[發明專利]使用難熔金屬加強的金屬基質復合材料

有效

• 申請號: 201680010940.6
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN107406927B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: G·T·奧爾森;G·O·庫克三世;D·B·沃格爾韋德;J·G·托馬斯
• 申請（專利權）人: 哈利伯頓能源服務公司
• 主分類號: C22C32/00
• 分類號: C22C32/00;C22C26/00;C22C1/10;B22F1/00;B22F7/06;E21B10/46;E21B10/54
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 黃艷;聶慧荃

本文公開了一種包括硬復合材料部分的金屬基質復合材料工具，所述硬復合材料部分包括滲透有粘合劑材料的加強材料，其中所述加強材料包括散布有加強粒子的難熔金屬成分，其中所述加強粒子的表面粗糙度比所述難熔金屬成分的表面粗糙度大至少兩倍，其中所述難熔金屬成分具有至少0.05的破壞應變和200GPa或更小的剪切模量，并且其中所述加強粒子具有0.01或更小但比所述難熔金屬成分的破壞應變小至少五倍的破壞應變，并且所述加強粒子具有大于200GPa且比所述難熔金屬成分的剪切模量大至少兩倍的剪切模量。所述加強粒子可以包括金屬間化合物、硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、陶瓷和/或金剛石。

相關申請的交叉引用

本申請涉及并且要求于2015年3月20日提交的美國臨時專利申請序列號62/135,817的優先權。

背景技術

石油和天然氣行業中廣泛使用各種各樣的工具以形成井筒，完成鉆出的井筒，以及從完成的井筒生產烴。所述工具的實例包括切割工具，諸如鉆頭、銑刀和井孔擴孔器。這些井下工具和在石油和天然氣行業的領域以外的幾種其它類型的工具通常形成為金屬基質復合材料(MMC)且通常稱作“MMC工具”。

MMC工具通常通過以下方式制造：將基質加強材料沉積到模具中，且更確切地沉積到界定在模具內且被設計以形成MMC工具的各種外部特征和內部特征的模具空腔中。模具空腔的內表面例如可以被成型以形成MMC工具的所需的外部特征，并且諸如固結砂或石墨的臨時置換材料可以放置在模具空腔的內部部分內以形成MMC工具的各種內部(或外部)特征。然后添加計量的量的粘合劑材料至模具空腔，并且然后將模具放置在熔爐內以液化粘合劑材料，并且由此使得粘合劑材料滲透基質加強材料的加強粒子。

MMC工具通常被制造成是耐腐蝕的并展現高沖擊強度。然而，根據所使用的特定材料，MMC工具也可以是脆性的，并且因此可能會因為制造或操作期間經受的熱應力或者因為操作期間經受的機械應力而出現應力裂紋。

附圖說明

包括以下附圖以說明本公開的某些方面，且所述附圖不應被視為排他性的實施方案。在不脫離本公開的范圍的情況下，所公開的主題在形式和功能上能夠容許相當多的修改、變化、組合和等效形式。

圖1是可以根據本公開的原理制作的示例性鉆頭的透視圖。

圖2是用于形成圖1的鉆頭的示例性模具組件的截面側視圖。

圖3是圖1的鉆頭的截面視圖。

圖4圖示圖1的具有一個或多個局部硬復合材料部分的鉆頭的截面側視圖。

圖5圖示圖1的包括不同濃度的硬復合材料部分的鉆頭的截面側視圖。

圖6圖示圖1的鉆頭的截面側視圖，其中硬復合材料部分包括具有不同濃度的難熔金屬成分的多個不同的層。

圖7是繪示圖2的硬復合材料部分的測量的橫向斷裂強度的繪圖。

圖8是可以采用本公開的一個或多個原理的示例性鉆井系統。

具體實施方式

本公開涉及工具制造，且更確切地說，涉及使用難熔金屬材料加強的金屬基質復合材料工具和與此相關的相關聯的生產和使用方法。

本公開的實施方案描述用于金屬基質復合材料工具的硬復合材料部分的形成，其中所述硬復合材料部分包括加強材料，所述加強材料包括散布有難熔金屬成分的加強粒子。可以通過并入一定量的難熔金屬成分到加強材料中來提高金屬基質復合材料工具的強度、延展性、韌性和耐腐蝕性。此外，添加難熔金屬成分到加強材料中可以潛在地為金屬基質復合材料工具增加顯著的強度和延展性，并且可能提高耐腐蝕性。