用于从聚晶金刚石复合片浸出催化剂的高压射流制造技术

用于从聚晶金刚石复合片(PDC)浸出催化剂的装置和方法可利用高压射流。例如，一种方法可包括范围在125psi与10,000之间的流体压力下将包含酸和苛性材料中的一者或两者的浸出液的射流冲击在设置于基底上的PDC的表面上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景本申请涉及钻头制造。各种工业元件(例如，钻头刀具)可包括一个或多个聚晶金刚石复合片(PDC)。PDC可例如向固定刀具或其他工业元件提供非常高的耐热性和耐磨性，以及其他可能的益处。元件的PDC部分可通过使小的金刚石颗粒经受高温和高压形成。PDC可在基底的表面上直接形成，所述基底通常形成元件的主体。催化剂(例如，铁、镍、一氧化碳及其合金)可以被包括在松散的金刚石颗粒中和/或可存在于基底中以便在升高的温度和压力下从所述基底中移出。使金刚石颗粒和基底经受极端温度和压力致使金刚石熔合并且形成大体连续并且物理上固体的基质，所述基质构成PDC。在此基质中，存在基本上直接金刚石到金刚石粘结。在形成之后，催化剂材料保持散布在PDC基质的空隙空间中。作为形成过程的结果，PDC还粘结到基底，其方式为使得PDC在元件被使用时停留在基底上的适当位置。在元件的工业使用期间，诸如当利用固定刀具钻头钻探时，PDC的空隙空间中的任何催化剂可随时间将有害属性赋予所述PDC。例如，催化剂可具有比金刚石高的热膨胀系数，使得在PDC元件在使用期间升温时，金属催化剂可比金刚石基质快地膨胀。此不成比例的膨胀可导致问题，诸如剥落、分层或转换为石墨，这些可能限制PDC的寿命。为了增加PDC的机械特性和可用寿命，一些催化剂可至少从PDC的工作表面移除。催化剂的移除通常使用电化学或化学工艺完成。在通常称作“浸出”的化学过程中，PDC可浸泡在强酸或苛性材料中以便溶解催化剂并且将其从PDC的空隙空间移除。取决于所希望的浸出深度，浸泡过程可持续几天或几星期。在一些情况下，浸出过程可能超过一个月。附图简述以下附图被包括来用于说明实施方案的某些方面，并且不应视作排他性实施方案。如本领域中的技术人员以及受益于本公开的人员将了解，所公开的主题能够在形式和功能上存在许多修改、改变、组合和等效形式。图1描绘根据本文描述的至少一些实施方案的用于从设置在基底上的PDC浸出催化剂的示例性装置。图2描绘根据本文描述的至少一些实施方案的用于基底的示例性密封元件。图3描绘根据本文描述的至少一些实施方案的用于基底的另一个示例性密封元件。图4描绘根据本文描述的至少一些实施方案的用于从设置在基底上的PDC浸出催化剂的另一个示例性装置。图5提供根据本文描述的至少一些实施方案的衬里的顶视图，其具有用于保持并处理具有设置在其上的PDC的基底的多个狭槽。图6描绘根据本文描述的至少一些实施方案的用于从设置在基底上的PDC浸出催化剂的另一个示例性装置。图7描绘根据本文描述的至少一些实施方案的用于从设置在基底上的PDC浸出催化剂的另一个示例性装置。具体实施方式本申请涉及钻头制造，并且更具体地说，涉及用于利用高压射流从PDC浸出催化剂的装置和方法。本文描述的实施方案利用浸出液(例如，强酸或苛性材料)的高压射流来触及设置在PDC的空隙空间中的催化剂。据信，在一些情况下，高压射流可以与通过浸泡PDC的浸出相比更大的深度以及更短的时间量触及催化剂。图1提供根据本文描述的至少一些实施方案的用于从设置在基底106上的PDC 104浸出催化剂102的装置100的图解。如图所示，装置100包括设定尺寸来接收基底106的衬里108。密封元件110可耦接到衬里108并且被构造来将基底106流体密封在衬里108内并且将PDC 104暴露于衬里108外部的环境。在一些实施方案中，如图所示，密封元件110可以是设置在限定于衬里108中的环形凹槽114内的O形环112。装置100还可包括设计来产生引导朝向PDC 114并且冲击PDC 114的浸出液的高压射流118的射流系统116。射流系统116可包括例如利用软管124或其他管状导管流体耦接到流体处理系统122的喷嘴120。装置100还可包括用于相对于PDC 104的外表面定位喷嘴120的定位元件126。如图所示，定位元件126直接耦接到喷嘴120。在操作期间，由射流118产生的流体压力可尤其致使从喷嘴120喷出的浸出液穿透PDC 114，并且触及、溶解并移除催化剂102，所述催化剂102可容纳在构成PDC 114的主体的各种金刚石晶体128之间。在一些实施方案中，由射流118生成的流体压力(本文还称为射流压力)的范围可在125psi与10,000psi之间、500psi与5,000psi之间、500psi与1,000psi之间或者1,000psi与5,000psi之间，包括位于其间的任何压力范围。在一些实施方案中，流体压力在操作期间可变化。