專利名稱：：形成聚晶復合體的方法
技術領域：
：本公開內容的實施方案總體上涉及形成用于鉆地工具的這樣的聚晶金剛石復合體切削元件的方法。
背景技術：
：用于在地下地層中形成井眼的鉆地工具通常包括固定到本體的多個切削元件。例如，固定切削刀鉆地旋轉鉆頭(也稱作“刮刀鉆頭”)包括固定地連接到該鉆頭的鉆頭本體的多個切削元件。類似地，牙輪鉆地旋轉鉆頭可以包括多個錐體(cone)，所述錐體安裝在從鉆頭本體的腿(leg)伸出的軸承銷上從而使每個錐體能夠圍繞上面安裝該錐體的軸承銷旋轉?？梢詫⒍鄠€切削元件安裝到鉆頭的每個錐體。換句話說，鉆地工具典型地包括連接切削元件的鉆頭本體。用在這樣的鉆地工具中的切削元件通常包含作為聚晶金剛石材料的切削面的聚晶金剛石復合體(通常稱作“聚晶金剛石復合體”)。聚晶金剛石材料是包含金剛石材料的相互鍵合的晶?；蚓w的材料。換句話說，聚晶金剛石材料包含金剛石材料的晶?；蚓w之間的直接的、粒間的鍵合。術語“晶?！焙汀熬w”在本文同義地和互換地使用。聚晶金剛石復合體切削元件典型地在高溫和高壓條件下在催化劑(例如，鈷，鐵，鎳，或其合金以及其混合物)存在下通過將相對小的金剛石晶粒燒結和鍵合在一起以形成切削元件基材上的聚晶金剛石材料層(例如，復合體或“臺面(table)”)而形成。這些方法通常稱作高溫/高壓(HTHP)方法。切削元件基材可以包括金屬陶瓷材料(即，陶瓷-金屬復合材料)，例如，鈷燒結的碳化鎢。在這樣的情況下，在切削元件基材中的鈷(或其他催化劑材料)可以在燒結期間掃入金剛石晶粒，并用作用于從金剛石晶粒形成粒間金剛石-金剛石鍵和所形成的金剛石臺面的催化劑材料。換句話說，在HTHP方法中在將晶粒燒結在一起之前可以將粉末狀催化劑材料與金剛石晶?；旌??！┦褂肏THP方法形成金剛石臺面，催化劑材料可能會保留在形成的聚晶金剛石復合體中金剛石晶粒之間的間隙空間中。當在使用期間加熱切削元件時，由于切削元件和地層之間的接觸點處的摩擦，金剛石臺面中催化劑材料的存在可能有助于金剛石臺面中的熱損害。其中催化劑材料保留在聚晶金剛石復合體內的聚晶金剛石復合體切削元件在高達約七百五十攝氏度(750°C)的溫度范圍內通常是熱穩(wěn)定的，盡管在溫度超過約三百五十攝氏溫度(350°C)時切削元件中的內應力可能開始產生。該內應力至少部分是由于金剛石臺面和與其結合的切削元件基材之間的熱膨脹率的差異。這種熱膨脹率的差異可能會在金剛石臺面和基材之間的界面處導致相對大的壓縮和拉伸應力，并且可能造成金剛石臺面從基材上的層離。在約七百五十攝氏度(750°C)及以上的溫度，金剛石臺面本身內的應力可能由于金剛石材料和金剛石臺面中的催化劑材料的熱膨脹系數的差異而顯著增加。例如，鈷的熱膨脹顯著地快于金剛石，這可能會造成金剛石臺面內裂縫的形成和傳播，最終導致金剛石臺面的劣化和切削元件的失效。此外，在等于或大于約七百五十攝氏度(750°C)的溫度聚晶金剛石復合體內的一些金剛石晶體可能與催化劑材料發(fā)生反應，引起該金剛石晶體經歷化學分解或轉化回到碳或其它碳基材料的另一同素異形體。例如，金剛石晶體可以在金剛石晶體邊界處石墨化，這可以很大地削弱該金剛石臺面。此外，在非常高的溫度下，除石墨外，一些金剛石晶體可以轉化為一氧化碳和二氧化碳。為減少與熱膨脹率差異和聚晶金剛石復合體PDC切削元件中的金剛石晶粒的化學分解相關的問題，已開發(fā)所謂的“熱穩(wěn)定的”聚晶金剛石復合體(其也已知為熱穩(wěn)定產品，或“TSP”)。這樣的熱穩(wěn)定聚晶金剛石復合體可以通過使用酸或酸的組合(例如，王水)從金剛石臺面中的相互鍵合的金剛石晶體之間的間隙空間中浸提出催化劑材料(例如，鈷)而形成。