本公開涉及一種工業裝置，諸如包括位于所述工業裝置的凹槽中的PCD元件的鉆頭。所述工業裝置還可包括跨所述凹槽的表面分布的多個間隔件和位于所述PCD元件與所述凹槽之間的交界面的至少一部分上的銅焊材料。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開涉及多晶金剛石(PCD)元件和工業裝置，諸如在也形成附接接頭的凹口中具有間隔件的鉆地鉆頭。專利技術背景各種工業裝置的組件通常經歷極端條件，諸如與硬面和/或研磨面接觸的高溫和高強度。例如，在用于石油開采和礦業目的的鉆地期間，經常會遇到極端的溫度和壓力。當在用于鉆地的切割元件或耐磨接觸元件中正確使用時，具有其卓越機械屬性的金剛石可能是最有效的材料。金剛石異常硬，其將熱量從與研磨面接觸的點傳導開來，并且可在這種條件下提供其它益處。與單晶金剛石相比，呈多晶形式的金剛石由于金剛石晶體的隨機分布而具有增加的韌性，這避免了在單晶金剛石中具有的特定解理面。因此，在許多鉆探應用中，多晶金剛石(PCD)通常是金剛石的優選形式。利用PCD的鉆頭切割元件通常稱為多晶金剛石切割器(PDC)。因此，集成PCD切割元件的鉆頭可稱為PDC鉆頭。PCD元件可通過使小晶粒的金剛石和其它原材料經受超高壓和溫度條件而在壓力機中制造。一種PCD制造工藝涉及直接在襯底，諸如碳化鎢襯底上形成多晶金剛石。該工藝涉及將襯底連同與催化劑粘結劑混合的松金剛石晶粒放入壓力機的容器中，并且使壓力機的內含物經受高溫高壓(HTHP)壓合循環。高溫高壓導致小金剛石晶粒形成到密切粘結至襯底的整體PCD中。一旦形成，則隨后經由襯底將PCD元件附接到鉆頭。當使用某種方法時，由于材料屬性(諸如潤濕性)的差異，襯底通常比金剛石更容易粘結到另一表面。例如，PCD元件的襯底可經由焊接、銅焊或其它粘合方法附接到鉆頭，而使用足以抵抗鉆探條件的力量可能不容易將沒有襯底的PCD粘結到鉆頭。焊接和銅焊可在相對低的溫度下執行，在該溫度下，元件的PCD部分保持穩定，使得接合到鉆頭的工藝不對PCD部分產生不利影響。附圖簡述通過參考結合附圖的以下描述，可獲取對本實施方案及其優點更完整的理解，附圖示出本公開的特定實施方案，其中相似數字指代相似組件，且其中：圖1是用于制造鉆頭的間隔件的側視圖；圖2A是用于制造鉆頭的另一間隔件的側視圖；圖2B是圖2A的間隔件的截面視圖；圖3是包含PCD元件的鉆頭的截面視圖；圖4是包含螺旋槽的鉆頭的剖視截面視圖；以及圖5是集成鉆頭和PCD元件的工業裝置。具體實施方式本公開涉及可與PCD元件(諸如在鉆頭操作期間使用的切割器)耦接的鉆頭。PCD元件可位于鉆頭的凹槽或凹口中。在操作期間，僅將PCD元件放置在凹槽或凹口中通常不足以將PCD元件保持在鉆頭中。因此，可將銅焊材料、粘合劑或其它固定劑材料放置在PCD元件與凹槽或凹口之間。通常有用的是，這種材料在PCD元件與凹槽或凹口之間具有特定厚度。因此，本公開包括構造和方法，諸如使用間隔件，以在PCD元件與凹槽或凹口之間建立并維持最優或均勻距離，使得被放置在PCD元件與凹槽或凹口之間的銅焊材料或其它材料將具有最優或均勻的厚度。更具體而言，本公開涉及具有間隔件的鉆頭，以及具有耦接的PCD元件和間隔件的鉆頭。間隔件可被構造來優化PCD元件與鉆頭之間的距離或使PCD元件與鉆頭之間的距離均勻。例如，PCD元件和鉆頭可通過粘合工藝，諸如焊接、銅焊或使用粘合劑來耦接。為了形成最優或均勻的粘合接頭，可能期望PCD元件與鉆頭之間具有最優的均勻間隙。該間隙可根據例如形成鉆頭的材料、銅焊材料、銅焊方法、可形成PCD元件的任何襯底的材料、所使用的粘合劑等而發生變化。本公開進一步涉及使用利用存在于鉆頭中的間隔件的耦接方法耦接到鉆頭的PCD元件。本文描述的鉆頭和方法可額外地促進PCD元件與銅焊接頭處的鉆頭最優地耦接。間隔件可被設計來沿PCD元件與凹槽之間的交界面的至少一部分在PCD元件與鉆頭中的凹槽或凹口之間指定諸如光學底座間隙的最優或均勻距離。其可被設計成使得間隔件可沿PCD元件與鉆頭之間的交界面的至少一部分在PCD元件與凹槽之間維持最優或均勻距離。間隔件可被設計成使得其可被銅焊材料充分濕潤。例如，間隔件可由允許銅焊材料或其它粘合劑以足以促進粘合工藝的方式粘合到間隔件的材料構成。鉆頭可進一步包含最優或均勻距離，諸如沿PCD元件與凹槽之間的交界面的至少一部分定位的最優底座間隙材料。在一些實施方案中，銅焊材料或其它粘合劑可實質上沿全部交界面定位。在其它實施方案中，銅焊材料或其它粘合劑可能主要位于間隔件處。