本公开涉及一种工业装置，诸如包括位于所述工业装置的凹槽中的PCD元件的钻头。所述工业装置还可包括跨所述凹槽的表面分布的多个间隔件和位于所述PCD元件与所述凹槽之间的交界面的至少一部分上的铜焊材料。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及多晶金刚石(PCD)元件和工业装置，诸如在也形成附接接头的凹口中具有间隔件的钻地钻头。专利技术背景各种工业装置的组件通常经历极端条件，诸如与硬面和/或研磨面接触的高温和高强度。例如，在用于石油开采和矿业目的的钻地期间，经常会遇到极端的温度和压力。当在用于钻地的切割元件或耐磨接触元件中正确使用时，具有其卓越机械属性的金刚石可能是最有效的材料。金刚石异常硬，其将热量从与研磨面接触的点传导开来，并且可在这种条件下提供其它益处。与单晶金刚石相比，呈多晶形式的金刚石由于金刚石晶体的随机分布而具有增加的韧性，这避免了在单晶金刚石中具有的特定解理面。因此，在许多钻探应用中，多晶金刚石(PCD)通常是金刚石的优选形式。利用PCD的钻头切割元件通常称为多晶金刚石切割器(PDC)。因此，集成PCD切割元件的钻头可称为PDC钻头。PCD元件可通过使小晶粒的金刚石和其它原材料经受超高压和温度条件而在压力机中制造。一种PCD制造工艺涉及直接在衬底，诸如碳化钨衬底上形成多晶金刚石。该工艺涉及将衬底连同与催化剂粘结剂混合的松金刚石晶粒放入压力机的容器中，并且使压力机的内含物经受高温高压(HTHP)压合循环。高温高压导致小金刚石晶粒形成到密切粘结至衬底的整体PCD中。一旦形成，则随后经由衬底将PCD元件附接到钻头。当使用某种方法时，由于材料属性(诸如润湿性)的差异，衬底通常比金刚石更容易粘结到另一表面。例如，PCD元件的衬底可经由焊接、铜焊或其它粘合方法附接到钻头，而使用足以抵抗钻探条件的力量可能不容易将没有衬底的PCD粘结到钻头。焊接和铜焊可在相对低的温度下执行，在该温度下，元件的PCD部分保持稳定，使得接合到钻头的工艺不对PCD部分产生不利影响。附图简述通过参考结合附图的以下描述，可获取对本实施方案及其优点更完整的理解，附图示出本公开的特定实施方案，其中相似数字指代相似组件，且其中：图1是用于制造钻头的间隔件的侧视图；图2A是用于制造钻头的另一间隔件的侧视图；图2B是图2A的间隔件的截面视图；图3是包含PCD元件的钻头的截面视图；图4是包含螺旋槽的钻头的剖视截面视图；以及图5是集成钻头和PCD元件的工业装置。具体实施方式本公开涉及可与PCD元件(诸如在钻头操作期间使用的切割器)耦接的钻头。PCD元件可位于钻头的凹槽或凹口中。在操作期间，仅将PCD元件放置在凹槽或凹口中通常不足以将PCD元件保持在钻头中。因此，可将铜焊材料、粘合剂或其它固定剂材料放置在PCD元件与凹槽或凹口之间。通常有用的是，这种材料在PCD元件与凹槽或凹口之间具有特定厚度。因此，本公开包括构造和方法，诸如使用间隔件，以在PCD元件与凹槽或凹口之间建立并维持最优或均匀距离，使得被放置在PCD元件与凹槽或凹口之间的铜焊材料或其它材料将具有最优或均匀的厚度。更具体而言，本公开涉及具有间隔件的钻头，以及具有耦接的PCD元件和间隔件的钻头。间隔件可被构造来优化PCD元件与钻头之间的距离或使PCD元件与钻头之间的距离均匀。例如，PCD元件和钻头可通过粘合工艺，诸如焊接、铜焊或使用粘合剂来耦接。为了形成最优或均匀的粘合接头，可能期望PCD元件与钻头之间具有最优的均匀间隙。该间隙可根据例如形成钻头的材料、铜焊材料、铜焊方法、可形成PCD元件的任何衬底的材料、所使用的粘合剂等而发生变化。本公开进一步涉及使用利用存在于钻头中的间隔件的耦接方法耦接到钻头的PCD元件。本文描述的钻头和方法可额外地促进PCD元件与铜焊接头处的钻头最优地耦接。间隔件可被设计来沿PCD元件与凹槽之间的交界面的至少一部分在PCD元件与钻头中的凹槽或凹口之间指定诸如光学底座间隙的最优或均匀距离。其可被设计成使得间隔件可沿PCD元件与钻头之间的交界面的至少一部分在PCD元件与凹槽之间维持最优或均匀距离。间隔件可被设计成使得其可被铜焊材料充分湿润。例如，间隔件可由允许铜焊材料或其它粘合剂以足以促进粘合工艺的方式粘合到间隔件的材料构成。