具有可修复保径垫的固定切削齿胎体钻头制造技术

提供了固定切削齿胎体钻头，其包括位于保径垫上的硬面元件。还提供了制造和使用方法。一种示例性固定切削齿胎体钻头包括胎体钻头体，在固定位置处固定到所述胎体钻头体的多个切削齿元件，以及布置在所述胎体钻头体上的多个保径垫；其中所述保径垫中的至少一个包括硬面外表面。所述硬面外表面可包括选自包括钨、铌、钒、钼、硅、钛、钽、锆、铬、钇、硼、碳、其碳化物、其氮化物、其硼化物、其氧化物、其硅化物及其组合的组的材料。在制造所述胎体钻头体的浸渗工艺期间，所述硬面外表面可以熔合到所述至少一个保径垫。

Fixed Cutting Tooth Matrix Bit with Repairable Diameter Pad

A fixed cutting tooth matrix bit is provided, which includes a hard surface element located on a diameter-keeping pad. Manufacturing and use methods are also provided. An example fixed cutting tooth matrix bit includes a matrix bit body, a plurality of cutting tooth elements fixed to the matrix bit body at a fixed position, and a plurality of diameter-preserving pads arranged on the matrix bit body; at least one of the diameter-preserving pads comprises a hard surface. The hard surface may include materials selected from groups including tungsten, niobium, vanadium, molybdenum, silicon, titanium, tantalum, zirconium, chromium, yttrium, boron, carbon, their carbides, their nitrides, their borides, their oxides, their silicides and their combinations. During the infiltration process for manufacturing the matrix bit body, the hard surface can be fused to at least one diameter-protecting pad.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可修复保径垫的固定切削齿胎体钻头
本公开整体涉及固定切削齿胎体钻头，并且更具体地，涉及制造和使用具有可修复保径垫的固定切削齿胎体钻头。
技术介绍
固定切削齿胎体钻头是通常包括固定切削齿的钻头，即切削齿在固定位置固定到钻头体；并且钻头可能不具有活动部分。固定切削齿钻头通常使用胎体钻头体。通常，使用模具制造胎体钻头体。模具装载有胎体粉末材料，该胎体粉末材料可包括碳化钨粉末或类似的粉末材料。然后，在模具中的浸渗工艺期间，胎体粉末材料与金属粘结剂(例如铜合金)以冶金方式结合，以形成用于构成胎体钻头体的胎体复合材料。固定切削齿胎体钻头相对于钢钻头可以更耐磨损和腐蚀，但是相对于钢钻头也可能具有更低的抗冲击力。在形成胎体钻头体之后，固定切削齿胎体钻头的制造可以继续通过添加切削齿元件和进行任何剩余工艺来完成钻头。固定切削齿胎体钻头包括保径垫，以在钻井期间保持井筒的直径。保径垫可包括预成形的增强元件，其通常包括热稳定的聚晶金刚石(下文称为“TSP”)。TSP元件由于其相当大的硬度从而可以为保径垫的接触表面提供有利的耐磨性。然而，如果这些保径垫诸如由于冲击力被损坏，则保径垫通常由于其硬度而不可修复。如果保径垫不能修复，通常的做法是废弃胎体钻头。