[发明专利]使用形状记忆材料的机械锁定机构

说明书

一种紧固设备，包括保持构件，所述保持构件包括形状记忆材料，所述形状记忆材料被构造成响应于刺激的施加而从第一固相转变到第二固相。所述保持构件设置在主体中的孔洞内并通过相变固定在所述孔洞内，所述相变产生过盈配合以抵抗旋转和轴向运动固定所述保持构件。所述孔洞具有第二轴向横截面形状。所述保持构件具有优选地为圆形或矩形的第一轴向横截面形状。

相关申请的交叉引用

本申请是2016年9月12日提交的“Method and Apparatus for Securing BodiesUsing Shape Memory Materials”的美国专利申请号15/262,893的部分继续申请。

本申请的主题涉及以下专利申请的主题：2016年1月20日提交的“Earth-BoringTools and Methods of Forming Earth-Boring Tools Using Shape Memory Materials”的美国专利申请号15/002,211；2016年1月20日提交的“Earth-Boring Tools,Depth-of-Cut Limiters,and Methods of Forming or Servicing a Wellbore”的美国专利申请号15/002,230；以及2016年1月20日提交的“Nozzle Assemblies Including Shape MemoryMaterials for Earth-Boring Tools and Related Methods”的美国专利申请号15/002,189，所述专利申请中的每一者的全部公开内容特此通过此引用并入本文。

技术领域

本公开的实施方案总体涉及包括形状记忆材料的紧固件、用于形成或服务于井筒的工具，以及相关方法。

背景技术

钻地工具中使用的切割元件常常包括聚晶金刚石复合片(常常称为“PDC”)切割元件，其是包括聚晶金刚石材料的切割面的切割元件。聚晶金刚石(常常称为“PCD”)材料是包括金刚石材料的相互键合的晶粒或晶体的材料。换句话讲，PCD材料包括金刚石材料的晶粒或晶体之间的直接晶粒间键。

PDC切割元件通过以下方式来形成：在存在催化剂(例如，钴、铁、镍或合金或其混合物)的情况下下在高温和高压条件下烧结相对小的金刚石晶粒、并将它们键合在一起以在切割元件基体上形成聚晶金刚石材料层或“台”。这些过程常常称为高温/高压(或“HTHP”)工艺。切割元件基体可包括金属陶瓷材料(即，陶瓷-金属复合材料)，诸如钴结碳化钨。在此类实例中，切割元件基体中的钴(或其他催化剂材料)可在烧结期间扩散到金刚石晶粒中，并且充当用于由金刚石晶粒形成晶粒间金刚石-金刚石键和所得金刚石台的催化剂。在其他方法中，在HTHP工艺中将晶粒烧结在一起之前，可将粉末状催化剂材料与金刚石晶粒混合。

在使用HTHP工艺形成金刚石台时，催化剂材料可保留在所得聚晶金刚石台中的金刚石晶粒之间的间隙空间中。当切割元件在使用期间由于切割元件与被切割岩层之间的接触点处的摩擦而被加热时，金刚石台中催化剂材料的存在可能导致金刚石台中的热损坏。

其中催化剂材料保留在金刚石台中的PDC切割元件通常在至多达约750℃的温度下是热稳定的，但在超过约400℃的温度下切割元件内可能开始产生内应力，这是由于钴在该温度下发生的相变(从“β”相变为“α”相)。同样从约400℃开始，由于金刚石晶粒和晶界处的催化剂材料的热膨胀差异而产生内应力分量。当PDC切割元件在使用中时，这种热膨胀的差异可在金刚石晶粒之间的接触面处产生相对大的拉伸应力，并且可能导致微结构的热降解。金刚石台与其所键合到的切割元件基体之间的热膨胀差异可能进一步使聚晶金刚石复合片中的应力加剧。这种热膨胀的差异可能在金刚石台与基体之间的接触面处产生相对大的压缩应力和/或拉伸应力，这最终导致金刚石台的劣化，使金刚石台从基体剥离，或者导致切割元件总体失效。