54設定的外圍切割刃邊工作表面28的斜面角度58，并且可以通過添加多個濾網模型54來得到調節。PDC元件切割10可以是多晶金剛石roc元件10，具有與碳化鎢基體一體形成的金剛石平臺22。金剛石平臺22可以設置有由非金剛石材料沿切割刃邊50形成的一個或多個不連續部40a_d、a’，其如上所述，在操作中通過使鋒利的切割刃邊連續地暴露于被切割的形成材料，來連續地生成和更新金剛石平臺22中的碎裂表面。用于不連續部40a_d、a’的合適的非金剛石材料可以包括大體圓形的鈦“濾網”產品，并且形成有或未形成濾網模型的中心部。在一個示例中，用于不連續部40a的非金剛石材料可以是形成為圓盤幾何形狀的沖孔碳化鎢濾網材料。另一優選實施例可以是由沖孔碳化鎢圓盤制成并形成為“貝氏彈簧墊圈(bellvillewasher)”狀的不連續部40a的濾網，其如圖4A所示,但是具有非常大(超過70%)的開放空間，其中濾網40a-d、a’為大約55%到大約65%、優選為大約61%開放。濾網幾何結構和材料以及處理也可以變化，以調節PDC元件10的厚度(對于圓盤或者分離)和開放空間的百分比。另外，還能夠減少燒結中的制造時間，因此得到這樣的燒結產品，其具有增加量的現在可從可獲得于金剛石平臺內的附加碳化鎢獲得的鈷，以制作這些PDC元件10。此外，由于與濾網40a_d、a’幾何結構相關聯的層結構，在最終PDC元件10中可能存在殘余應力減小。此外，該層結構最初可以不與形成物接觸，但是可以在外表面的磨損或者沖擊損壞時暴露。它可以按照希望那樣快速地或者緩慢地磨損或者崩掉，以暴露出受控幾何結構金剛石切割刃邊50，從而控制金剛石平臺22由于沖擊而發生的損失。替代地，本發明的PDC元件10可以包括使用由合適材料形成的分散丸狀物或者纖維，比如圖4C所示的聚合碳納米棒25(也稱為ACNR)，其可以不妨礙最終燒結金剛石產品的質量。這些特征可以取代切割刃邊50處的金剛石材料的一部分，并且因為不連續材料沒有金剛石材料硬，所以它可能被“磨損”成提供類似于如上所述的切割刃邊。另外，可以在切割刃邊50處調節金剛石粗砂成分，以允許相鄰于切割刃邊50的耐磨性的選擇性減小(伴隨沖擊強度的增加)，以幫助控制切割刃邊處的崩缺速率。不連續部40a_d、a’沿平行于頂表面30或者倒角角度58(或者刃邊制備角度)的平面向金剛石平臺22中一定距離地引入能夠允許金剛石平臺22的切割刃邊50在磨損至一定深度時剝落，從而暴露出具有誘導刃邊幾何結構的新生切割刃邊50以接觸形成物。這能夠在金剛石材料沒有過多損失的情況下實現。雖然本公開描述了本發明的一些特定方面，但是在研究了本公開后，眾多變型和變更對于本領域的技術人員來說將變得清楚明了，包括本文所描述要素的等同功能性和/或結構性替代物。例如，具有不同形狀的一個或多個不連續部可以實施在一個或多個roc元件10中。對于本領域技術人員清楚明了的所有這類相似變更都視為處于如所附權利要求限定出的本發明的范圍內。多個情況可以作為單一情況為本文所描述的部件、操作或者結構提供。總的來說，在示例性構造中作為分離組元提出的結構和功能可以實施為組合結構或者組元。相似地，作為單個組元提出的結構和功能可以實施為分離的組元。這些和其它變更、變型、添加和改進可以落于獨創性主題的范圍內。雖然參考附圖具體描述了本發明，但是應該明白的是，可以在本發明的范圍和精神內做出與本文示出或者建議的變型不同的其它和另一些變型。權利要求1.一種井下鉆孔工具的鉆頭的多晶金剛石切割元件，包括基體；可定位在所述基體上的金剛石平臺，所述金剛石平臺沿其周緣具有最初切割刃邊；和一體地形成在所述金剛石平臺內的至少一個模型，所述至少一個模型圍繞所述金剛石平臺限定出至少一個不連續部，所述至少一個不連續部在操作中受到沖擊時選擇性地破碎掉，以在所述金剛石平臺中生成新的切割刃邊，由此使鋒利的切割刃邊連續地暴露于被切割的材料。2.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述不連續部在所述金剛石平臺內沿所述最初切割刃邊形成，反應于操作載荷以將剪切力引導入所述金剛石平臺中，以碎裂所述最初切割刃邊并形成所述新的切割刃邊。3.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述至少一個模型包括濾網模型。4.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述至少一個模型包括蜂窩模型。5.