包括含铼结构的切削台及相关切削元件、钻地工具和方法技术

一种切削台，包括聚晶硬质材料和至少一个含铼结构，所述至少一个含铼结构处于所述聚晶硬质材料内并且包含大于或等于约10重量％的铼。还描述了一种切削元件、钻地工具和形成切削元件的方法。

Including rhenium structure cutting table and related cutting elements, drilling tools and methods

A cutting table comprises a polycrystalline hard material and at least one rhenium containing structure, wherein the at least one rhenium containing structure is in the polycrystalline hard material and comprises rhenium greater than or equal to about 10% by weight. A cutting element, a drilling tool and a method for forming a cutting element are also described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括含铼结构的切削台及相关切削元件、钻地工具和方法优先权要求本申请要求于2017年2月16日提交的名为“CUTTINGTABLESINCLUDINGRHENIUM-CONTAININGSTRUCTURES,ANDRELATEDCUTTINGELEMENTS,EARTH-BORINGTOOLS,ANDMETHODS”的美国专利申请序列号15/434,634的申请日的权益。
本公开的实施方案涉及包括含铼结构的切削台，并且涉及相关的切削元件、钻地工具以及形成切削台、切削元件和钻地工具的方法。
技术介绍
用于在地下地层中形成井筒的钻地工具可以包括紧固到主体的切削元件。例如，固定切削件式钻地旋转钻头(“刮刀钻头”)可以包括固定地附接至其钻头体的切削元件。作为另一个实例，牙轮钻地旋转钻头可以包括紧固到牙轮上的切削元件，所述牙轮安装在从钻头体的支腿延伸的轴承销上。利用切削元件的钻地工具的其他实例包括但不限于：取心钻头、双中心钻头、偏心钻头、混合式钻头(例如，与固定切削元件组合的滚动部件)、扩孔器和套管铣削工具。用于钻地工具中的切削元件通常包括支撑衬底和切削台，所述切削台在支撑衬底之上或上方包含一定体积的超耐磨材料，诸如一定体积的聚晶金刚石(“PCD”)材料。切削台的一个或多个暴露表面充当切削元件的切削表面。在钻井操作期间，至少部分地由切削元件的切削表面的邻近的周边部分限定的切削边缘在通过钻柱施加的力下被压入地层中，这种力通常被称为钻压(WOB)。在钻地工具在WOB下相对于地下地层移动(例如，旋转)时，切削元件接合地下地层的表面并且切削边缘剪切掉地层材料。在钻井操作期间，钻地工具的切削元件可能经受高温(例如，归因于在切削台与被切削的地下地层之间的摩擦)、高轴向载荷(例如，归因于钻压(WOB))和高冲击力(例如，归因于WOB的变化、地层不规则性、地层材料的差异、振动等)。这类状况会造成对切削元件的切削台的不期望的磨损(例如，钝化)和/或损坏(例如，碎裂、剥落)。磨损和/或损坏往往发生在切削台的切削边缘处或其附近，并且会导致以下中的一种或多种情况：切削效率降低、切削台与切削元件的支撑衬底分离以及切削元件与其上紧固有所述切削元件的钻地工具分离。因此，与常规的切削台、常规的切削元件、常规的钻地工具以及形成和使用常规的切削台、常规的切削元件和常规的钻地工具的常规方法相比较，期望具有在钻井操作期间有助于提高切削效率和延长操作寿命的切削台、切削元件、钻地工具(例如，旋转钻头)，以及形成和使用切削台、切削元件和钻地工具的方法。
技术实现思路
本文描述的实施方案包括切削元件、包括切削元件的钻地工具、以及形成切削元件的方法。例如，根据本文描述的一个实施方案，一种切削台包括聚晶硬质材料和至少一个含铼结构，所述至少一个含铼结构处于所述聚晶硬质材料内并且包含大于或等于约10重量％的铼。在另外的实施方案中，一种切削元件包括支撑衬底和在所述支撑衬底上方的切削台。所述切削台包括聚晶硬质材料和至少一个含铼结构，所述至少一个含铼结构处于所述聚晶硬质材料内并且包含大于或等于约10重量％的铼。在另外的实施方案中，一种形成切削元件的方法包括将至少一个含铼结构提供在包含离散的硬质材料颗粒的硬质材料粉末内，所述至少一个含铼结构包含大于或等于约10重量％的铼。邻近于硬质材料粉末提供支撑衬底。使支撑衬底、至少一个含铼结构和硬质材料粉末经受高温和高压，以使硬质材料粉末的离散的硬质材料颗粒相互键合并且形成附接到支撑衬底的切削台。附图说明图1至图9是根据本公开的实施方案的不同切削台配置的自上而下视图。图10至图15是根据本公开的实施方案的不同切削台配置的简化的横截面图。图16至图20是根据本公开的实施方案的不同的经过浸出的切削台配置的简化的横截面图。图21是根据本公开的实施方案的切削元件的局部剖切透视图。图22A和图22B是根据本公开的实施方案的在形成切削元件的过程中的容器的简化的横截面图。图23是根据本公开的实施方案的固定切削件式钻地旋转钻头的透视图。具体实施方式描述了用于钻地工具中的切削台和切削元件，也描述了包括切削元件的钻地工具，以及形成和使用切削台、切削元件和钻地工具的方法。在一些实施方案中，切削台在硬质材料(例如，聚晶材料，诸如PCD材料)内包括一个或多个含铼(Re)结构。含Re结构增强了切削台的抗断裂性，同时还在切削台经受预定量的磨损之后促成切削台在含Re结构处或其附近的受控的断裂。切削台的断裂可以有助于选择性去除(例如，脱落)切削台的包括磨损的切削边缘的区段，并且形成比磨损的切削边缘相对更锐利的新的切削边缘。切削台被配置成控制其在含Re结构处或其附近的足以促成一个或多个失效事件(例如，断裂)的磨损量，并且控制其因失效事件而形成的新的切削边缘的构型(例如，尺寸、形状、取向等)。与常规的切削台、常规的切削元件和常规的钻地工具的配置相比较，本文描述的切削台、切削元件和钻地工具的配置可以提供提高的钻井效率和改善的操作寿命。以下描述提供了特定细节，诸如特定形状、特定尺寸、特定材料成分和特定处理条件，以便提供对本公开的实施方案的全面描述。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以在不一定采用这些特定细节的情况下实践本公开的实施方案。本公开的实施方案可以结合本行业中采用的常规制造技术来实践。此外，以下提供的描述并不形成用于制造切削台、切削元件或钻地工具的完整工艺流程。以下仅详细地描述了理解本公开的实施方案所必需的那些处理动作和结构。可以通过常规的制造工艺来执行由本文描述的结构形成完整的切削台、完整的切削元件或完整的钻地工具的附加动作。本文呈现的附图仅用于说明目的，并且不意味着是任何具体材料、部件、结构、装置或系统的实际视图。相对于附图所示的形状因例如制造技术和/或公差所致的变化是预期的。因此，本文描述的实施方案不应被解释为受限于如所示的具体形状或区域，而是包括由于例如制造所引起的形状的偏差。例如，被示出或描述为盒子形状的区域可以具有粗糙和/或非线性的特征，并且被示出或描述为圆形的区域可以包括一些粗糙和/或线性的特征。此外，被示出的锐角可以是圆角的，反之亦然。因此，图中所示的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不意图示出区域的确切形状，并且不限制权利要求的范围。附图不一定按比例绘制。另外，附图之间共有的元件可以保留相同的附图标记。如本文所使用，术语“包含”、“包括”、“含有”及其语法等同物是包含性或开放式术语，其不排除附加的、未列举的元件或方法步骤，而且包括更具限制性的术语“由…组成”和“基本上由…组成”及其语法等同物。如本文所使用，相对于材料、结构、特征或方法动作的术语“可能”指示这类被预期用于实施本公开的实施方案，并且这个术语的使用优于更具限制性的术语“是”，以便避免对可以与之结合一起使用的其他相容材料、结构、特征和方法应当或必须被排除在外的任何暗示。如本文所使用，术语“纵向”、“竖直”、“横向”和“水平”是关于在其中或其上形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种切削台，所述切削台包括：/n聚晶硬质材料；以及/n至少一个含铼结构，所述至少一个含铼结构处于所述聚晶硬质材料内并且包含大于或等于约10重量％的铼。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170216 US 15/434,6341.一种切削台，所述切削台包括：
聚晶硬质材料；以及
至少一个含铼结构，所述至少一个含铼结构处于所述聚晶硬质材料内并且包含大于或等于约10重量％的铼。