在相同或替代實施方案中，其可主要位于PCD元件與不作為間隔件的凹槽之間的交界面的一部分上。銅焊材料可在銅焊工藝之前以任何形式提供，但是在特定的實施方案中，其可呈薄箔或焊絲的形式。其可被設計使得薄箔在襯底與凹槽之間沿交界面的至少一部分上具有均勻厚度。在銅焊工藝期間，薄箔的該均勻厚度可促進PCD元件與凹槽之間的最優或均勻距離的形成。其可被設計成使得PCD元件的襯底與凹槽之間沿交界面的至少一部分上的接觸面增加，使得銅焊接頭的強度增加。銅焊材料可由能夠在PCD元件與凹口之間形成銅焊接頭的任何材料組成。在特定實施方案中，其可包括與鎳(Ni)、銅(Cu)或銀(Ag)成合金的錳(Mn)、鋁(Al)、磷(P)、硅(Si)或鋅(Zn)。PCD元件可位于凹槽中，使得實質上僅PCD元件的襯底部分位于交界面上，其中PCD部分實質上均不沿交界面定位。這種布置可保護PCD免受銅焊工藝中使用的材料和溫度的影響。這種布置還可使PCD的最大面積用于切割。在一些實施方案中，實質上全部襯底可位于凹槽內，以向鉆頭提供PCD的最大機械穩定性或附接性?？赏ㄟ^將PCD元件和銅焊材料放置到鉆頭中的凹槽而將PCD元件銅焊到鉆頭，使得凹槽中的間隔件在PCD元件與鉆頭之間指定最優或均勻距離，然后將銅焊材料加熱至足以在PCD元件與凹槽之間沿交界面的至少一部分上形成銅焊接頭的溫度。通常，可將銅焊材料至少加熱到其熔點。可在放置PCD元件之前將銅焊材料放置在凹槽中。此外，因為在銅焊工藝期間，銅焊材料可例如通過熔化或移動PCD元件而從其原始位置移位，所以在銅焊工藝之前無需覆蓋將被銅焊的整個面積。PCD元件還可通過通常將銅焊材料至少重新加熱到其熔點，然后使PCD元件物理地分離而從凹槽移除。然后，新的PCD元件可插入凹槽中，并經由銅焊接頭附接。通過PCD元件的至少一次更換，間隔件可保持完整。在一些實施方案中，PCD元件可通過將銅焊材料加熱到足以允許PCD元件移動的溫度而在凹槽中旋轉。旋轉PCD元件的該能力可本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種鉆地鉆頭，其包括：多晶金剛石(PCD)元件，其位于鉆頭體的凹槽中；多個間隔件，其跨所述凹槽的表面分布；和粘合劑，其沿所述PCD元件與所述凹槽之間的交界面的至少一部分定位在粘合劑間隙中。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種鉆地鉆頭，其包括：
多晶金剛石(PCD)元件，其位于鉆頭體的凹槽中；
多個間隔件，其跨所述凹槽的表面分布；和
粘合劑，其沿所述PCD元件與所述凹槽之間的交界面的至少一
部分定位在粘合劑間隙中。
2.根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述多個間隔件實質上呈
半球形。
3.根據權利要求1所述的鉆頭，其中多個間隔件實質上呈圓錐
形。
4.根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述粘合劑間隙實質上由
所述間隔件的大小定義。
5.根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述多個間隔件被制造成
所述鉆頭體的整體部分。
6.根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述多個間隔件具有與所
述鉆頭體不同的材料。
7.根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述粘合劑位于由所述多
個間隔件定義的螺旋槽中。
8.根據權利要求8所述的鉆頭，其中所述粘合劑間隙是均勻的。
9.根據權利要求9所述的鉆頭，其中所述粘合劑間隙對所述PCD
元件、粘合劑和鉆頭體是最優的。
10.根據權利要求7所述的鉆頭，其中所述粘合劑呈焊絲的形式。
11.根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述粘合劑是銅焊材料，
其包括與鎳(Ni)、銅(Cu)或銀(Ag)成合金的錳(Mn)、鋁(Al)、
磷(P)、硅(Si)或鋅(Zn...
【專利技術屬性】
技術研發人員：R·W·阿弗里，
申請(專利權)人：哈里伯頓能源服務公司，
類型：發明
國別省市：美國;US
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。