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述至少一個模型在超高溫度和壓力的條件下與所述金剛石平臺和所述基體燒結在一起。6.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述金剛石平臺包括多晶金剛石粗砂。7.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述基體包括碳化鎢基體。8.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述至少一個不連續部沿所述最初切割刃邊限定出碎裂表面。9.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述至少一個不連續部定位成靠近所述最初切割刃邊，并跟隨所述金剛石平臺的刃邊幾何結構。10.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述金剛石平臺隨著時間的推移而磨損，使得所述至少一個模型在磨損和/或沖擊損壞時暴露于所述金剛石平臺的最初切割刃邊。11.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述金剛石平臺快速地磨損，使得所述至少一個模型快速地磨損掉，以暴露出新切割刃邊的受控幾何結構，由此減少所述金剛石平臺在后續沖擊時的損失。12.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述至少一個模型具有以下構造中任一種雪花構造、環狀構造、板狀構造、沖孔構造及其組合構造。13.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述至少一個模型包括多個模型，所述多個模型中的每一個限定出平行于所述金剛石平臺的頂表面的附加不連續部。14.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述至少一個模型具有可圍繞所述切割刃邊定位的傾斜周緣。15.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述至少一個模型包括碳化鎢。16.如權利要求I所述的多晶金剛石切割元件，還包括聚合碳納米棒的分散丸狀物。17.一種井下鉆孔工具的鉆頭的多晶金剛石切割元件，包括基體；可定位在所述基體上的金剛石平臺，所述金剛石平臺沿其周緣具有最初切割刃邊；和位于所述金剛石平臺內的至少一個模型，所述至少一個模型包括至少一個不連續部，所述至少一個不連續部在所述金剛石平臺內限定出薄弱平面，所述至少一個不連續部在操作中沿所述薄弱平面選擇性地破碎掉，以在所述金剛石平臺中連續地暴露出碎裂表面，由此使鋒利的切割刃邊連續地暴露于被切割的材料。18.如權利要求17所述的多晶金剛石切割元件，其中，沿所述最初切割刃邊的所述至少一個不連續部生成碎裂表面，其允許新切割刃邊暴露于被切割的材料。19.如權利要求17所述的多晶金剛石切割元件，其中，所述至少一個模型具有限定出倒角角度的周緣，其在所述金剛石平臺中生成斷層線，所述斷層線受控于所述至少一個模型的濾網的角度。20.一種以具有鉆頭的井下鉆孔工具進行鉆孔的方法，包括在所述鉆頭上設置多個多晶金剛石切割元件，所述多個多晶金剛石切割元件中的每一個包括基體；可定位在所述基體上的金剛石平臺，所述金剛石平臺沿其周緣具有最初切割刃邊；和一體地形成在所述金剛石平臺內的至少一個模型，所述至少一個模型圍繞所述金剛石平臺限定出至少一個不連續部；隨著鉆頭向地中的前進，在沖擊時通過選擇性地破碎掉所述金剛石平臺的一些部分以生成新的切割刃邊，來連續地暴露鋒利的切割刃邊。全文摘要提供了一種井下鉆孔工具的鉆頭(12)的多晶金剛石切割(10)元件。所述PDC元件具有基體(24)、金剛石平臺(22)和至少一個模型(40a,b,c)。所述金剛石平臺沿其周緣具有最初切割刃邊(50)。所述模型一體地形成在所述金剛石平臺內。所述模型圍繞所述金剛石平臺限定出至少一個不連續部，其在操作中受到沖擊時選擇性地破碎掉，以在所述金剛石平臺中生成新的切割刃邊，由此使鋒利的切割刃邊連續地暴露于被切割的材料。文檔編號C22C26/00GK103237617SQ201180043594公開日2013年8月7日申請日期2011年7月22日優先權日2010年7月23日發明者D.R.塞特魯爾,J.特朗科索,M.D.休斯申請人:國民油井Dht公司