[发明专利]形成钻地工具的至少一部分的方法，以及通过此类方法形成的制品

说明书

优先权要求

本申请要求2010年5月20日提交的题为“Methods of CastingEarth Boring Tools and Components of Such Tools,and ArticlesFormed by Such Methods”的美国临时专利申请系列号61/346,721和2010年10月29日提交的题为“Coatings for Castable CementedCarbide Materials”的美国临时专利申请系列号61/408,253的权益。

本申请的主题涉及2004年5月18日提交的题为“Earth-BoringBits”的共同未决美国专利申请系列号10/848,437和2005年4月28日提交的题为“Earth-Boring Bits”的共同未决美国专利申请系列号11/116,752的主题。本申请的主题还涉及均与本申请同日提交的题为“Methods of Forming at Least a Portion of Earth-Boring Tools”的美国专利申请系列号_________（代理人案卷号1684－9995.1US）与题为“Methods of Forming at Least a Portion of Earth-Boring Tools,and Articles Formed by Such Methods”的美国专利申请系列号_________（代理人案卷号1684－9996.1US）的主题。

技术领域

本公开的实施方案涉及钻地工具，如钻地旋转钻头，涉及此类工具的部件，并涉及制造此类钻地工具及其部件的方法。

发明背景

钻地工具通常用于在地球地层中形成（例如钻取或扩孔）钻孔或钻井（下文称为“井眼”）。钻地工具包括例如旋转钻头、岩心钻头、偏心钻头、双心钻头、扩孔钻头、扩孔器和铣刀。

不同类型的钻地旋转钻头在本领域是已知的，包括例如固定切削刃钻头（其在本领域通常称为“翼状”钻头）、牙轮钻头（其在本领域通常称为“凿岩”钻头）、孕镶金刚石钻头和混合式钻头（其可以包括例如固定切削刃和牙轮）。该钻头旋转并推进到地层中。当该钻头旋转时，其切削刃或磨料构件切削、轧碎、剪切和/或切除掉地层材料以形成井眼。

该钻头直接或间接地连接到本领域称为“钻杆柱”的末端，钻杆柱包括一系列对接连接的细长的管状段，并从地层表面延伸到井眼中。通常，各种工具和部件，包括该钻头，可以在所钻井眼底部在该钻杆柱的远端处连接在一起。这种工具和部件的组件在本领域称为“井底钻具组件”（BHA）。

该钻头可以通过由地层表面旋转钻杆柱在井眼中旋转，或该钻头可以通过将该钻头连接到孔底发动机上来旋转，该孔底发动机也连接到钻杆柱上并邻接井眼底部布置。该孔底发动机可以包括例如液压Moineau型发动机，该发动机具有钻头安装于其上的杆，可以通过从地层表面向下通过钻杆柱中心泵送流体，穿过液压发动机，从钻头的喷嘴送出并通过钻杆柱外表面与井眼中地层的暴露表面之间的环状空间返回到地层表面（例如钻探泥浆或钻井液），由此使其旋转。

牙轮钻头通常包括安装在从钻头体延伸的牙轮钻头支承巴掌（bitleg）上的三个牙轮，其可以由例如三个焊接在一起形成该钻头体的钻头部分形成。每个牙轮钻头巴掌可以从一个钻头部分上悬挂。每个牙轮配置成在从牙轮钻头巴掌延伸的支承杆上以从牙轮钻头巴掌径向向内和向下的方向转动或旋转。该牙轮通常由钢构成，但是它们也可以由颗粒-基质复合材料（例如金属陶瓷复合材料，如烧结碳化钨）形成。用于切削岩石和其它地层的切削齿可以机加工或以其它方式在每个椎体的外表面中或外表面上形成。或者，在每个椎体的外表面中形成插孔，并将坚硬耐磨材料形成的插入件固定在该插孔中以形成椎体的切削元件。当牙轮钻头在井眼中旋转时，该牙轮滚动并滑过地层表面，使得切削元件碾压并刮落下方的地层。

固定切削刃钻头通常包括多个连接到钻头体的面上的切削元件。该钻头体可以包括多个翼片或刀刃，其限定了刀刃之间的流体通道。该切削元件可以在该刀刃外表面中形成的夹套中固定到该钻头体上。该切削元件以固定方式连接到该钻头体上，使得在钻进过程中该切削元件不会相对于该钻头体移动。该钻头体可以由钢或颗粒-基质复合材料（例如钴结碳化钨硬质合金）形成。在其中该钻头体包含颗粒-基质复合材料的实施方案中，该钻头体可以连接到金属合金（例如钢）钻杆尾上，所述钻杆尾具有可用于将该钻头体和该钻杆尾连接到钻杆柱上的螺纹端。当固定切削刃钻头在井眼中旋转时，该切削元件刮过地层的表面并剪去下方的岩层。