[發明專利]具有抗沖擊金剛石體的切割元件

有效

• 申請號: 201680048844.0
• 申請日: 2016-07-20
• 公開（公告）號: CN107923226B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: J.D.貝爾納普;方毅;M.D.弗朗斯;D.P.登博爾;H.張
• 申請（專利權）人: 史密斯國際有限公司
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46;E21B10/50;E21B10/54
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 王增強

切割元件包括與基底附連的金剛石結合體?；拙哂写笥诩s200Oe的矯頑力，并具有約73至90的磁飽和度。金剛石結合體在熱處理后在表面處的壓縮應力大于約0.9GPa，并且熱處理前大于約1.2GPa。

背景技術

本領域中已知的諸如與用于鉆探地層的鉆頭一起使用的切割元件包括設置在碳化物基底上的金剛石表面層或金剛石臺面。金剛石臺面用于提供相對于下面的基底具有改進的耐磨性和耐磨蝕性的性質，并且該基底用于提供附連結構以便于將切割元件附連到最終使用的機床上，例如鉆頭等。

這樣的已知的切割元件具有由多晶金剛石(PCD)形成的金剛石層或金剛石臺面，并且使用諸如WC-Co的硬質合金基底。盡管金剛石層用于向切割器提供改進的耐磨性和耐蝕性，例如，當與具有由碳化鎢形成的磨損表面的切割元件相比時，在這樣的已知切割元件中的金剛石層易于破裂和/或斷裂，由于被置于井下鉆井條件下并由于這樣的使用而受到施加在金剛石層上的沖擊力。這樣的切割元件的金剛石層中的破裂/斷裂和/或裂紋形成是不期望的，因為此起作用以限制或減少切割元件的有效使用壽命。

嘗試改善這樣的切割元件的使用壽命集中在涉及金剛石體從基底上分層或破裂的問題，并且包括降低金剛石層-基底界面處的殘余壓縮應力，例如通過熱處理切割元件。盡管這樣的努力可能在減少或最小化金剛石體從基底上的破裂或分層方面是有用的，但這樣的性能增益的提供是以損害由使用期間遇到的沖擊力引起的在金剛石臺面的表面處的耐磨性和抗破裂性、斷裂和/或裂紋發生為代價的，如上所述的，這也可以用于限制切割元件的有效使用壽命。

發明內容

如在此所公開的切割元件包括包含與基底連接的多晶金剛石的金剛石結合體。切割元件可以包括介于金剛石結合體和基底之間的一個或多個過渡層。全部或一部分金剛石結合體可以包含熱穩定區域，該熱穩定區域已經過處理以從其中移除催化劑材料或使催化劑材料在升高的溫度下對金剛石不是催化劑的。

用于形成在此公開的切割元件的基底包括燒結碳化鎢，并且可以包括碳化鉻。基底具有大于約200Oe的矯頑力，并且具有從73％到87％的磁飽和度。在一示例中，基底包含平均晶粒尺寸小于約1微米的碳化物晶粒。切割元件金剛石結合體具有比傳統多晶金剛石切割元件高的大于約0.9GPa的壓縮應力，并且大于1.2GPa，該增加的壓縮應力提供了改進的沖擊性能，其延長了切割元件的使用壽命。

通過在催化劑材料的存在下使金剛石晶粒的組合體經受高壓/高溫處理條件以形成多晶金剛石體并將該多晶金剛石體附連到基底上來制作切割元件。如果需要，切割元件可以是在超高壓條件下形成。

提供該發明內容以介紹將在以下詳細描述中進一步描述的一些構思的選擇。該發明內容不旨在確定所要求保護的主題的關鍵或基本特征，也不旨在用作限制所要求保護的主題的范圍的幫助。

附圖說明

如在此公開的切割元件的這些和其它特征和優點將被認識到，因為當結合附圖考慮時通過參考下面的詳細描述，其變得更好理解，在附圖中：

圖1示出了如在此所公開的示例性切割元件的透視側視圖；

圖2示出了如在此所公開的示例性切割元件的側視橫截面圖；

圖3示出了如在此所公開的包括熱穩定區域的示例性切割元件的側視橫截面圖；

圖4示出了如在此所公開的具有至少一個過渡層的示例性切割元件的側視橫截面圖；

圖5示出了用于壓縮應力分析的測試構造；

圖6是如在此所公開的包括示例性切割元件的旋轉錐形鉆頭的透視圖；

圖7是如在此所公開的包括示例切割元件的錘鉆頭的透視圖；

圖8是如在此所公開的包括示例性切割元件的刮刀鉆頭的透視圖；和

圖9是如在此所公開的包括示例性切割元件的鉆頭的一部分的透視圖。