[發(fā)明專(zhuān)利]具有保護(hù)元件的聚晶金剛石構(gòu)造

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680076838.6
• 申請(qǐng)日: 2016-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108474240B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: F.余;J.B.倫德
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 史密斯國(guó)際有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): E21B10/54
• 分類(lèi)號(hào): E21B10/54;E21B10/42
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 王增強(qiáng)

所公開(kāi)的PCD構(gòu)造包括超硬本體，所述超硬本體沿著在所述本體與金屬襯底之間延伸的界面與所述襯底附接。所述構(gòu)造包括保護(hù)特征或元件，所述保護(hù)特征或元件被構(gòu)造成保護(hù)存在于所述構(gòu)造中的富含金屬的區(qū)域或區(qū)免受不想要的腐蝕或侵蝕作用。所述保護(hù)元件在所述界面上并沿著所述襯底的一部分從所述本體延伸并且可與所述本體成整體。

背景技術(shù)

聚晶金剛石(PCD)材料和由其形成的PCD元件是本領(lǐng)域中熟知的。常規(guī)PCD是通過(guò)將金剛石晶粒與合適的溶劑催化劑材料組合并使所述金剛石晶粒和溶劑催化劑材料經(jīng)受極度高壓/高溫(HPHT)的加工條件而形成。在這種HPHT加工期間，溶劑催化劑材料促進(jìn)晶粒之間所需的晶間金剛石與金剛石鍵合，由此形成PCD結(jié)構(gòu)。所得到的PCD結(jié)構(gòu)產(chǎn)生增強(qiáng)的耐磨性和硬度性質(zhì)，從而使PCD材料在需要高水平的耐磨性和硬度的侵蝕性磨損和切割應(yīng)用中非常有用。在諸如用于鉆探地下地層的鉆頭的應(yīng)用中使用的PCD元件的快速發(fā)展使得鉆探時(shí)間更長(zhǎng)且應(yīng)用范圍更廣泛。在這種使用中，PCD元件可在腐蝕性更強(qiáng)的鉆探環(huán)境中暴露更長(zhǎng)的總鉆探時(shí)間。

通常用于形成常規(guī)PCD的溶劑催化劑材料包括來(lái)自周期表的第VIII族的金屬，其中鈷(Co)是最常見(jiàn)的。常規(guī)PCD可包含85-95體積％的金剛石和剩余量的溶劑催化劑材料。溶劑催化劑材料存在于所得PCD材料的存在于鍵合在一起的金剛石晶粒之間的間隙或間隙區(qū)域內(nèi)的微結(jié)構(gòu)中。

溶劑催化劑材料通常在HPHT過(guò)程中由待與所得PCD本體連接在一起的襯底提供，由此形成PCD復(fù)合片。當(dāng)經(jīng)受HPHT工藝時(shí)，所述襯底內(nèi)的溶劑催化劑材料熔化并滲透到相鄰的金剛石晶粒體積中，從而催化金剛石晶粒的鍵合在一起。在這種HPHT工藝中，通常由襯底供應(yīng)溶劑金屬催化劑，從而在PCD本體與襯底之間的界面附近形成富含金屬催化劑的區(qū)。

期望聚晶金剛石構(gòu)造以最小化或消除PCD構(gòu)造的不希望的腐蝕或侵蝕的方式進(jìn)行工程化，由此最小化或消除可能與常規(guī)PCD構(gòu)造相關(guān)的任何分層或其他失效模式。

發(fā)明內(nèi)容

如本文所公開(kāi)的PCD構(gòu)造可以切割元件構(gòu)造的形式提供，其中這種切割元件包括金剛石鍵合本體，所述金剛石鍵合本體具有鍵合在一起的金剛石晶體的基體且包括分散在所述基體內(nèi)的多個(gè)間隙區(qū)域。在一個(gè)實(shí)例中，所述本體由聚晶金剛石形成，并且至少一組間隙區(qū)域包括用于在高壓/高溫條件下燒結(jié)所述本體的溶劑金屬催化劑。如果需要，可對(duì)一部分聚晶本體進(jìn)行處理以使其熱穩(wěn)定。金屬襯底沿著在所述本體與所述襯底之間延伸的界面附接至所述本體襯底。

如本文所公開(kāi)的PCD構(gòu)造的特征在于它們包括保護(hù)元件或特征，所述保護(hù)元件或特征沿著所述襯底從所述本體軸向延伸一定距離并被構(gòu)造成覆蓋所述界面的外側(cè)區(qū)域。所述保護(hù)元件沿著所述襯底的總直徑的至少一部分周向地延伸。在一個(gè)實(shí)例中，所述保護(hù)元件是本體的整體構(gòu)件。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述保護(hù)元件由用于形成構(gòu)造本體的相同材料形成。在一個(gè)實(shí)例中，所述襯底包括直徑減小的區(qū)段和剩余直徑區(qū)段，其中所述保護(hù)元件安置在所述直徑減小的區(qū)段內(nèi)，并且所述保護(hù)元件具有與所述聚晶金剛石本體和襯底剩余直徑區(qū)段的外徑相同的外徑。所述保護(hù)元件可具有恒定的或沿著所述構(gòu)造軸向移動(dòng)的變化的徑向厚度。所述保護(hù)元件可圍繞所述構(gòu)造的整個(gè)直徑或僅在所述直徑的一部分上周向地延伸。

本概述旨在介紹一系列概念，所述概念將在以下詳述中進(jìn)一步描述。本概述并不意圖鑒定要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不意圖用作限制要求保護(hù)的主題的范圍的輔助。

附圖說(shuō)明

如本文公開(kāi)的聚晶金剛石構(gòu)造的這些和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將被理解，因?yàn)楫?dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過(guò)參考以下描述，所述特征和優(yōu)點(diǎn)變得更好理解，其中：

圖1是如本文公開(kāi)的示例性聚晶金剛石構(gòu)造的區(qū)域的示意性微結(jié)構(gòu)視圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，常規(guī)聚晶金剛石構(gòu)造的透視圖，所述透視圖說(shuō)明在投入使用時(shí)易受腐蝕或侵蝕的區(qū)域或區(qū)；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，聚晶金剛石構(gòu)造的透視圖；