已報導其中基本上所有的催化劑材料已從金剛石臺面中浸提出的熱穩(wěn)定聚晶金剛石復合體在高達約一千二百攝氏度(1200°c)的溫度時是熱穩(wěn)定的。常規(guī)的酸浸提方法的實例描述于Griffin等人的美國專利號6，410，085(2002年6月25日發(fā)布)，Matthias等人的美國專利號6，435，058(2002年8月20日發(fā)布)，Matthias等人的美國專利號6，481,511(2002年11月19號發(fā)布)，Griffin等人的美國專利號6，544，308(2003年4月8日發(fā)布)，Griffin等人的美國專利號6，562，462(2003年5月13日發(fā)布)，Griffin等人的美國專利號6，585，064(2003年7月I日發(fā)布)，Griffin等人的美國專利號6，589，640(2003年7月8日發(fā)布)，Griffin等人的美國專利號6，592,985(2003年7月15日發(fā)布)，Matthias等人的美國專利號6，601，662(2003年8月5日發(fā)布)，Matthias等人的美國專利號6，739，214(2004年5月25日發(fā)布)，Matthias等人的美國專利號6，749，033(2004年6月15日發(fā)布)和Matthias等人的美國專利號6，797，326(2004年9月28號發(fā)布)中。然而，這樣的酸浸提方法是有問題的，因為其中使用的酸化合物在使用中難以控制，存儲有問題，需要在升高的溫度下延長的曝露時間，和此外，產生很多量的有害廢物。此外，常規(guī)的酸浸提方法經常導致由于酸化合物對聚晶金剛石復合體的聚晶材料的強作用所引起的催化劑材料的不均勻去除。這樣的不均勻去除可能損害耐久性和減少具有從其中只部分去除催化劑材料的聚晶金剛石復合體的溫度忍受性。例如，使用常規(guī)的酸浸提方法去除催化劑材料可能導致延伸至催化劑材料去除所需的聚晶金剛石復合體的深度之外的尖峰、波谷和變化。
發(fā)明內容在一些實施方案中，本公開內容包括形成用于鉆地工具的聚晶復合體的方法。這樣的方法可以包括至少部分地熔融硅酸鹽玻璃，堿金屬鹽，和稀土元素中的至少一種以形成反應性材料，和將反應性材料引入到含有位于聚晶材料的相互鍵合的晶體之間的間隙空間內的催化劑材料的聚晶復合體以除去至少一部分催化劑材料。在另外的實施方案中，本公開內容包括形成用于鉆地工具的聚晶復合體切削元件的方法。這樣的方法可以包括形成含聚晶材料和位于聚晶材料的相互鍵合的晶體之間的間隙空間內的催化劑材料的切削元件，和通過使至少部分聚晶材料暴露于含乙酸的溶液和含惰性氣體或氧化劑的化學等離子體中的至少一種從而從間隙空間中去除至少部分催化劑材料。通過考慮隨后的描述、相應的附圖，和所附的權利要求，本公開內容的其它特征和優(yōu)點對那些本領域技術人員將變得顯而易見。雖然以權利要求形成觀點的說明書特別指出和清楚地要求哪些作為本公開內容的實施方案，當與相應的附圖一起閱讀時，本公開內容的實施方案的優(yōu)點可能更容易地從本公開內容下面的實施方案的描述確定，其中附圖I是形成根據本公開內容的聚晶復合體切削元件的方法的實施方案的流程圖；附圖2A至2C是描繪形成根據附圖I的實施方案的聚晶復合體切削元件的方法的說明；附圖3A為簡化圖，說明附圖2A和2B所示的切削元件的聚晶材料的區(qū)域或層的微結構在放大倍率下如何顯示；附圖3B為簡化圖，說明附圖2C所示的切削元件的聚晶材料的區(qū)域或層的微結構在放大倍率下如何顯示；附圖4是本公開內容的鉆地工具的實施方案的透視圖，其包含根據本公開內容的實施方案而形成的多個切削元件。