一种刀具成型方法技术

本发明专利技术涉及一种刀具成型方法。该刀具成型方法包括在O形环上施加保护层以形成受保护的O形环；将受保护的O形环围绕刀体进行设置，刀体由基底部和包含金属粘合剂的金刚石部组成；在60℃或更高的温度下通过所述金刚石部的端部浸出金属粘合剂至少1天，以从所述刀具主体形成多晶金刚石复合刀具并从所述受保护的O形环形成暴露的O形环，所述暴露的O形环相对于所述受保护的O形环具有硬度降低，所述暴露的O形环相对于所述受保护的O形环具有模量降低。浸出步骤由受保护的O形环形成暴露的O形环，其硬度降低和模量降低确定了一个时间窗口，用于保持密封力以保护基板。持密封力以保护基板。持密封力以保护基板。

【技术实现步骤摘要】
一种刀具成型方法


[0001]本专利技术涉及一种刀具成型方法，尤其涉及一种多晶金刚石复合刀具的成型方法。

技术介绍

[0002]多晶金刚石复合(PDC)刀具通常用于石油和天然气的钻井作业。PDC刀具是钻头上的金刚石尖端突起。PDC刀具用金刚石形成钻头的切削面，而钻头可由其他材料制成。钻头上镶有金刚石，以提高通过岩层的切割效率。将金刚石与金属粘合是一项挑战。
[0003]基本的PDC刀具包括由金刚石磨粒和粘合剂制成的金刚石台和另一种复合材料(通常是碳化钨)和金属粘合剂(常是钴)的基材。金刚石磨粒在高温高压条件下烧结，形成一层作为金刚石台的层，并与碳化钨或其他基材结合。高温
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高压(HT
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HP)过程可以形成以钴或其他第VIII族元素为催化剂粘合剂的金刚石台，并且该层的各种厚度、轮廓和图案等性能均获得了改变，以影响刀具的使用寿命。
[0004]PDC刀具可以被进一步加工以承受极端压力和高温的井下条件。超过750℃的过热会导致金刚石台中的金刚石粘合剂热膨胀，从而导致刀具的完整性发生变化。为了降低对高温的敏感性，刀具会借助浸出过程，以使用酸从金刚石台上去除金属粘合剂。选择性浸出通过控制从金刚石台中去除的粘合剂(通常是钴)的不同体积百分比，从而使刀具能够抵抗热膨胀。然而，选择性的浸出会影响刀具的其他性能，例如刀具的断裂韧性等。即使刀具抵抗热膨胀的能力变强，刀具也可能不那么坚韧了。
[0005]在测量PDC紧凑型刀具领域，已经公布过各种专利，并且已经公开了各种应用。Davis等人于2007年7月26日公开的美国专利公开文本2007/0169419A1描述了多晶金刚石的声化学浸出。Ladi等人于2012年6月21日公布的美国专利公开文本2012/0151847A1描述了另一种多晶金刚石元素的浸出。Bellin等人于2013年9月26日公布的美国专利公开文本2013/0247478A1也公开了浸出方法。Muzzi等人于2015年1月15日公布的美国专利公开文本2015/0014067A1公开了另一种具有刀具保护的浸出工艺。
[0006]已知方法的现有技术O形环由具有良好耐酸性的含氟弹性体制成，例如含氟弹性体(FKM)或四氟乙烯和丙烯的共聚物(FEPM)。然而，现有技术的O形环在高温酸中不能保持密封力。随着时间的推移，酸会降解现有技术的O形环，这导致基材损坏或金属粘合剂从金刚石台上的去除不充分，导致从金刚石台上去除钴的百分比或去除钴的方式是不完整的。由于制造过程的原因，现有技术制造的PDC刀具可能质量低下甚至存在致命缺陷。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一个目的是形成一种多晶金刚石复合(PDC)刀具。
[0008]本专利技术的一个目的是提高形成PDC刀具的时间和成本效率。
[0009]本专利技术的另一个目的是在形成用于钻头的PCD刀具的浸出步骤期间保持O形环的密封力。
[0010]本专利技术的又一目的是在形成PCD刀具的浸出步骤期间将保护层施加到O形环。
[0011]本专利技术的又一个目的是使在形成PCD刀具的浸出条件的步骤期间受保护的O形环具有较少的硬度降低。
[0012]本专利技术的又一目的是使在形成PCD刀具的浸出条件步骤期间受保护的O形环具有较少的模量降低。
[0013]用于形成刀具的方法包括将后盖(back cap)设置到容器(pod)中以形成具有容器腔的组件以及在O形环(O形圈，O
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ring)上施加保护层以形成受保护的O形环。受保护的O形环设置在刀体周围，该刀体具有基体部和带有金属粘合剂的金刚石部。该方法包括将刀具主体插入容器腔中以便将基体部密封在容器内。金刚石部的端部从容器向外延伸。该方法还包括在60℃或更高温度下通过金刚石部的端部浸出金属粘合剂至少一天或1
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3天，以从刀具主体形成多晶金刚石复合刀具。受保护的O形圈将基体部密封，使其免受浸出条件的影响，如强酸。受保护的O形环在浸出步骤中变成暴露的O形环，相对于受保护的O形环硬度降低(即暴露的O形环的硬度低于受保护的O行圈)，相对于受保护的O形环模量降低(即暴露的O形环的模量低于受保护的O行圈)。暴露的O形环的硬度降低和模量降低小于暴露的无保护O形环，即没有本专利技术的保护层的O形环的硬度降低和模量降低。暴露的O形环可以保持密封力以保护基底至少一天或1
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3天，同时在那一天或1
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3天内实现金刚石台的目标轮廓。
[0014]在一个具体实施方案中，施加保护层的方法是在O形环上涂覆聚(对二甲苯)以形成作为保护层的涂层。
