[發(fā)明專利]包括釕的硬面組合物、具有這樣的硬面的鉆地工具及相關(guān)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710996351.6
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN107686922A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·W·伊森
• 申請（專利權(quán)）人: 貝克休斯公司
• 主分類號: C22C29/00
• 分類號: C22C29/00;C23C4/06;C23C4/129
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標(biāo)事務(wù)所11038
• 代理人: 譚冀

本申請是申請日為2014年2月28日、申請?zhí)枮?01480011682.4并且發(fā)明名稱為“包括釕的硬面組合物、具有這樣的硬面的鉆地工具及相關(guān)方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。

相關(guān)申請的交叉參考

本申請要求2013年3月1日提交的未決的名稱為“Hardfacing Compositions including Ruthenium,Earth-Boring Tools Having Such Hardfacing,and Related Methods”的美國專利申請序列號13/783,097的權(quán)益。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容的實施方案整體上涉及硬面組合物，涉及包括這樣的硬面組合物的鉆地工具，并且涉及形成硬面和向鉆地工具的表面施加硬面的方法。

背景

鉆地工具通常用于在地層中形成(例如鉆探和擴大)鉆孔或井(以下“井眼”)。鉆地工具例如包括旋轉(zhuǎn)鉆頭、取心鉆頭、偏心鉆頭、雙中心鉆頭、擴孔鉆、管下擴孔鉆和磨機。

不同類型的鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭在本領(lǐng)域中是已知，例如包括固定式切刀鉆頭(在本領(lǐng)域中其通常被稱為“刮刀”鉆頭)、滾動式切刀鉆頭(在本領(lǐng)域中其通常被稱為“巖石”鉆頭)、超級磨料浸漬鉆頭和混合式鉆頭(其例如可以包括固定式切刀和滾動式動刀兩者)。鉆頭旋轉(zhuǎn)并推進到地下地層中。當(dāng)鉆頭旋轉(zhuǎn)時，切刀或其磨料結(jié)構(gòu)切削、擠壓、剪切和/或磨損掉地層材料以形成井眼。

鉆頭直接或間接地與在本領(lǐng)域中稱作“鉆柱”的端部連接，該鉆柱包括一系列的端至端連接的狹長管狀部分，其從地層表面延伸到井眼中。通常情況下，可以在正在鉆探的井眼底部處的鉆柱的遠(yuǎn)端處將各種工具和部件(包括鉆頭)連接在一起。在本領(lǐng)域中將工具和部件的這種組件稱為“底孔組件”(BHA)。

通過使鉆柱從地層表面旋轉(zhuǎn)，可以使鉆頭在井眼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，或通過將鉆頭與鉆孔電動機連接，該鉆孔電動機還與鉆柱連接并且與井眼的底部鄰近設(shè)置，可以使鉆頭旋轉(zhuǎn)。井下電動機例如可以包含具有軸的液壓Moineau型電動機，鉆頭與該軸連接，通過從地層表面泵送流體(例如鉆探泥漿或流體)向下通過鉆柱的中心、通過液壓電動機、從鉆頭中的噴嘴離開并且通過井眼內(nèi)鉆柱的外表面和地層的暴露表面之間的環(huán)形空間向上回到地層表面，可使鉆頭旋轉(zhuǎn)。

鉆地工具的材料需要是相對堅硬且耐磨，以避免在工具的使用過程中的過量磨損。在努力增加鉆地工具的耐磨性時，將復(fù)合材料施加到鉆頭的表面，所述表面經(jīng)受磨損、侵蝕或磨損和侵蝕兩者。通常將這些復(fù)合材料稱為“硬面”材料。硬面材料典型地包括在連續(xù)的基體相內(nèi)鑲嵌的硬質(zhì)材料晶粒。連續(xù)基體相通常包含金屬合金，并且通常在本領(lǐng)域中被稱為金屬“粘合劑”，因為它將硬質(zhì)材料晶粒結(jié)合在一起。

例如，硬面材料通常包括分散在整個鐵基、鎳基或鈷基金屬合金基體中的碳化鎢顆粒。與基體材料相比，碳化鎢顆粒相對硬，并且與碳化鎢顆粒相比，基體材料相對有韌性。

在硬面材料中使用的碳化鎢顆粒可以包含鑄造碳化鎢顆粒、燒結(jié)碳化鎢顆粒和粗晶碳化鎢顆粒中的一種或多種。碳化鎢體系包括兩種化學(xué)計量的化合物，WC和W₂C。鑄造碳化鎢通常包括WC和W₂C化合物的共晶混合物。燒結(jié)碳化鎢顆粒包括通過基體材料結(jié)合在一起的相對較小的WC顆粒。鈷和鈷合金通常用作燒結(jié)碳化鎢顆粒中的基體材料。最后，粗晶碳化鎢顆粒通常由WC單晶組成。

在本領(lǐng)域中已知的各種技術(shù)可用于向鉆地工具的表面施加硬面。例如，自動和手動的焊接工藝可用于向鉆地工具施加硬面。在一些手動工藝中，提供包含硬面的焊條，并且使用焊炬(例如氧乙炔焊炬或電弧焊炬)來加熱所述條的端部和任選的工具表面，其中將向該表面施加硬面。將所述條的端部加熱，直到至少所述基體材料開始熔化。隨著在條的端部的基體材料開始熔化，將熔化的硬面施加到工具的表面。還將分散在基體材料中的硬質(zhì)顆粒施加到熔融基體材料的表面。施加后，使熔融的基體材料冷卻并凝固。

這樣的焊條可以包含硬面的基本上實心的鑄條，或它們可以包含由硬面的基體材料形成并且填充有硬質(zhì)顆粒(例如碳化鎢顆粒)的中空柱形管。在管狀構(gòu)造的焊條中，可密封該中空柱形管的至少一個端部。然后可以將所述管的密封端部熔化或焊接到鉆地工具上的所需表面上。隨著管熔化，中空柱形管內(nèi)的碳化鎢顆粒隨著將熔融基體材料沉積在工具的表面上而與熔融基體材料混合。一種可替代的技術(shù)包括形成硬面的鑄條。