具體實施例方式本文出現的插圖并不意味著是任何特定的材料，裝置，系統(tǒng)或方法的實際視圖，而僅僅是用來描述本公開內容的理想化代表。此外，附圖之間的共同元素可以保持相同的數值標識。在一些實施方案中，本公開內容可以用來制造用于鉆探工具，例如鉆頭的聚晶金剛石復合體(roc)切削元件。該方法利用非酸性的，反應性的材料以從形成切削元件的roc聚晶材料中去除催化劑材料?？墒褂酶邷?高壓(HTHP)方法形成聚晶材料。在一些實施方案中，聚晶材料可以在切削元件基材上形成，或者聚晶材料可以與任何切削元件基材分開形成，并隨后連接到切削元件基材。反應性材料可以包括，例如，熔融玻璃，離子化合物，浸提液體或化學等離子體。使用本文所公開的非酸性的，反應性材料從聚晶材料中去除催化材料可提供在去除催化劑材料的深度處的改進的控制。如本文所使用，術語“催化劑材料”指的是在HTHP下能夠基本上催化硬材料的晶粒之間的粒間鍵的形成，但至少在升高的溫度，壓力和在用于形成地下地層中井眼的鉆井操作過程中可能遇到的其它條件下有助于粒間鍵和顆粒材料降解的任何材料。例如，用于金剛石的催化劑材料包括，僅作為示例，鈷，鐵，鎳，元素周期表的珊A族的其它元素，和它6們的合金。如本文所使用，術語“鉆頭”是指并包括在井眼的形成或擴大期間用于鉆孔的任何類型的鉆頭或工具，并包括，例如，旋轉鉆頭，沖擊式鉆頭，取芯鉆頭，偏心鉆頭，雙中心鉆頭，鉆孔器，銑(mill)，刮刀鉆頭，牙輪鉆頭，混合鉆頭和本領域中已知的其它鉆頭和工具。如本文所使用，術語“熔融”是指并包括其中材料是粘性且處于軟化或熔化狀態(tài)的狀態(tài)，材料經過該狀態(tài)從固態(tài)轉變到液態(tài)。如本文所使用，術語“硬材料”是指并包括具有約3000Kgf/mm2(29，420MPa)或更大的Knoop硬度值的任何材料。硬材料包括，例如，金剛石和立方氮化硼。如本文所使用，術語“粒間鍵”是指并包括材料的相鄰晶粒中的原子之間的任何直接的原子鍵(例如，共價鍵，金屬鍵等)。如本文所用，術語“聚晶復合體”是指并包括含由涉及施加壓力(例如，壓實)到用于形成聚晶材料的前體材料的方法而形成的聚晶材料的任何結構。如本文所使用，術語“聚晶材料”是指并包括含通過粒間鍵直接鍵合在一起的材料的多個晶?；蚓w的任何材料。材料的單個晶粒的晶體結構可以在聚晶材料內的空間中任意取向。如本文所使用，術語“浸提”是指并包括從固體材料(例如聚晶材料)去除或萃取材料到載體中，例如通過將材料溶解到載體中或者通過將材料轉換為鹽。如本文所使用的，關于將催化劑從聚晶復合體的表面下方去除的深度或水平、或深度水平的數值，術語“標準偏差”是指并包括通過提取從它們的頻率分布的平均值觀察到的值的平方偏差的平均值的平方根獲得的分散或變化的度量。低標準偏差表明數據點趨向于非常接近平均值，而高標準偏差表明數據點分布在大范圍的值。降低的標準偏差可表明觀察到的催化劑去除的深度更接近平均值，因此，在本文中可稱作標準偏差的改進(即，“改進的標準偏差”)。為確定標準偏差的改進，聚晶復合體表面下方的催化劑去除的深度可以使用常規(guī)的方法確定，例如，電子顯微鏡。使用本文中描述的方法，標準偏差可以改進，例如，高達約80%，和更具體地，在約5%-約20%。如本文所使用的，關于聚晶復合體的表面下方的深度或水平，或深度水平的數值，術語“基本均勻的”和“基本均勻地”是指和包括表面下方區(qū)域的深度基本上缺少明顯的偏離例如超過這樣深度的通常數值的尖峰和/或波谷。更具體地，當指聚晶復合體的表面下方的催化劑去除的深度時，“基本均勻的深度”是指和包括基本上沒有明顯偏離的這樣的去除深度，例如在表面下方區(qū)域中的尖峰、波谷和其它的變化。