[發(fā)明專利]攻擊工具的插入件、制造該插入件的方法以及包含該插入件的工具有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 200980146446.2 | 申請日： | 2009-10-21 |
| 公開（公告）號： | CN102224317A | 公開（公告）日： | 2011-10-19 |
| 發(fā)明（設計）人： | C·R·瓊克;R·W·N·尼倫;A·A·迪喬瓦尼 | 申請（專利權(quán)）人： | 六號元素(產(chǎn)品)(控股)公司;貝克休斯公司 |
| 主分類號： | E21B10/46 | 分類號： | E21B10/46;E21B10/573 |
| 代理公司： | 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所 11038 | 代理人： | 李躍龍 |
| 地址： | 南非斯*** | 國省代碼： | 南非;ZA |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 攻擊 工具 插入 制造 方法 以及 包含 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及用于攻擊工具(attack?tool)和刀具的超硬包覆的插入件，制造該插入件的方法以及包含該插入件的工具，特別是如鎬、沖擊鉆頭和旋轉(zhuǎn)鉆頭的工具，可將其用于采礦、挖隧道、道路施工以及油氣鉆探工業(yè)以處理或破裂鋪砌層或巖層、或鉆地。
背景技術(shù)
鉆地在許多工業(yè)如采礦、油氣鉆探、勘探和隧道施工中是重要的活動。可獲得用于此目的的各種各樣的方法和各種不同類型的鉆頭。鉆地典型地需要巖石以兩種主要模式中的一者或兩者破壞，這兩個模式即為剪切或破碎，這兩種方法都通過某種安裝到鉆頭上的處理巖石(rock-engaging)的硬質(zhì)插入件進行。剪切涉及通過切進巖石并剪斷材料去除巖石材料的插入件。破碎涉及重復沖擊巖石并將其破碎的插入件。沖擊鉆是后者的實例并廣泛用于采礦和施工，例如鉆孔和鉆眼。在軟巖石采礦和鋪砌層破裂中，類鎬的攻擊工具或鎬可用于破壞巖石、混凝土或瀝青。
多晶金剛石(PCD)是包含大量共生的金剛石晶粒和金剛石晶粒之間間隙的超硬材料。PCD典型地通過使金剛石晶粒的團聚體經(jīng)受超高壓力和溫度制備。整體或部分填充間隙的材料可稱為填充材料或粘結(jié)劑材料。PCD典型地在燒結(jié)助劑如鈷的存在下形成，鈷促進金剛石晶粒的共生。燒結(jié)助劑通常稱為金剛石的溶劑/催化劑材料，因為其作用是將金剛石溶解到某種程度并催化其重新析出。結(jié)果，在燒結(jié)PCD產(chǎn)品內(nèi)的間隙整體或部分被殘余溶劑/催化劑材料填充。更典型地，PCD經(jīng)常在鈷結(jié)碳化鎢硬質(zhì)合金基材上形成，基材為PCD提供了鈷溶劑/催化劑的來源。PCD被用于各種各樣的工具，這些工具用于切削、機加工、鉆孔或破裂硬質(zhì)或研磨材料如巖石、金屬、陶瓷、復合材料和含木的材料。例如，在油氣鉆探工業(yè)中用于鉆地的鉆頭中廣泛使用PCD插入件。
Delwiche等(Petroleum?Division，v?40，and?Drilling?Technology?1992，1992，p51-60，American?Society?of?Mechanical?Engineers)披露了用于油氣鉆探的PCD插入件，其中將PCD層安裝到包含浸滲金剛石，或“浸漬體”的支撐部件基材。從圖表和圖片上可見，金剛石晶粒是粗糙的并且是稀疏分布的。
歐洲專利0235455披露了用于巖石鉆頭的插入件，該巖石鉆頭包含預燒結(jié)的碳化鎢本體，該碳化鎢本體具有柱狀手柄，長度沿著插入件的主要部分延伸。該文獻教導了從外面超硬金剛石層到碳化物本體的過渡層中的彈性模量漸進性降低，以便降低剝落。
美國專利4,811,801披露了巖石鉆頭插入件，該插入件包括在插入件本體上的多晶金剛石表面，該插入件本體具有由這樣的材料制成的頭部部分：該材料具有為用于三種類型巖石鉆頭而有利地特制的彈性和熱膨脹性能，還披露了用這種插入件制造的三種類型的巖石鉆頭。
美國專利5,304,342討論對于給定的應用，期望提供盡可能剛性的WC-Co硬質(zhì)合金基材，也就是具有高彈性模量的基材，因此最小化PCD層的變形并降低PCD失效的可能性。然而，如果彈性模量太高，插入件易于在鉆進時斷裂。
美國專利6258139披露了在基材中具有內(nèi)部金剛石核心的PDC(多晶金剛石壓坯)，以便提供附加的金剛石，當基材被足夠侵蝕時用于暴露。還披露了具有內(nèi)部碳化物核心的PDC，其被PDC刀具的金剛石區(qū)域完全包圍，以避免在金剛石區(qū)域高的拉伸應力。
需要最小化在攻擊工具插入件中的超硬材料的厚度并因此最小化其成本，同時獲得高的抗沖擊性。這對于巖石或鋪砌層破裂或鉆削應用是特別重要的。
發(fā)明概述
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了攻擊工具的插入件，該插入件包含具有體積(volume)并在界面處粘結(jié)于基材的超硬包覆體，該超硬包覆體具有大于900GPa并優(yōu)選大于960GPa的平均楊氏模量；該基材的特征在于其包含增強承載體(bolster)部分作為使接近于界面的基材的區(qū)域加強的構(gòu)件，該增強承載體部分具有大于超硬包覆體體積的總體體積并且其平均楊氏模量是超硬包覆體的至少60％。
可將該增強承載體部分置于鄰接(接近)界面。
在某些實施方案中，該增強承載體部分可具有總體體積，該總體體積至少是超硬包覆體總體體積的的三倍、優(yōu)選五倍、更優(yōu)選十倍。
在某些實施方案中，該增強承載體部分可具有的平均楊氏模量是超硬包覆體平均楊氏模量的至少60％，更優(yōu)選70％，甚至更優(yōu)選80％并且更優(yōu)選90％。在一個實施方案中，該增強承載體部分的平均楊氏模量為超硬包覆體的約60％-80％。
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