本公开的实施方案总体上涉及钻地操作。具体地，本公开的实施方案涉及钻地工具、联接到钻地工具的可旋转切削元件和相关联的部件以及方法。
背景技术：
1、各种钻地工具，诸如旋转钻头(包括牙轮钻头和固定切削器钻头或刮刀钻头)、岩心钻头、偏心钻头、双中心钻头、扩孔钻和磨机，通常用于在地层中形成钻孔或井眼。这类工具在与地层接合的表面上通常可包括一个或更多个切削元件，当钻地工具在钻孔中旋转或以其它方式移动时，切削元件可以用来移除地层材料。
2、例如，固定切削器钻头(通常称之为“刮刀钻头”)具有多个附连到或以其它方式固定到钻头主体的端面(即，与地层接合的表面)的切削元件。切削元件通常包括切削表面，其中切削表面通常由超硬磨料形成，诸如相互粘合的多晶金刚石颗粒。切削表面通常形成在或粘结到硬质材料诸如烧结碳化钨的支撑基底上。在钻井操作期间，切削刃的至少由切削表面的外围部分局部限定的部分被压入地层中。当钻地工具相对于地层移动时，切削元件被拖过地层表面，并且切削表面的切削刃剪切掉地层材料。此类切削元件通常被称为“多晶金刚石复合片”(pdc)切削元件或切削器。
3、在钻井过程中，由于切削表面和被切削的地层之间的摩擦、来自钻压(wob)的高轴向载荷，以及由于wob变化、地层不规则性和材料差异以及振动造成的高冲击力，切削元件会受到高温的影响。这些条件会导致切削表面损坏(例如，碎裂、剥落)。这种损坏通常发生在切削表面的切削刃处或其附近，并且至少部分是由钻井期间出现的高冲击力造成的。切削元件的损坏导致切削元件的切削效率降低。当切削元件的效率降低到临界水平时，必须停止操作以移除和更换钻头或损坏的切削器，这对于使用钻地工具的操作来说是很大的费用。
4、通过常规方法将pdc切削元件固定到钻头上限制了这种切削元件的使用寿命，因为金刚石台面的切削刃仅一部分与地层接合，切削刃随着基底磨损而磨损，形成所谓的“磨损平面”，由于切削元件露出的表面积增加，需要增加钻压才能保持钻头进入地层的给定钻进速度。此外，除非在将钻头从井筒中拔出之后，将切削元件加热以液化将切削元件的基底固定到钻头主体上的硬钎焊合金，以便将切削元件从钻头上移除，然后绕其纵向轴线旋转，并且与露出的用于接合地层的切削刃的未磨损部分重新硬钎焊，否则超过一半的切削元件始终不会得到使用。
5、可旋转切削元件是能够通过自由旋转或因切削元件上的特征通过与地层接合而旋转的切削元件，该特征被构造为在相关联的钻头沿孔向下工作时迫使切削元件旋转。可旋转切削元件可在切削元件的整个刃上提供更均匀的磨损，从而延长切削元件和相关联的钻头的寿命。
技术实现思路
1、本公开的实施方案包括一种可旋转切削元件。该可旋转切削元件包括限定具有内壁的腔体的固定部分，该内壁成一角度远离固定部分的纵向轴线径向延伸并且限定固位区域。该可旋转切削元件还包括可旋转部分，该可旋转部分的一端设置于固定部分的腔体中并且具有用于在相对端接合地下地层的结构；该可旋转切削元件也包括在可旋转部分与固定部分之间延伸的固位元件，该固位元件延进入由固定部分的内壁限定的固位区域中。
2、本公开的另一个实施方案包括钻地工具。该该钻地工具包括主体和固定到该主体的可旋转切削元件。该可旋转切削元件包括固定到主体的套筒，该套筒限定腔体。该可旋转切削元件还包括设置于套筒的腔体中的可旋转元件，该可旋转元件包括切削台和心轴，该心轴延进入腔体中。该可旋转切削元件也包括固位元件，该固位元件在限定于心轴中的固位沟槽与限定于腔体中的固位表面之间延伸，固位元件包括形状记忆合金。