換句話說，如果將催化劑去除至例如聚晶復合體的切削面下方的基本均勻的深度，則將催化劑從切削面的表面下方的區(qū)域去除至一定的深度，該深度與含這樣催化劑的復合體的剩余部分的邊界雖然不一定是常量，但沒有例如尖峰，波谷和/或其它的變化的明顯偏離。附圖I是本公開內容的方法的實施方案的流程圖。在附圖I所示的過程期間形成的相關結構在附圖2A至2C中說明。參照上述的附圖，在第一步I中，在催化劑材料11存在下使用HTHP方法使包含聚晶材料14的切削元件10(附圖2A)由硬材料顆粒形成，例如金剛石顆粒(也稱為“磨料”)。在一些實施方案中，聚晶材料14可以在支承基材12上形成，或者可以在聚晶材料14形成之后連接到支撐基材12?；?2可以包括金屬陶瓷材料，如鈷燒結的碳化鎢。在第二步2中，掩模，例如固定裝置20(附圖2B)，可以在基材12和任選的切削元件10的部分聚晶材料14上形成。在第三步3中，使用非酸性的反應性材料，如熔融玻璃材料，離子化合物，浸提液或化學等離子體可以將至少一部分催化劑材料11從聚晶材料14的暴露區(qū)域中去除，如將在本文敘述(附圖2C)。使用反應性材料控制的催化劑材料11的去除可以改進(即，降低)將催化劑材料14從PCD切削元件，例如切削元件10的表面下方去除的深度的標準偏差。如本文所使用的，應用于聚晶材料14中的催化劑材料11的術語“去除”，是指和包括從聚晶材料14內的間隙空間，和由組成聚晶材料14的鍵合顆粒表面基本去除催化劑11，并且不排除在已被去除催化劑材料11的聚晶材料14的區(qū)域或多個區(qū)域中一些少量的催化劑材料11的存在。換種方式說，聚晶材料14可以具有根據本公開的實施方案的去除方法使得其基本上沒有催化劑材料11的區(qū)域或多個區(qū)域，或者甚至整個聚晶材料14。例如，可以將催化材料11去除的深度的標準偏差改進約5%-約80%，更具體地，約10%-約20%，仍更具體地，約15%。通過實例和非限制方式，反應性材料可以能夠使催化劑材料11基本上均勻地從聚晶材料14去除。附圖2A至附圖2C說明本公開內容的方法的實施方案。附圖2A是可以在例如鉆地工具中使用的切削元件10的透視圖。切削元件10可以包含聚晶材料14，在本領域中也稱為“聚晶金剛石臺面”或“金剛石臺面”。切削元件10的聚晶材料14可以包含催化劑材料11分散遍及其中的多個間隙區(qū)域。附圖2A至2C所示的切削元件10、10’是以常規(guī)類型的方法(通過非限制性實例方式，在Wentorf等人的美國專利號3，745，623(1973年7月17日發(fā)布)所描述)在燒結的碳化鎢或者本領域中已知的其它適合的材料上的支撐基材12(如圖所示)上形成的，或以類似的常規(guī)方法(通過非限制性的實例，Bunting等人的美國專利號5，127,923(1992年7月7日發(fā)布)所描述)作為獨立的聚晶金剛石復合體而形成(即，沒有支撐基材12)。聚晶材料14可以在界面16處鍵合到支撐基材12。聚晶材料14的切削表面18可以作為工作表面相對于界面16而暴露。雖然附圖2A中所描述的實施方案中的切削元件10是圓柱形或圓盤形，但是在其它實施方案中，切削元件10可以具有任何所需的形狀，例如圓頂，錐形，鑿子等。聚晶材料14可以包括天然金剛石，合成金剛石，或者它們的混合物，并且可以使用不同的晶體尺寸的金剛石磨料(即，從金剛石磨料的多個層，每層具有不同的平均晶體尺寸，或者通過使用具有多峰的晶體尺寸分布的金剛石磨料)形成。如附圖2B所示，在催化材料11去除期間，切削元件10可被掩蔽以保護或遮蔽基材12，和任選的一部分聚晶材料14。切削元件10可以使用不滲透反應性材料的材料來掩蔽。例如，可以將切削元件10布置在固定裝置20中來掩蔽基材12和如果需要的話，一部分聚晶材料14。