钻头可进一步包含最优或均匀距离，诸如沿PCD元件与凹槽之间的交界面的至少一部分定位的最优底座间隙材料。在一些实施方案中，铜焊材料或其它粘合剂可实质上沿全部交界面定位。在其它实施方案中，铜焊材料或其它粘合剂可能主要位于间隔件处。在相同或替代实施方案中，其可主要位于PCD元件与不作为间隔件的凹槽之间的交界面的一部分上。铜焊材料可在铜焊工艺之前以任何形式提供，但是在特定的实施方案中，其可呈薄箔或焊丝的形式。其可被设计使得薄箔在衬底与凹槽之间沿交界面的至少一部分上具有均匀厚度。在铜焊工艺期间，薄箔的该均匀厚度可促进PCD元件与凹槽之间的最优或均匀距离的形成。其可被设计成使得PCD元件的衬底与凹槽之间沿交界面的至少一部分上的接触面增加，使得铜焊接头的强度增加。铜焊材料可由能够在PCD元件与凹口之间形成铜焊接头的任何材料组成。在特定实施方案中，其可包括与镍(Ni)、铜(Cu)或银(Ag)成合金的锰(Mn)、铝(Al)、磷(P)、硅(Si)或锌(Zn)。PCD元件可位于凹槽中，使得实质上仅PCD元件的衬底部分位于交界面上，其中PCD部分实质上均不沿交界面定位。这种布置可保护PCD免受铜焊工艺中使用的材料和温度的影响。这种布置还可使PCD的最大面积用于切割。在一些实施方案中，实质上全部衬底可位于凹槽内，以向钻头提供PCD的最大机械稳定性或附接性。可通过将PCD元件和铜焊材料放置到钻头中的凹槽而将PCD元件铜焊到钻头，使得凹槽中的间隔件在PCD元件与钻头之间指定最优或均匀距离，然后将铜焊材料加热至足以在PCD元件与凹槽之间沿交界面的至少一部分上形成铜焊接头的温度。通常，可将铜焊材料至少加热到其熔点。可在放置PCD元件之前将铜焊材料放置在凹槽中。此外，因为在铜焊工艺期间，铜焊材料可例如通过熔化或移动PCD元件而从其原始位置移位，所以在铜焊工艺之前无需覆盖将被铜焊的整个面积。PCD元件还可通过通常将铜焊材料至少重新加热到其熔点，然后使PCD元件物理地分离而从凹槽移除。然后，新的PCD元件可插入凹槽中，并经由铜焊接头附接。通过PCD元件的至少一次更换，间隔件可保持完整。在一些实施方案中，PCD元件可通过将铜焊材料加热到足以允许PCD元件移动的温度而在凹槽中旋转。旋转PCD元件的该能力可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钻地钻头，其包括：多晶金刚石(PCD)元件，其位于钻头体的凹槽中；多个间隔件，其跨所述凹槽的表面分布；和粘合剂，其沿所述PCD元件与所述凹槽之间的交界面的至少一部分定位在粘合剂间隙中。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种钻地钻头，其包括：
多晶金刚石(PCD)元件，其位于钻头体的凹槽中；
多个间隔件，其跨所述凹槽的表面分布；和
粘合剂，其沿所述PCD元件与所述凹槽之间的交界面的至少一
部分定位在粘合剂间隙中。
2.根据权利要求1所述的钻头，其中所述多个间隔件实质上呈
半球形。
3.根据权利要求1所述的钻头，其中多个间隔件实质上呈圆锥
形。
4.根据权利要求1所述的钻头，其中所述粘合剂间隙实质上由
所述间隔件的大小定义。
5.根据权利要求1所述的钻头，其中所述多个间隔件被制造成
所述钻头体的整体部分。
6.根据权利要求1所述的钻头，其中所述多个间隔件具有与所
述钻头体不同的材料。
7.根据权利要求1所述的钻头，其中所述粘合剂位于由所述多
个间隔件定义的螺旋槽中。
8.根据权利要求8所述的钻头，其中所述粘合剂间隙是均匀的。
9.根据权利要求9所述的钻头，其中所述粘合剂间隙对所述PCD
元件、粘合剂和钻头体是最优的。
10.根据权利要求7所述的钻头，其中所述粘合剂呈焊丝的形式。
11.根据权利要求1所述的钻头，其中所述粘合剂是铜焊材料，
其包括与镍(Ni)、铜(Cu)或银(Ag)成合金的锰(Mn)、铝(Al)、
磷(P)、硅(Si)或锌(Zn...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·W·阿弗里，
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
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