[0015]在另一个具体实施方案中，施加保护层方法是在O形环上涂覆含氟聚合物以形成含氟涂层作为保护层。涂覆含氟聚合物的步骤包括将含氟聚合物以悬浮液的形式涂覆在O形环的表面，干燥含氟涂层，然后加热含氟涂层和O形环，形成受保护的O形环。或者，涂覆含氟聚合物的步骤包括在O形环上熔融涂覆含氟聚合物。
[0016]在又一具体实施方案中，施加保护层的步骤是氟化O形环的表面以形成氟化层作为保护层。
[0017]在又一个具体实施方案中，施加保护层的步骤是用封装(包封，encapsulating)的含氟聚合物封装O形环，以形成封装层(包封层，encapsulated layer)作为保护层。
附图说明
[0018]图1示出了用于制造根据本专利技术的刀具的组件10的剖视图。
[0019]图2是图1组件10的正视图。
[0020]图3是图1组件10的透视图。
[0021]图4是在浸出步骤之后的多晶金刚石复合刀具的刀具主体的正视图。
[0022]图5是根据作为本专利技术的保护层的涂层的实施方案的O形环的硬度降低的图解说明。
[0023]图6是根据作为本专利技术的保护层的涂层的实施方案的O形环的模量降低的图解说明。
[0024]图7是根据作为本专利技术的保护层的氟化层的实施方案的O形环的硬度降低的图解说明。
[0025]图8是根据作为本专利技术的保护层的封装层的实施例的O形环的硬度降低的图解说明。
[0026]图9是根据作为本专利技术的保护层的封装层的实施例的O形环的模量降低的图解说明。
[0027]图10A、图10B、图11A、图11B、图12A、图12B、图13A和图13B显示了由FKM组成的O形环的实施例和作为封装的含氟聚合物的PFA和FEB的具体实施例的照片。
具体实施方式
[0028]为了对本专利技术的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本专利技术的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本专利技术的可实施范围的限定。
[0029]本专利技术涉及一种用于O形环的保护层，以在形成PDC刀具的方法中承受暴露于高强度酸性条件和高温的同时保持足够的密封力。通过保护层保护O形环免于老化必须与硬度降低幅度(即硬度降低值的增加)之间取得平衡。额外的影响是升高的温度条件和减少的暴露时间。能够承受较长时间的酸性腐蚀仍然必须适应密封浸出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刀具成型方法，该方法包括以下步骤：将后盖置入容器，以形成具有容器腔的组件；在O形环上施加保护层以形成受保护的O形环；其中，所述O形环由以下材料中的至少一种构成：丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、环氧氯丙烷、聚丙烯酸橡胶、氟硅橡胶、氟橡胶、四氟乙烯丙烯共聚物、全氟弹性体、硅橡胶；将所述受保护的O形环围绕刀体进行设置，所述刀体由基底部和包含金属粘合剂的金刚石部组成；其中，所述金刚石部包括从所述容器向外延伸的端部，所述端部通过所述受保护的O形环被密封到所述基底部；在60℃或更高的温度下通过所述金刚石部的端部浸出金属粘合剂至少1天，以从所述刀具主体形成多晶金刚石复合刀具并从所述受保护的O形环形成暴露的O形环，所述暴露的O形环相对于所述受保护的O形环具有硬度降低，所述暴露的O形环相对于所述受保护的O形环具有模量降低。2.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于所述受保护O形环的硬度降低小于暴露的未受保护O形环相对于未受保护的O形环的硬度降低。3.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于所述受保护O形环的模量降低小于暴露的未受保护O形环相对于未受保护的O形环的模量降低。4.根据权利要求1的方法，其中，所述施加保护层包括以下步骤：在所述O形环上涂覆聚(对二甲苯)以形成作为保护层的涂层，所述涂层具有至少1微米的厚度。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述涂覆层的厚度为1
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5微米。6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述聚(对二甲苯)由以下组中的至少一种组成：4所述的方法，其中，所述聚(对二甲苯)由以下组中的至少一种组成：7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述浸出金属粘结剂的步骤是在60℃或更高的温度进行1
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3天，所述暴露的O形环相对于所述受保护的O形环的硬度降低小于20％。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述浸出金属粘结剂的步骤是在60℃或更高的温度进行1
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3天，所述暴露的O形环相对于所述受保护的O形环的模量降低小于90％。9.根据权利要求4所述的方法，其中，所述浸出金属粘结剂的步骤是在60℃或更高的温度进行1
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3天，所述暴露的O形环相对于所述受保护的O形环的模量降低小于90％。10.根据权利要求4所述的方法，其中，所述浸出金属粘结剂的步骤是在60℃或更高的温度进行1天，所述暴露的O形环相对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：任嘉祥，程晓敏，杨雄文，杨振周，彭齐，柯晓华，刘青，
申请(专利权)人：北京华美世纪国际技术有限公司中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：