在一些實施方案中，固定裝置20可以從耐熱性材料，例如陶瓷材料，金屬材料或金屬合金形成，或者可以從耐化學品材料，例如聚合物材料或石墨形成。作為非限制性的實例，切削元件10可以通過收縮裝配方法安裝在固定裝置20中的凹部22。可以將切削元件10布置在固定裝置20的凹部22中，使得聚晶材料14的切削面18暴露。然后可以施加熱到固定裝置20中的切削元件10以引起切削元件10的膨脹。當切削元件10和固定裝置20冷卻至室溫時，固定裝置20中的凹部22的直徑可能比切削元件10的直徑略小。當暴露于反應性材料不是所需時，固定裝置20可以用來屏蔽部分切削元件10，包括支撐基材12和任選地，一部分聚晶材料14。雖然附圖2B中描述的實施方案中切削元件10的基材12和聚晶材料14都布置在固定裝置20中，但是在其它實施方案中，切削元件10的聚晶材料14，或其一部分，可以在固定裝置20的上方突出，如虛線所示，使得聚晶材料14的側壁暴露8用于該處催化劑材料的去除，和同時從切削面18的催化劑材料11的去除。在這樣的情況中聚晶材料14的所形成的區(qū)域，可以認為形成從其中已將催化劑材料11去除的聚晶材料14的“帽狀”結構。附圖2C說明從至少一部分聚晶材料14去除催化劑材料11(附圖2A)后的切削元件10’。在一些實施方案中，至少一部分或者基本上所有的催化劑材料11可以從聚晶材料14中去除。在其它的實施方案中，將催化劑材料11從切削表面18周圍的部分聚晶材料14去除，如附圖2C所示，聚晶材料14可以包括在界面24處分離的兩個一般區(qū)域。催化劑填充部分26形成聚晶材料14的下部分，并可能鍵合到支撐基材12。浸提部分28形成聚晶材料14的上部并且在界面24處與催化劑填充部分26鄰接。聚晶材料14的浸提部分28提供熱穩(wěn)定的切削表面18。在一些實施方案中，浸提部分28包括具有間隙區(qū)域的聚晶材料14，其中至少一部分基本上不含催化劑材料11。目前公開的方法能夠改進從聚晶材料14的催化劑材料11的去除至所需深度或多個深度的標準偏差(即，變化量的降低)。換句話說，在經歷常規(guī)的酸浸提方法的切削元件中，本公開內容的方法可以提供PDC切削元件的聚晶材料14中催化劑材料11的去除的標準偏差的改進。例如，使用本公開內容的方法形成的切削元件之間的浸提部分28的深度的標準偏差與使用常規(guī)的酸浸提方法形成的浸提部分的深度的標準偏差相比可以改進約10%。此外，催化劑材料11可以基本上均勻地從聚晶材料14的切割表面18，和任選地，從聚晶材料14的側壁去除。在一些實施方案中，催化劑材料11可從離聚晶材料14的切割表面18或側壁具有基本均勻深度的區(qū)域去除。因此，使用如本文所述的反應性材料去除催化材料11可以減少或消除延伸超過該催化劑填充部分26和浸提部分28之間的界面24的深度的浸提部分28的尖峰或變化的數目和深度。例如，如果聚晶材料14具有約Imm-約3_的深度，在一個實施方案中，可將催化劑材料11從聚晶材料14去除或浸提至小于約一百微米(ΙΟΟμπι或O.Imm)的深度，更具體地，約二十五微米(25μm或O.025mm)-約九十五微米(95μm或O.095mm)。在另一實施方案中，可將催化劑材料去除至大于約一百微米(100μm或O.Imm)的深度,例如，至高達五百微米(500μm或O.5mm),或者，在一種情況中，至選自約二百五十微米(250μηι或O.25mm)-約三百微米(300μm或O.3mm)的深度。通過將聚晶材料14暴露于反應性材料，可將催化劑材料11從聚晶材料14的間隙部分去除以形成熱穩(wěn)定的切削表面18。反應性材料可以包括，例如，熔融玻璃，熔鹽，浸提液，低共熔液或者化學等離子體。