附图说明下文参考附图详细地描述了本公开的说明性实例，附图通过引用并入本文中，并且其中：图1是根据本公开的某些实例的具有硬面保径垫的固定切削齿胎体钻头的正视图。图2是根据本公开的某些实例的模具的横截面视图，该模具包括预成形的表面硬化元件，并且可用于制造胎体钻头体，该胎体钻头体可用于形成图1所示的固定切削齿胎体钻头；图3是根据本公开的某些实例的模具的横截面视图，该模具包括置换嵌件，并且可用于形成胎体钻头体，该胎体钻头体可用于形成图1所示的固定切削齿胎体钻头；图4是根据本公开的某些实例的固定切削齿胎体钻头的正视图，该固定切削齿胎体钻头包括位于保径垫上的凹陷区域。图5是根据本公开的某些实例的胎体钻头体的照片，该胎体钻头体具有如上所述并且如图4所示形成在保径垫中的凹陷区域；图6是根据本公开的某些实例的图5所示胎体钻头体的照片，该胎体钻头体在保径垫上具有硬面外表面；图7是根据本公开的某些实例的模具的横截面视图，该模具包括钢嵌件，并且可用于制造胎体钻头体，该胎体钻头体可用于形成图1所示的固定切削齿胎体钻头；图8是根据本公开的某些实例的图7的模具的照片，其中钢嵌件定位在模具内部位于模具的对应于保径垫所在位置(例如，保径垫将定位在胎体钻头体上)的部分处；并且图9是示出适合与本公开的固定切削齿胎体钻头结合使用的钻井组件的一个实例的示意图。所示附图仅是示例性的，并且不旨在主张或暗示对其中可实施不同实例的环境、架构、设计或工艺的任何限制。具体实施方式本公开的各方面包括钻头和对应的钻头制造方法，其可借助具有硬面外表面的保径垫提高固定切削齿胎体钻头的寿命。本公开的其他方面包括制造和使用固定切削齿胎体钻头，其具有带硬面外表面的可修复保径垫。保径垫可以避免使用TSP元件或类似的增强元件，这些元件在技术上可能与本文所述的硬面外表面一起使用是不相容或不切实际的。在一个实例中，固定切削齿胎体钻头可以使用在开始浸渗工艺之前将预成形的表面硬化元件放置在模具中利用胎体粉末材料的工艺来制造。替代地，可以在制造胎体钻头体之后将硬面外表面添加到固定切削齿胎体钻头。如果硬面外表面受损，则可以通过各种修复技术(包括在硬面外表面上进行表面硬化)修复硬面外表面。通过参考图1至图9可以理解本公开的实例和其优点，各图中相同编号用于指示相同和对应部分。图1是通常用1指示的固定切削齿胎体钻头的正视图，其可以根据本公开的各个方面适当地构造。固定切削齿胎体钻头1包括由胎体复合材料形成的胎体钻头体，通常用5指示。可包括聚晶金刚石的一系列切削齿元件10在固定位置处添加到胎体钻头体5，以形成固定切削齿胎体钻头1。固定切削齿胎体钻头1在一端处具有通常为15的钻头刃面，在其相对端处具有通常为20的联接部段。联接部段20可用于将固定切削齿胎体钻头1联接到钻柱(未示出)的对应联接部段。固定切削齿胎体钻头1沿着轴线A-A轴向延伸，并且还包括刀片25。固定切削齿胎体钻头1还包括保径垫30。保径垫30包括硬面外表面35。保径垫30可以定位在固定切削齿胎体钻头1的外径向末端，并且可用于确定由固定切削齿胎体钻头1钻出的井筒直径。保径垫30的硬面外表面35接触井筒穿透的地层。添加到保径垫30的硬面外表面35可以是表面硬化复合材料，其包括增强剂、粘结剂和任选的助熔剂。表面硬化复合材料可以以各种尺寸和几何形状提供，以用于放置到模具中或直接施加到固定切削齿胎体钻头1的保径垫30上。几何形状的实例包括但不限于烧结棒、管棒、绳索或松散的颗粒粉末。本领域普通技术人员将认识到特定应用所需的表面硬化复合材料的合适尺寸和几何形状。增强剂的实例包括但不限于钨、铌、钒、钼、硅、钛、钽、锆、铬、钇、硼、碳、其碳化物、其氮化物、其硼化物、其氧化物、其硅化物及其组合。在一些实例中，金刚石颗粒可以分散在增强剂中。如果增强剂以粉末形式提供，可以使用若干种类型的粉末或粉末源，包括但不限于粗晶粉末、压碎的铸造粉末、球状铸造粉末及其组合。在替代实例中，可以使用增强材料的微粒。微粒可以通过利用最佳重量百分比的粘结剂粘合、烧结和/或HIP烧结增强材料的细晶粒来形成。微粒的尺寸可以为约5微米至约1500微米。在一些实例中，可以使用混合类型和尺寸的增强材料。粘结剂的实例可包括但不限于铜、钻、镍、硼、钼、铌、铬、铁、其合金及其组合。粘结剂可用于形成表面硬化复合材料的胎体部分。增强剂与粘结剂的重量比可为约1：1至约1：4。在一些任选实例中，粘结剂还可包括助熔剂。