[发明专利]熔渗金刚石耐磨主体和工具

说明书

技术领域

本发明大致涉及工具，如钻井、采矿和工业工具。更特定而言，本发明涉及耐磨工具和制造并使用这种工具的方法。

背景技术

许多钻井、采矿和工业工具包括从碳化钨（WC）或其它耐磨材料形成的主体或衬垫以提供耐磨性和增加工具寿命。例如，许多类型的钻探工具（如钻头和扩孔锥）包括钻头体，其可由钢制成或从硬基体材料（如碳化钨（WC））制造。在某些情况下，沿着钻头体的外面安装多个切割器（例如，PCD，TSD，表面装嵌件）。切割器被定位使得随着钻头体旋转，切割器接合并钻入岩层。可选地，主体可包括切割器，如孕镶钻头。

在钻井期间这种钻探工具的钻头体可暴露至携带磨蚀性颗粒（如沙，岩屑等）的高速钻井流体和岩层流体。这种磨蚀性颗粒可磨损钻探工具的钻头体，导致切割器损失或甚至主体损坏。

虽然钢体钻头可能具有韧性和延展性属性，这使其抵抗由于钻井期间产生的冲击力所致的开裂和损坏，但是钢更易受到腐蚀磨损。相对于钢体，碳化钨或其它硬金属基体钻头具有更高的抗磨损和抗腐蚀性的优点。然而，从碳化钨或其它硬质金属基体材料形成的主体可能缺乏韧性和强度。因此，从碳化钨或其它硬质金属基体材料形成的主体当经受钻井期间可能遭遇的冲击力和疲劳力时可能相对脆弱且易于开裂。这可能导致主体过早损坏。基体中裂缝的形成和蔓延可导致损失一个或多个切割器。损失的切割器可磨坏主体，引起进一步加速损坏。此外，即使碳化钨主体也经受磨损且最终需要被更换。

用烧结碳化钨形成的主体可具有足够韧性和强度以用于特定应用，但是可能缺乏其它机械性质，如抗腐蚀性。因此，早先的努力依赖于材料组合以实现属性平衡。另外，已经依赖于使用具有宽粒径分布的材料以便实现碳化物耐磨颗粒的紧密堆积以增加耐磨性。

在使用期间其它类型的钻井工具，如扩孔锥、钻柱稳定器、耐磨衬垫等等易受到磨损。通常将碳化物或金刚石元素装嵌在这种工具中以增加耐磨性并维持工具的量规。在这种工具中装嵌碳化物或金刚石元素可能较困难且可能会另外增加制造时间和成本。此外，不涵盖这些元素的位置仍然经受相对快的磨损。

通常从高强度钢体形成撞击式钻井工具。高强度钢体对撞击式钻井工具提供延展性以在钻井期间经受高度冲撞和撞击力。然而，这种高强度钢体没有特别高的耐磨性。

除前述之外，常常将耐磨衬垫或其它组件添加至运土工具和机器、采矿工具和工业工具的接触磨蚀性材料（如岩石）的高度磨损区域。例如，通常将表面硬化的WC添加至前端装载机铲斗和其它工具上的齿上。通常，从碳化钨形成这种耐磨衬垫以提供相对于钢而言更好的耐磨性。不幸地，耐磨衬垫还可能经历一些上文讨论的问题。例如，常规耐磨衬垫可能相对脆弱且当经受冲击力和疲劳力时易于开裂。

因而，对于工具的新成分存在需要以增加耐磨性，同时也维持其它属性，如高强度和韧性。

发明内容

本发明的一实施方式用包括从熔渗金刚石形成的主体或衬底的工具、系统、方法来克服前述的一个或多个问题或本领域中的其它问题。特定而言，本发明的一个或多个实施方式包括主体，所述主体包括熔渗金刚石与粘合剂。熔渗金刚石可对主体提供胜过钢和碳化钨主体的增加的耐磨性。另外，熔渗金刚石可对主体提供相对于碳化钨和其它金属陶瓷主体而言增加的延展性。此外，熔渗过程可允许多样的主体形状。

例如，耐磨损的工具的实施方式包括熔渗金刚石主体。熔渗金刚石主体包括多个金刚石颗粒。金刚石颗粒构成熔渗金刚石主体的体积的至少25%。工具还包括将金刚石颗粒固定在一起的粘合剂。

本发明的另一实施方式包括形成耐磨工具的方法。该方法涉及通过遍及硬微粒材料散布多个金刚石颗粒而制备基体。金刚石颗粒构成基体的体积的至少25%。该方法还涉及将基体成形至期望形状且用粘合剂材料熔渗所述基体。

除前述之外，钻井工具的实施方式包括具有第一端和第二端的主体。主体的第一端包括螺纹接头。工具还包括固定至主体的熔渗金刚石主体。熔渗金刚石主体包括金刚石和粘合剂。金刚石构成熔渗金刚石主体的体积的至少10%。另外，粘合剂被构造来防止在钻井期间腐蚀所述熔渗金刚石主体。

本发明的示例性实施方式的其他特征和优点将在下文的描述中阐述，且部分将从所述描述显而易见，或可通过实践这种示例性实施方式而研习。可借助于尤其在随附权利要求书中指出的仪器和组合来实现和获得这种实施方式的特征和优点。这些特征和其它特征将从下文的描述和随附权利要求书变得更加清楚，或可通过实践如下文中所阐述的这种示例性实施方式而研习这些特征和其它特征。

附图说明