例如，PDC 104的表面可最初利用250psi至500psi下的浸出液的射流118处理，接着是1000psi至5000psi下的处理。后续处理可包括超过1000psi至5000psi的增加的流体压力。在一些情况下，更高的流体压力可允许浸出液进一步穿透进入PDC 104的空隙空间并且由此触及设置在其中更深处的催化剂102。在操作期间，喷嘴120(例如，通过定位元件126)、衬里108或两者都可移动，使得PDC 104的外表面的全部或一部分可与射流118对准使得浸出液可冲击在PDC 104的外表面上。此过程可以是自动的或者操作者可以可替代地手动调整喷嘴120和衬里108中的一者或两者的位置。密封元件110可被构造来将基底106和PDC 104保持在适当位置并且同时使基底106与浸出液的入口隔离。如将理解的，在浸出液能够与基底106发生反应并且另外降解基底106时，这可证明是有利的。例如，用在钻头中的刀具可包括由碳化钨制成的基底106，所述碳化钨已知与强酸诸如用作浸出液的那些发生反应。因此，使基底106与浸出液隔离可减缓基底106的降解以及对基底106与PDC 104之间的接口的损坏。图2继续参考图1例如提供密封元件110的图解，所述密封构件110包括围绕基底106的表面设置的阻隔层160和PDC 104表面的一部分(例如，表面的邻近基底106与PDC 104的接口的一部分)。这种阻隔层160可例如通过用含氟聚合物(例如，以商标名称已知的聚四氟乙烯，(PTFE))浸涂基底106来实现。可替代地，阻隔层160可通过用胶带包裹基底106来实现。图3继续参考图1提供由衬里108中的内加厚162形成的密封元件110的又一实例的图解。内加厚162从衬里108朝向基底106延伸并且在衬里108与基底106或PDC 104之间形成干涉配合，从而将基底106流体密封在衬里108内。图4继续参考图1提供根据本文描述的至少一些实施方案的用于从设置在基底106上的PDC 104浸出催化剂102的另一个装置200的图解。类似于图1的装置100，装置200包括衬里108、密封元件110以及射流系统116。然而，在所示出的实施方案中，衬里108可耦接到转台232，所述转台232被构造来围绕中央轴线234旋转衬里108。如图所示，衬里108和转台232被包括在容器236内，所述容器236可至少部分地充满流体238。如图所示，转台232和衬里108以及其内容物(即，PDC 104、基底106、密封元件110等)可设置在容器236内并且完全浸没在流体238内。PDC 104的浸没可允许同时利用射流118处理PDC 104表面的第一部分并且利用流体238处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：在125psi与10,000psi之间的流体压力下将包含酸和苛性材料中的一者或两者的浸出液的射流冲击在设置于基底上的聚晶金刚石复合片(PDC)的表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，其包括：在125psi与10,000psi之间的流体压力下将包含酸和苛性材料中的一者或两者的浸出液的射流冲击在设置于基底上的聚晶金刚石复合片(PDC)的表面上。2.如权利要求1所述的方法，其还包括：以150ft/s或更大的速度将所述射流冲击在所述PDC的所述表面上。3.如权利要求1所述的方法，其还包括：以相对于所述PDC的所述表面在30°与80°之间的角度将所述射流冲击在所述PDC的所述表面上。4.如权利要求1所述的方法，其还包括：提供具有0.5cP与20cP之间的粘度的所述浸出液。5.如权利要求1所述的方法，其还包括：提供处于室温与所述浸出液的沸点之间的温度下的所述浸出液。6.如权利要求1所述的方法，其还包括：将气穴现象引入所述射流中。7.如权利要求1所述的方法，其还包括：将所述PDC的所述表面浸没在流体中。8.如权利要求7所述的方法，其还包括：提供所述PDC浸没在其中的所述流体，包括浸出液。9.如权利要求8所述的方法，其还包括：使所述流体循环通过产生所述射流的射流系统的流体处理系统。10.如权利要求1所述的方法，其还包括：利用具有喷嘴尖端的喷嘴生成所述射流；以及将所述PDC的所述表面和所述喷嘴尖端浸没在流体中。11.如权利要求1所述的方法，其还包括：利用具有喷嘴尖端和射流口的喷嘴生成所述射流，所述射流口具有喷嘴口直径并且限定在所述喷嘴尖端中；以及将所述喷嘴尖端布置在所述PDC的所述表面的二十个喷嘴口直径内。12.如权利要求1所述的方法，其还包括：提供比所述PD...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·E·韦弗，
申请(专利权)人：哈里伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US