2.如权利要求1所述的切削台，其中所述至少一个含铼结构包含至少一种含铼合金，所述至少一种含铼合金包含铼和至少一种难熔金属。


3.如权利要求1和2中一项所述的切削台，其中所述至少一个含铼结构包括单个基本上连续的细长结构。


4.如权利要求1和2中一项所述的切削台，其中所述至少一个含铼结构包括一组相对较小的离散结构，所述相对较小的离散结构接近彼此定位以形成相对较大的细长结构，所述相对较大的细长结构基本上不含将所述相对较小的离散结构彼此直接耦合的键。


5.如权利要求1和2中一项所述的切削台，其中多个含铼结构包括沿着单个径向位置彼此基本上对准的多个含铼结构。


6.如权利要求1和2中一项所述的切削台，其中所述多个含铼结构包括：
至少一个第一含铼结构，所述至少一个第一含铼结构以第一非线性路径延伸；以及
至少一个第二含铼结构，所述至少一个第二含铼结构在横向上偏离所述至少一个第一含铼结构并且以第二非线性路径延伸。


7.如权利要求1和2中一项所述的切削台，其中所述至少一个含铼结构包括在所述硬质材料内以弧形路径基本上连续地延伸的单个含铼结构。


8.如权利要求1和2中一项所述的切削台，其中所述至少一个含铼结构包括在所述硬质材料内...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹万钧，黄旭，史蒂文·W·韦伯，
申请(专利权)人：通用电气GE贝克休斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US