[发明专利]用于钻头成型的渗透方法

说明书

相关申请的参照

本申请请求要求2008年12月31申请的美国专利申请No.12/347424号的优先权，其名称为“用于钻头成型的渗透方法”，发明人为Timothy P.Uno，Marc W.Bird，Curtis A.Proske和Lester Dupre，本申请参考了该申请的全文。

技术领域

下文涉及一种渗透方法，更具体而言，涉及一种用于地面钻井钻头成型的渗透方法。

背景技术

地面钻井钻头通常用于在地壳上形成井眼来探索自然资源如油、气、地热能和水。可通过使用不同的钻头来形成这类井眼，这类钻头例如包括旋转钻头或固定刀刃钻头。目前的固定刀刃钻头是复杂的机械部件，其具有特殊设计和流体流动通道，特殊设计包括切削部件在钻头外表面上的布置、刀片的定位和设计；所述流体流动通道贯穿钻头，以使钻井流体通过连接到钻头上的钻杆从地表钻井设备流过。另外，钻头通常由合成材料制成，这样钻头就具有合适的机械性能，能承受严酷的钻井条件。

已经使用了各种方法来形成这种钻头的一个或更多个部件，这些方法包括烧结过程、热压过程和渗透过程。烧结过程是通过加热预制混合物来粘结相邻的金属粉末，以使形成部件的材料发生化学和/或物理变化的过程。特别地，烧结过程包括：引入难熔成分和粘结材料构成的混合物，将它们放置在模具中加热，直到这两种材料通过扩散粘结或液相材料传送机理而粘结。热压过程中使用低于烧结过程的成型温度、和高压来完成成型、或完成部件连接以形成钻头。钻头也可通过渗透过程来形成，在该渗透过程中，熔融粘合剂材料在高温下通过毛细管作用和重力作用渗透粉末基质材料。在这类过程中，粘合剂材料的熔化温度低于烧结过程中使用的粘合剂材料的熔化温度，从而这种过程使用的温度低于烧结过程所使用的温度。但是，渗透过程耗时，会产生许多其他问题，最终导致成型钻头不合格。

发明内容

根据第一方面，用于制品成型的渗透方法包括：提供工作模，该工作模包括贯穿其内部延伸的固体粘合件，其中固体粘合件由粘合剂材料制成；以及，将粉末基质材料层提供在工作模的模型空间内。该方法还包括加热工作模过程，这样就可以通过固体粘合件产生熔融粘合剂通道，从而渗透粉末基质材料层。

用于制品成型的渗透方法包括：提供工作模，该工作模具有模型空间，制品成型在该模型空间内，其中模型空间包括在底部表面和顶部表面之间的模型空间高度(h_mv)。工作模还包括与工作模的底半部保持流体连通的凹腔。该方法还包括将粉末基质材料层提供在工作模的模型空间内；和，加热工作模，以及利用从凹腔流到模型空间的熔融粘合剂材料渗透粉末基质材料层的底部区域。

在另一方面，用于成型制品的渗透方法包括：将粉末基质材料层提供在工作模的模型空间内；加热工作模；以及形成熔融粘合剂通道，所述熔融粘合剂通道延伸穿过一部分粉末基质材料层和工作模内部而进入模型空间以渗透粉末基质材料。熔融粘合剂通道的平均直径远远大于粉末基质材料的平均粒间间隙。

根据另一方面，用于制品成型的渗透方法包括：将含有粘合剂材料的固体粘合件提供在工作模内；和，将粉末基质材料层提供在工作模内，其中固体粘合剂材料延伸过粉末基质材料层的一部分。该方法还包括：在粉末基质材料上提供粉末粘合剂材料层；和，加热工作模以形成熔融粘合剂材料，从而在形成熔融粘合剂材料时，能同时渗透粉末基质材料层的顶部区域和底部区域，其中，渗透所述底部区域是沿着由固体粘合件界定的熔融粘合剂通道进行的。

在第四方面，用于制品成型的渗透方法包括：形成具有固体粘合件的工作模，该固体粘合件容纳在工作模内部空间内并在界定工作模的模型空间的内表面处伸出，其中固体粘合件含有粘合剂材料；和，将粉末基质材料提供在模型空间内。该方法还包括加热工作模以熔化固体粘合剂材料来形成熔融粘合剂材料，该熔融粘合剂材料渗透粉末基质材料的底部区域。

附图说明

对于本领域的普通技术人员来说，通过参照附图能更好地理解本发明，本发明的特征及其优点也是显而易见的。

图1包括示意图，表示根据一实施例的、用于钻探地层的钻井系统。

图2包括根据一实施例的钻头的透视图。

图3包括流程图，表示根据一实施例的钻头成型方法。

图4显示了根据一实施例的、包括固体粘合件的主模。

图5显示根据一实施例的工作模的一部分，该工作模由含有固体粘合件的主模形成。

图6是根据一实施例的、用于形成钻头的工作模的横截面图。