在一些實施方案中，聚晶材料14或其切削表面18可以暴露于反應性材料，而將切削元件10布置在固定裝置20中以防止該反應性材料和聚晶材料14的屏蔽區(qū)域，以及如果存在的話，和支撐基材12之間的接觸。在一些實施方案中，反應性材料可以包括在熔融狀態(tài)的玻璃材料。玻璃材料可以是硅酸鹽玻璃，例如硼硅酸鹽玻璃，鋁硅酸鹽玻璃，高二氧化硅玻璃，磷硅酸鹽玻璃(PSG)或硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)。在一些實施方案中，可以將鈉材料(也稱作熔劑材料)加入到玻璃材料中以顯著降低該玻璃材料的熔點。鈉材料可以包括，例如氫氧化鈉，碳酸鈉，硼氫化鈉或者氯化鈉。通過非限制性實例方式，該玻璃材料可以具有小于或等于約一千攝氏度(1，000°C)，和更具體地，約二十攝氏度(20°C)_約九百攝氏度(900°C)，和仍更具體地，約三百攝氏度(300°C)-約七百五十攝氏度(750°C)的熔點。在一些實施方案中，可將該玻璃材料在大于或等于約該玻璃材料的熔點的溫度下引入到切削元件10中。通過非限制性實例方式，可以將玻璃材料引入至傳統(tǒng)加熱爐或反應器的隔室(未示出)中的切削元件10的聚晶材料14?？煽刂聘羰覂鹊臏囟纫栽趶木劬Р牧?4中去除催化劑材料11期間保持玻璃材料處于熔融狀態(tài)。在其它實施方案中，可將玻璃材料加熱至熔融狀態(tài)，可將切削元件10的聚晶材料14浸入在熔融的玻璃材料中或者翻轉并浸潰至熔融的玻璃材料中。在熔融狀態(tài)，玻璃材料可腐蝕，溶解或者另外地從部分聚晶材料14去除催化劑材料11，使得部分聚晶材料14的至少部分的間隙部分基本上不含催化劑材料11。在其它實施方案中，反應性材料可以包括離子化合物，例如，鹽，鹽的混合物，或者可以產生鹽的化合物的混合物?？蛇x擇離子化合物以關于聚晶材料14而選擇性地溶解催化劑材料11。離子化合物可以是，例如，堿金屬(即，元素周期表第I族的元素)，如鋰，鈉，鉀，銣，銫，和鈁的鹽，或者可以是鈣，硅(silica)或鋁的鹽。離子化合物也可以是硝酸鹽，氟硼酸鹽，乙酸鹽，六氟磷酸鹽或者鹵化物。離子型化合物可以具有小于或等于四百攝氏度(400°C)，和更具體地，約二十攝氏度(20°C)-約三百攝氏度(300°C)的熔融溫度。切削元件10可以在小于或等于五千巴(5kbar)，和更具體地，約半千巴(O.5kbar)_約三千巴(3kbar)的壓力下暴露于離子化合物。為從聚晶材料14去除催化劑材料11，可將離子化合物在大于或等于該離子化合物熔點的溫度引入到聚晶材料14。例如，可將離子化合物加熱到熔融狀態(tài)，和可將切削元件10浸入或浸潰到熔融態(tài)的離子化合物中。該熔融的離子化合物可以腐蝕，溶解或者另外地從部分聚晶材料14去除催化劑材料11，使得部分聚晶材料14的間隙部分基本上不含催化劑材料11。在另外的實施方案中，反應性材料可以包括可溶解催化劑材料11從而能夠從切削元件10去除催化劑材料11的浸提液。如本文所使用的，術語“浸提液”是指并包括通過例如，溶解催化劑材料11或者將催化劑材料轉化為可溶解的鹽從而可以從聚晶材料14去除催化劑材料11的液體。適合的浸提液是本領域中已知的，通過非限制性實例方式，在Treyvillyan等人的美國專利號3，673，154(1972年6月27日發(fā)布)，在Feld等人的美國專利號4，490，298(1984年12月25日發(fā)布)中描述。例如，催化劑材料11可以暴露于在由間或對二甲苯在乙酸溶劑介質的存在下利用氧化催化劑(如，乙酸鈷)的液相氧化為間苯二甲酸或者對苯二甲酸而形成的浸提液，其可以溶解催化劑材料11并形成鄰苯二甲酸?？蓪⑧彵蕉姿幔宜岷退畯姆磻旌衔锶コ?