耐磨损的工具、形成耐磨工具的方法及耐磨钻井工具技术

本发明专利技术涉及耐磨损的工具、形成耐磨工具的方法及耐磨钻井工具，其中耐磨损的工具包括：固体化的熔渗金刚石主体，包括基体和粘合剂，所述基体包括硬微粒材料和遍及所述硬微粒材料散布的多个金刚石颗粒，其中所述金刚石颗粒构成所述固体化的熔渗金刚石主体的体积的约35％到约75％之间，以及其中所述粘合剂将硬微粒材料和所述金刚石颗粒固定在一起，其中所述金刚石颗粒构成所述固体化的熔渗金刚石主体的以体积计的最大组成部分，其中所述金刚石基本上均质地遍及所述固体化的熔渗金刚石主体，以及其中所述金刚石颗粒构造为提供熔渗金刚石主体的抗磨损和抗腐蚀的主要防御。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】耐磨损的工具、形成耐磨工具的方法及耐磨钻井工具本申请是申请人为“长年TM公司”、申请日为2012年02月09日、申请号为201280017596.5、专利技术名称为“熔渗金刚石耐磨主体和工具”的申请的分案申请。
本专利技术大致涉及工具，如钻井、采矿和工业工具。更特定而言，本专利技术涉及耐磨工具和制造并使用这种工具的方法。
技术介绍
许多钻井、采矿和工业工具包括从碳化钨(WC)或其它耐磨材料形成的主体或衬垫以提供耐磨性和增加工具寿命。例如，许多类型的钻探工具(如钻头和扩孔锥)包括钻头体，其可由钢制成或从硬基体材料(如碳化钨(WC))制造。在某些情况下，沿着钻头体的外面安装多个切割器(例如，PCD，TSD，表面装嵌件)。切割器被定位使得随着钻头体旋转，切割器接合并钻入岩层。可选地，主体可包括切割器，如孕镶钻头。在钻井期间这种钻探工具的钻头体可暴露至携带磨蚀性颗粒(如沙，岩肩等)的高速钻井流体和岩层流体。这种磨蚀性颗粒可磨损钻探工具的钻头体，导致切割器损失或甚至主体损坏。虽然钢体钻头可能具有韧性和延展性属性，这使其抵抗由于钻井期间产生的冲击力所致的开裂和损坏，但是钢更易受到腐蚀磨损。相对于钢体，碳化钨或其它硬金属基体钻头具有更高的抗磨损和抗腐蚀性的优点。然而，从碳化钨或其它硬质金属基体材料形成的主体可能缺乏韧性和强度。因此，从碳化钨或其它硬质金属基体材料形成的主体当经受钻井期间可能遭遇的冲击力和疲劳力时可能相对脆弱且易于开裂。这可能导致主体过早损坏。基体中裂缝的形成和蔓延可导致损失一个或多个切割器。损失的切割器可磨坏主体，引起进一步加速损坏。此外，即使碳化钨主体也经受磨损且最终需要被更换。用烧结碳化钨形成的主体可具有足够韧性和强度以用于特定应用，但是可能缺乏其它机械性质，如抗腐蚀性。因此，早先的努力依赖于材料组合以实现属性平衡。另外，已经依赖于使用具有宽粒径分布的材料以便实现碳化物耐磨颗粒的紧密堆积以增加耐磨性。在使用期间其它类型的钻井工具，如扩孔锥、钻柱稳定器、耐磨衬垫等等易受到磨损。通常将碳化物或金刚石元素装嵌在这种工具中以增加耐磨性并维持工具的量规。在这种工具中装嵌碳化物或金刚石元素可能较困难且可能会另外增加制造时间和成本。此外，不涵盖这些元素的位置仍然经受相对快的磨损。通常从高强度钢体形成撞击式钻井工具。高强度钢体对撞击式钻井工具提供延展性以在钻井期间经受高度冲撞和撞击力。然而，这种高强度钢体没有特别高的耐磨性。除前述之外，常常将耐磨衬垫或其它组件添加至运土工具和机器、采矿工具和工业工具的接触磨蚀性材料(如岩石)的高度磨损区域。例如，通常将表面硬化的WC添加至前端装载机铲斗和其它工具上的齿上。通常，从碳化钨形成这种耐磨衬垫以提供相对于钢而言更好的耐磨性。不幸地，耐磨衬垫还可能经历一些上文讨论的问题。例如，常规耐磨衬垫可能相对脆弱且当经受冲击力和疲劳力时易于开裂。因而，对于工具的新成分存在需要以增加耐磨性，同时也维持其它属性，如高强度和韧性。
技术实现思路
本专利技术的一实施方式用包括从熔渗金刚石形成的主体或衬底的工具、系统、方法来克服前述的一个或多个问题或本领域中的其它问题。特定而言，本专利技术的一个或多个实施方式包括主体，所述主体包括熔渗金刚石与粘合剂。熔渗金刚石可对主体提供胜过钢和碳化钨主体的增加的耐磨性。另外，熔渗金刚石可对主体提供相对于碳化钨和其它金属陶瓷主体而言增加的延展性。此外，熔渗过程可允许多样的主体形状。例如，耐磨损的工具的实施方式包括熔渗金刚石主体。熔渗金刚石主体包括多个金刚石颗粒。金刚石颗粒构成熔渗金刚石主体的体积的至少25%。工具还包括将金刚石颗粒固定在一起的粘合剂。本专利技术的另一实施方式包括形成耐磨工具的方法。