3、本公开的另一个实施方案包括组装可旋转切削元件的方法。该方法包括将形状记忆合金环训练成锥形形状。该方法还包括将形状记忆合金环的温度降低至低于形状记忆合金环的触发温度。该方法也包括将形状记忆合金环压入可旋转切削元件的可旋转部分的心轴上的固位沟槽中。该方法还包括将可旋转部分的心轴设置于限定在可旋转切削元件的固定部分中的腔体中。该方法也包括将可旋转切削元件加热到高于形状记忆合金环的触发温度的温度。
1.一种可旋转切削元件，所述可旋转切削元件包括：
2.根据权利要求1所述的可旋转切削元件，其中所述角度介于89°至45°之间。
3.根据权利要求1所述的可旋转切削元件，其中所述角度介于89°至80°之间。
4.根据权利要求1所述的可旋转切削元件，其中所述固位元件包括壁交接表面，所述壁交接表面成与所述内壁的所述固位部分的所述角度互补的角度延伸。
5.根据权利要求1所述的可旋转切削元件，所述内壁还包括固位面，所述固位面远离所述固定部分的所述纵向轴线径向延伸，所述固位面定向成基本上横向于所述纵向轴线。
6.根据权利要求5所述的可旋转切削元件，其中所述固位面被构造为与所述固位元件的顶表面交接。
7.根据权利要求1所述的可旋转切削元件，其中所述固位元件包括刚性弹簧状材料。
8.根据权利要求1所述的可旋转切削元件，其中所述固位元件被构造为远离所述可旋转部分延伸并且向所述内壁施加力。
9.根据权利要求8所述的可旋转切削元件，其中所述固位元件与所述内壁的所述角度之间的交接部被构造为响应于由所述固位元件施加到所述内壁的所述力而向所述可旋转部分施加轴向向内的力。
10.一种钻地工具，包括：
11.根据权利要求10所述的钻地工具，其中所述固位元件被构造为当暴露于触发温度时形成锥形形状。
12.根据权利要求11所述的钻地工具，其中所述触发温度介于约150°f和约600°f之间。
13.根据权利要求11所述的钻地工具，其中所述锥形形状被构造为在所述腔体的所述固位表面与所述固位沟槽的内表面之间施加偏压力。
14.根据权利要求10所述的钻地工具，其中所述形状记忆合金包括镍钛合金。
15.一种组装可旋转切削元件的方法，所述方法包括：
16.根据权利要求15所述的方法，其中加热所述可旋转切削元件包括手动向所述可旋转切削元件施加热。
17.根据权利要求15所述的方法，其中加热所述可旋转切削元件包括将所述可旋转切削元件暴露于井下条件，所述井下条件包括高于所述形状记忆合金的所述触发温度的温度。
18.根据权利要求15所述的方法，其中将所述可旋转部分的所述心轴设置于限定在所述固定部分中的所述腔体中包括将所述可旋转部分的所述心轴设置于所述腔体中直到所述形状记忆合金环到达限定在所述固定部分的所述腔体中的固位区域。
19.根据权利要求18所述的方法，其中将所述可旋转部分的所述心轴设置于所述腔体中直到所述形状记忆合金环到达限定在所述固定部分的所述腔体中的所述固位区域包括将所述可旋转部分的所述心轴设置于所述腔体中直到所述形状记忆合金环到达所述固位区域，其中所述固定部分的内壁远离所述可旋转切削元件的纵向轴线径向延伸，并且包括基本上横向于所述可旋转切削元件的所述纵向轴线延伸的固位面。
20.根据权利要求19所述的方法，其中将所述可旋转切削元件加热到高于所述形状记忆合金环的所述触发温度的所述温度致使所述形状记忆合金环变回所述锥形形状，所述锥形形状接触所述固定部分的所述内壁的所述固位面并且接触所述可旋转部分的所述心轴的所述固位沟槽的轴向内表面。