，將所得的混合物可用含水碳酸鈉處理，使得形成催化劑材料11的碳酸鹽。作為另一非限制性實例，可將催化劑材料11暴露于乙酸和水的溶液中，并且之后，可將草酸或者草酸酯加入至該溶液中以形成催化劑材料11的草酸鹽。在另一實施方案中，可以低共熔反應形成液體的形式將反應性材料引入到切削元件10的聚晶材料14。在一些實施方案中，二元低共熔體可以由一種或多種稀土元素形成，例如鍺，釔，釹，鈰和釓。作為非限制性實例，通過加熱該一種或多種元素至大于或等于其熔點的溫度而將該一種或多種元素液化。例如，通過加熱至約九百三十八攝氏度(938°C)的溫度可以將鍺金屬液化。該液化元素，例如液體鍺，可以與約15被％的鈷合并，并冷卻至約七百三十攝氏度(730°C)的溫度以形成低共熔液，如在鈷和鍺之間的相圖關系中所述其保持液體。鈷和鍺之間的相圖關系詳細地描述于，例如，K.Ishida和T.Nishizawa,JournalofPhaseEquilibria,Vol.12,No.I,第77-83頁(1991)中。切削元件10可以在小于或等于約五千巴(5kbar),和更具體地,約半千巴(O.5kbar)_約三千巴(3kbar)的壓力下暴露于低共熔液。為從聚晶材料14去除催化劑材料11，可將低共熔液在大于或等于低共熔液相的熔點的溫度引入聚晶材料14。例如，在形成低共熔液之后，可將切削元件10浸入或浸潰到保持在熔融狀態(tài)的低共熔液中。該熔融的低共熔液可以腐蝕，溶解或者另外地從部分聚晶材料14去除催化劑材料11，使得部分聚晶材料14的間隙部分基本上不含催化劑材料11。仍在另一實施方案中，可以化學等離子體的形式將反應性材料引入切削元件10的聚晶材料14。在一些實施方案中，化學等離子體可以包括一種或多種惰性氣體，例如，氬，氮，氦，氣，氪和氡。在其它實施方案中，化學等離子體可以包括氧化劑，例如氧(02)，臭氧(O3),氟(F2),氯(Cl2),過氧化物和類似物。如本領域已知以常規(guī)類型的方法(通過非限制性實例方式，在Matsuo等人的美國專利號4,494,620(1985年I月8日)，Morrison等人的美國專利號4，361，472(1982年11月30日)，和H.Conrads和M.Schmidt,“PlasmaGenerationandPlasmaSources,，，PlasmaSourcesSci.Technol.9:441-454(2000)中所描述)可產生化學等離子體。切削元件10可以放置在常規(guī)的等離子體反應器的隔室內，而且該隔室可以至少部分地抽真空。然后可將一種或多種惰性氣體和氧化劑引入到等離子體反應器和隔室中?；瘜W等離子體可以在降低的壓力下在微波電場或高頻電場中產生。聚晶材料14可以用作濺射目標，化學等離子體中的離子可轟擊催化劑材料11從而導致催化劑材料11從聚晶材料14的間隙區(qū)域噴出。作為非限制性實例，可利用電場來引導噴射出的催化劑材料11離開聚晶材料14的切割表面18，并且朝向假鍍層材料。通過非限制性實例方式，可使化學等離子體在約三百攝氏度(300°C)-約七百五十攝氏度(750°C)的溫度與聚晶材料14接觸。盡管可將切削元件10在低于約四百攝氏度(400°C)的溫度暴露于反應性材料以防止內應力，可將該反應性材料的溫度升至小于或等于約七百五十攝氏度(750°C)來提高催化劑材料11從聚晶材料14的去除速率。與使用傳統(tǒng)的酸浸提方法的催化劑材料從PCD切削元件的去除深度的變化相比，根據本公開內容方法的實施方案形成的切削元件10，10’可以提供催化劑材料11從PDC切削元件的聚晶材料14的去除深度的降低的變化(即，標準偏差)。