该方法涉及通过遍及硬微粒材料散布多个金刚石颗粒而制备基体。金刚石颗粒构成基体的体积的至少25%。该方法还涉及将基体成形至期望形状且用粘合剂材料熔渗所述基体。除前述之外，钻井工具的实施方式包括具有第一端和第二端的主体。主体的第一端包括螺纹接头。工具还包括固定至主体的熔渗金刚石主体。熔渗金刚石主体包括金刚石和粘合剂。金刚石构成熔渗金刚石主体的体积的至少10%。另外，粘合剂被构造来防止在钻井期间腐蚀所述熔渗金刚石主体。具体地，根据本专利技术的一个方案，提供了一种被构造为耐磨损的工具，包括:固体化的恪渗金刚石主体，包括基体和粘合剂，所述基体包括硬微粒材料和遍及所述硬微粒材料散布的多个金刚石颗粒，其中所述金刚石颗粒构成所述固体化的熔渗金刚石主体的体积的约35%到约75%之间，以及其中所述粘合剂将硬微粒材料和所述金刚石颗粒固定在一起，其中所述金刚石颗粒构成所述固体化的熔渗金刚石主体的以体积计的最大组成部分，其中所述金刚石基本上均质地遍及所述固体化的熔渗金刚石主体，以及其中所述金刚石颗粒构造为提供所述固体化的熔渗金刚石主体的抗磨损和抗腐蚀的主要防御。其中所述金刚石颗粒包括人造金刚石晶体。所述硬微粒材料包括碳化钨。所述粘合剂包括铜基恪渗剂。所述金刚石颗粒构成所述固体化的熔渗金刚石主体的体积的约50%。所述固体化的熔渗金刚石主体包括衬底。所述固体化的熔渗金刚石主体至少部分围绕钢制工具固定。所述固体化的熔渗金刚石主体包括钻井工具。所述固体化的熔渗金刚石主体包括钻头的钻头体。所述固体化的熔渗金刚石主体包括耐磨垫。所述耐磨垫被定大小和被构造来固定至采矿、钻井或工业工具。所述金刚石具有介于约0.01毫米与约1.0毫米之间的最大尺寸。所述金刚石具有大于2.0毫米的最大尺寸。所述金刚石具有大于约8mm3的体积。所述粘合剂可构成所述熔渗金刚石主体的体积的约20%与约45%之间。根据本专利技术的另一方案，提供了一种形成耐磨工具的方法，包括:通过遍及硬微粒材料散布多个金刚石颗粒而制备基体；将所述基体成形至期望形状；以及用粘合剂材料熔渗所述基体，其中所述粘合剂材料将所述基体的所述硬微粒材料和所述金刚石颗粒固定在一起以形成熔渗金刚石主体，以及其中在固体化所述熔渗金刚石主体之后，所述金刚石颗粒构成所述熔渗金刚石主体的以体积计的最大组成部分，并且所述金刚石颗粒构成所述熔渗金刚石主体的体积的约35%到约75%之间，其中所述金刚石颗粒基本上均质地遍及所述熔渗金刚石主体，以及其中所述金刚石颗粒构造为提供所述熔渗金刚石主体的抗磨损和抗腐蚀的主要防御。所述金刚石颗粒包括人造金刚石晶体。将所述基体成形包括将所述基体置于模具内。本专利技术还提供了一种耐磨钻井工具，包括:主体，其具有第一端和第二端，所述主体的所述第一端包括螺纹接头；和固定至所述主体的固体化的熔渗金刚石主体，所述固体化的熔渗金刚石主体包括基体，所述基体包括硬微粒材料、金刚石和粘合剂；其中所述金刚石构成所述固体化的熔渗金刚石主体的体积的约35%至约75%之间，其中所述粘合剂将所述基体的所述硬微粒材料和所述金刚石颗粒固定在一起，且被构造来防止钻井期间腐蚀所述固体化的熔渗金刚石主体，其中，所述金刚石构成所述固体化的熔渗金刚石主体的以体积计的最大组成部分，以及其中所述金刚石基本上均质地遍及所述固体化的熔渗金刚石主体，并且其中所述金刚石构造为提供所述固体化的熔渗金刚石主体的抗磨损和抗腐蚀的主要防御。其中所述金刚石包括人造金刚石颗粒。所述固体化的熔渗金刚石主体包括耐磨垫。所述固体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被构造为耐磨损的工具，包括：固体化的熔渗金刚石主体，包括基体和粘合剂，所述基体包括硬微粒材料和遍及所述硬微粒材料散布的多个金刚石颗粒，其中所述金刚石颗粒构成所述固体化的熔渗金刚石主体的体积的约35％到约75％之间，以及其中所述粘合剂将硬微粒材料和所述金刚石颗粒固定在一起，其中所述金刚石颗粒构成所述固体化的熔渗金刚石主体的以体积计的最大组成部分，其中所述金刚石基本上均质地遍及所述固体化的熔渗金刚石主体，以及其中所述金刚石颗粒构造为提供所述固体化的熔渗金刚石主体的抗磨损和抗腐蚀的主要防御。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·D·鲁普，科迪·A·皮尔斯，克里斯蒂安·M·兰贝特，
申请(专利权)人：长年TM公司，
类型：发明
国别省市：美国;US