[发明专利]包括含铼结构的切削台及相关切削元件、钻地工具和方法

说明书

一种切削台，包括聚晶硬质材料和至少一个含铼结构，所述至少一个含铼结构处于所述聚晶硬质材料内并且包含大于或等于约10重量％的铼。还描述了一种切削元件、钻地工具和形成切削元件的方法。

优先权要求

本申请要求于2017年2月16日提交的名为“CUTTING TABLES INCLUDING RHENIUM-CONTAINING STRUCTURES,AND RELATED CUTTING ELEMENTS,EARTH-BORING TOOLS,ANDMETHODS”的美国专利申请序列号15/434,634的申请日的权益。

技术领域

本公开的实施方案涉及包括含铼结构的切削台，并且涉及相关的切削元件、钻地工具以及形成切削台、切削元件和钻地工具的方法。

背景技术

用于在地下地层中形成井筒的钻地工具可以包括紧固到主体的切削元件。例如，固定切削件式钻地旋转钻头(“刮刀钻头”)可以包括固定地附接至其钻头体的切削元件。作为另一个实例，牙轮钻地旋转钻头可以包括紧固到牙轮上的切削元件，所述牙轮安装在从钻头体的支腿延伸的轴承销上。利用切削元件的钻地工具的其他实例包括但不限于：取心钻头、双中心钻头、偏心钻头、混合式钻头(例如，与固定切削元件组合的滚动部件)、扩孔器和套管铣削工具。

用于钻地工具中的切削元件通常包括支撑衬底和切削台，所述切削台在支撑衬底之上或上方包含一定体积的超耐磨材料，诸如一定体积的聚晶金刚石(“PCD”)材料。切削台的一个或多个暴露表面充当切削元件的切削表面。在钻井操作期间，至少部分地由切削元件的切削表面的邻近的周边部分限定的切削边缘在通过钻柱施加的力下被压入地层中，这种力通常被称为钻压(WOB)。在钻地工具在WOB下相对于地下地层移动(例如，旋转)时，切削元件接合地下地层的表面并且切削边缘剪切掉地层材料。

在钻井操作期间，钻地工具的切削元件可能经受高温(例如，归因于在切削台与被切削的地下地层之间的摩擦)、高轴向载荷(例如，归因于钻压(WOB))和高冲击力(例如，归因于WOB的变化、地层不规则性、地层材料的差异、振动等)。这类状况会造成对切削元件的切削台的不期望的磨损(例如，钝化)和/或损坏(例如，碎裂、剥落)。磨损和/或损坏往往发生在切削台的切削边缘处或其附近，并且会导致以下中的一种或多种情况：切削效率降低、切削台与切削元件的支撑衬底分离以及切削元件与其上紧固有所述切削元件的钻地工具分离。

因此，与常规的切削台、常规的切削元件、常规的钻地工具以及形成和使用常规的切削台、常规的切削元件和常规的钻地工具的常规方法相比较，期望具有在钻井操作期间有助于提高切削效率和延长操作寿命的切削台、切削元件、钻地工具(例如，旋转钻头)，以及形成和使用切削台、切削元件和钻地工具的方法。

发明内容

本文描述的实施方案包括切削元件、包括切削元件的钻地工具、以及形成切削元件的方法。例如，根据本文描述的一个实施方案，一种切削台包括聚晶硬质材料和至少一个含铼结构，所述至少一个含铼结构处于所述聚晶硬质材料内并且包含大于或等于约10重量％的铼。

在另外的实施方案中，一种切削元件包括支撑衬底和在所述支撑衬底上方的切削台。所述切削台包括聚晶硬质材料和至少一个含铼结构，所述至少一个含铼结构处于所述聚晶硬质材料内并且包含大于或等于约10重量％的铼。

在另外的实施方案中，一种形成切削元件的方法包括将至少一个含铼结构提供在包含离散的硬质材料颗粒的硬质材料粉末内，所述至少一个含铼结构包含大于或等于约10重量％的铼。邻近于硬质材料粉末提供支撑衬底。使支撑衬底、至少一个含铼结构和硬质材料粉末经受高温和高压，以使硬质材料粉末的离散的硬质材料颗粒相互键合并且形成附接到支撑衬底的切削台。

附图说明

图1至图9是根据本公开的实施方案的不同切削台配置的自上而下视图。

图10至图15是根据本公开的实施方案的不同切削台配置的简化的横截面图。