[發(fā)明專利]多晶金剛石刀具元件和地鉆工具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201980045685.2
• 申請日: 2019-05-17
• 公開（公告）號: CN112513407B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷蒙德·安東尼·斯貝特茨;杰拉德·多蘭;埃米利奧·洛佩茲·洛佩茲;姬長征;尼古拉斯·J·里昂;康拉德·伊茲賓斯基
• 申請（專利權(quán)）人: 第六元素(英國)有限公司;貝克休斯控股有限責(zé)任公司
• 主分類號: E21B10/567
• 分類號: E21B10/567
• 代理公司: 深圳鷹翅知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44658
• 代理人: 王怡瑾;周婧

一種用于地鉆工具的刀具元件，包括在界面邊界處接合到硬質(zhì)合金基底的多晶金剛石(PCD)體。PCD體積包括與界面邊界相對的前刀面，前刀面的邊緣適合作為刀具元件的切削刃。PCD體積包括在層間邊界處彼此直接連接的多個層，其中第一多個層中的每個包括具有第一金剛石含量的PCD材料。第二多個層中的每個包括具有第二金剛石含量的PCD材料。第二金剛石含量大于第一金剛石含量；第一和第二復(fù)數(shù)層彼此交替布置。構(gòu)造和布置層，以使穿過邊緣和界面邊界質(zhì)心的徑向線在距離邊緣1,000微米內(nèi)相交，每個層間邊界以及與每個層間邊界的切線平面相交。各個相交點(diǎn)相對于徑向線以不小于30°的最小角度布置。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開總體上涉及一種用于地鉆工具的多晶金剛石(PCD)刀具元件，特別地但非排他地用于鉆入到巖石中以進(jìn)行石油或天然氣鉆探，并且涉及一種包括多晶金剛石刀具元件的地鉆工具。

背景技術(shù)

美國專利第8,590,643號公開了一種多晶金剛石(PCD)體，其包括與拉伸層交錯的壓縮層，所述拉伸層分別包括不同等級的PCD材料，并且通過直接的金剛石與金剛石結(jié)合而彼此接合。PCD主體可以被結(jié)合到硬質(zhì)合金支撐主體上，該硬質(zhì)合金支撐主體被構(gòu)造成被用作諸如鉆頭之類的工具，以用于鉆入到地下，或者被用作鎬或砧以用于使諸如瀝青或巖石之類的堅硬材料降解或破碎。壓縮層和拉伸層可以是大約50微米至大約500微米的厚度；它們可以基本上平行于PCD主體的工作表面來布置，或者相對于工作表面被傾斜或彎曲。

美國專利號9?428?967公開了一種用于切削元件的PCD主體，該P(yáng)CD主體包括具有不同的相應(yīng)屬性的有序區(qū)域，諸如不同的平均晶粒尺寸和/或每單位體積的不同的超硬材料含量。這些區(qū)域限定了在PCD主體的垂直橫截面中具有彎曲部分的晶粒界面。

需要用于鉆入到地下的超硬刀具元件，該刀具元件具有延長的工作壽命，特別地但不排他地用于石油或天然氣鉆探，并且還需要包括刀具元件的地鉆工具。

發(fā)明內(nèi)容

從第一方面來看，可以提供一種用于地鉆工具的刀具元件，諸如用于石油或天然氣鉆探的鉆頭，其包括在界面邊界處接合到硬質(zhì)合金基底的多晶金剛石(PCD)；PCD體積包括

與界面邊界相對的前刀面，該前刀面的邊緣適合作為刀具元件的切削刃；PCD體積包括在層間邊界處彼此直接接合的多個層(或基本上由其組成)，其中第一多個層中的每一層包括具有第一金剛石含量的PCD材料或基本上由其組成；第二多個層中的每一層包括具有第二金剛石含量的PCD材料或基本上由其組成；第二金剛石含量大于第一金剛石含量；第一多個層和第二多個層相對于彼此以交替布置而被安置；所述層被構(gòu)造和布置成使得穿過邊緣的徑向線(在某些示例中，也就是說，穿過邊緣上的點(diǎn)或穿過邊緣上的任何點(diǎn))和界面邊界的質(zhì)心在距邊緣的最大距離為1000微米內(nèi)與每個層間邊界相交，在相應(yīng)交點(diǎn)處與每個層間邊界的相應(yīng)切平面被安置成相對于徑向線呈不小于約30°的最小角度。

相鄰層的金剛石晶粒通過直接相互結(jié)合而彼此燒結(jié)，因此PCD材料從一個層到相鄰層不間斷。

從第二方面來看，提供了一種包括示例刀具元件的地鉆工具。

本公開內(nèi)容設(shè)想了刀具元件和工具的各種示例布置、構(gòu)造和用途，包括非限制性和非窮舉性的示例在下面被描繪。

在一些示例中，邊緣可以圍繞前刀面的外圍基本上一直延伸；在一些示例中，邊緣可以沿著前刀面的外圍的一部分延伸，并且不是連續(xù)地圍繞外圍一直延伸；并且在一些示例中，PCD體積可以具有多個不連續(xù)的邊緣。

在一些示例中，第一多個層的每個層可以具有沿著徑向線的厚度，該厚度大于第二多個層的每個層的厚度(即，沿著徑向線測量的厚度)。