助熔剂的实例可包括但不限于硅酸铬、硼硅酸盐及其组合。图2是包括预成形的表面硬化元件45的模具40的横截面视图。模具40可用于制造胎体钻头体(例如，如图1所示的胎体钻头体5)，然后该胎体钻头体可用于形成图1中所示的固定切削齿胎体钻头1。所示出的模具40的横截面部分大致对应于固定切削齿胎体钻头的可形成刀片(例如，如图1所示的刀片25)的位置的部分处。将预成形的表面硬化元件45放置在模具40中位于模具40的对应于将保径垫(例如，如图1所示的保径垫30)定位在刀片上的位置的部分处。预成形的表面硬化元件45可以粘附到抵靠模具40的内表面50放置的定位嵌件，或者可以直接粘附到模具40的内表面50。如果使用定位嵌件，则定位嵌件可包括石墨、砂子或不与预成形的表面硬化元件45熔合的类似材料。在一些实例中，定位嵌件可以直接形成在模具中。然后将胎体粉末材料55(可以是碳化钨粉末)放入模具40中，这通常在制造胎体钻头体时执行。在随后的浸渗工艺期间，熔融浸渗粘结剂然后可用于将预成形的表面硬化元件45熔合到形成胎体钻头体的胎体复合材料(即，浸渗的胎体粉末材料55)。然后可以从模具40移除完成的胎体钻头体，其包括具有硬面外表面(例如，如图1所示的硬面外表面35)的保径垫。继续参考图2，预成形的表面硬化元件45可以是足以放置在模具40中并为所需直径的固定切削齿胎体钻头提供保径部的任何形状和尺寸。在一些实例中，预成形的表面硬化元件45可包括合适长度的棒或管。所执行的表面硬化元件4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固定切削齿胎体钻头，其包括：胎体钻头体，在固定位置处固定到所述胎体钻头体的多个切削齿元件，以及布置在所述胎体钻头体上的多个保径垫；其中所述保径垫中的至少一个包括硬面外表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种固定切削齿胎体钻头，其包括：胎体钻头体，在固定位置处固定到所述胎体钻头体的多个切削齿元件，以及布置在所述胎体钻头体上的多个保径垫；其中所述保径垫中的至少一个包括硬面外表面。2.如权利要求1所述的固定切削齿胎体钻头，其中所述硬面外表面包括选自包括钨、铌、钒、钼、硅、钛、钽、锆、铬、钇、硼、碳、其碳化物、其氮化物、其硼化物、其氧化物、其硅化物及其组合的组的材料。3.如权利要求1所述的固定切削齿胎体钻头，其中在执行用于制造所述胎体钻头体的浸渗工艺期间，所述硬面外表面熔合到所述至少一个保径垫。4.如权利要求1所述的固定切削齿胎体钻头，其中所述至少一个保径垫还包括凹陷区域，并且其中所述硬面外表面表面硬化到所述凹陷区域上。5.如权利要求1所述的固定切削齿胎体钻头，其中所述至少一个保径垫还包括与其外部熔合的钢嵌件，并且其中所述硬面外表面表面硬化到所述钢嵌件上。6.如权利要求1所述的固定切削齿胎体钻头，其中所述至少一个保径垫不包括热稳定的聚晶金刚石元件。7.如权利要求1所述的固定切削齿胎体钻头，其中附加的表面硬化复合材料表面硬化到所述硬面外表面。8.一种用于将硬面外表面添加到固定切削齿胎体钻头的方法：提供用于固定切削齿胎体钻头的模具，其中所述模具包括对应于可形成至少一个保径垫的位置的区域；将嵌件添加到所述模具的对应于可形成所述至少一个保径垫的位置的所述区域，其中所述嵌件选自包括预成形的表面硬化元件、置换嵌件、钢嵌件的组；向所述模具添加胎体粉末材料；通过向所述模具中引入浸渗粘结剂执行浸渗工艺，其中所述浸渗工艺在所述模具中形成所述固定切削齿胎体钻头的所述胎体钻头体；以及从所述模具中移除所述胎体钻头体。9.如权利要求8所述的方法，其中选择所述预成形的表面硬化元件，其中所述预成形的表面硬化元件在所述浸渗工艺期间熔合到所述胎体钻头体的所述保径垫，以形成硬面外表面。10.如权利要求8所述的方法，其中所述预成形的表面硬化元件包括选自包括钨、铌、钒、钼、硅、钛、钽、锆、铬、钇、硼、碳、其碳化物、其氮化物、其硼化物、其氧化物、其硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·G·托马斯，M·S·法尼，T·S·米克森，
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