例如，催化劑材料11從整個PDC切削元件(即，切削元件10)的聚晶材料14的去除的深度的標準偏差可以降低約15%-約20%。此外，使用本公開內容方法催化劑材料11的去除可以能夠形成在聚晶材料14內延伸所需的深度而沒有延伸其外的明顯尖峰或變化的浸提部分28。根據本公開內容的實施方案而形成切削元件10能夠在降低的溫度下從聚晶材料14中去除催化劑材料11以防止聚晶材料14的反石墨化。此外，根據本公開的實施方案形成切削元件10顯著減少或消除在傳統(tǒng)酸浸提方法中產生的危險酸性廢物。附圖3A是說明附圖2A和2B中所示的聚晶材料14的微結構在放大倍率下如何顯示的放大視圖。如附圖3A所示,聚晶材料14包含通過粒間金剛石-金剛石鍵鍵合在一起的金剛石晶體30。用于催化粒間金剛石-金剛石鍵形成的催化劑材料11位于金剛石晶體30之間的間隙區(qū)域或空間內。附圖3B是說明附圖2C中所示的聚晶材料14的微結構在放大倍率下如何顯示的放大視圖。如附圖3B所示，在使用本文中所述方法的實施方案去除至少部分催化劑材料11之后，在金剛石晶體30之間的間隙區(qū)域或空間可存在空腔或空隙32。本文所公開的方法能夠在小于或等于七百五十攝氏度(750°C)的溫度從聚晶材料14去除催化劑材料11，這可以防止由于升高溫度而引起的切削元件內的內應力(如，反石墨化)。附圖4是本公開內容的鉆地旋轉鉆頭100的實施方案的透視圖，其包括具有附圖2C所示結構的多個切削元件10，或者具有根據本公開內容從其一部分或多部分去除催化劑的其它聚晶材料結構。鉆地旋轉鉆頭100包括固定于具有螺紋連接部分106(如，美國石油協(xié)會(API)螺紋連接部分)的柄104上的鉆頭本體102，用于使鉆頭100連接到鉆柱(未示出)。在一些實施方案中，如在附圖4所示的那樣，鉆頭本體102可以包含顆粒基質復合材料，并且可以使用延伸段108固定于金屬柄104。在其它實施方案中，鉆頭本體102可以使用嵌在顆?；鶑秃喜牧香@頭本體102內的金屬板料固定于柄104，或者鉆頭本體102可直接固定于柄104。鉆頭本體102可以包含在鉆頭本體102的面103和縱向孔(未示出)之間延伸的內部流體通道(未示出)，該縱向孔延伸穿過柄104，延伸段108，以及部分通過鉆頭本體102。也可以在內部流體通道內在鉆頭本體102的面103處提供噴嘴插入部分124。鉆頭本體102還可以包含由垃圾槽118分離開的多個刀片116。在一些實施方案中，鉆頭本體102可以包含量規(guī)磨損插頭(gagewearplug)122和磨損結(wearknot)128。如本文之前所公開的，多個切削元件10’可以安裝位于沿著每個刀片116的切削元件開口(pocket)112中的鉆頭本體102的面103上。切削元件10被放置以切削待鉆的地下地層，同時鉆頭100在井眼中關于中線Lltltl在鉆壓(WOB)下旋轉。本公開的切削元件的實施方案也可以用作量規(guī)微調器(trimmers)，而且可以用在其它類型的鉆地工具上。例如，本公開內容的切削元件的實施方案也可以用在牙輪鉆頭的錐體上，鉸刀，銑，雙中心鉆頭，偏心鉆頭，取芯鉆頭，以及同時包含固定刀具和旋轉刀具的所謂的“混合鉆頭”上。雖然關于某些實施方案本文描述了本公開內容，本領域技術人員將理解和意識到它并不是這樣限制的。而是，在不偏離本文之后所要求保護的公開內容的范圍，包括法律等效物的條件下，可對所述實施方案進行許多添加，刪減和修改。此外，一個實施方案的特征可以和另一個實施方案的特征合并，而如發(fā)明人所預期仍然包含在本公開內容的范圍之內。1權利要求1.一種用于鉆地工具的聚晶復合體的形成方法，所述方法包括至少部分地熔融硅酸鹽玻璃，堿金屬鹽和稀土元素中的至少一種以形成反應性材料；和將反應性材料引入至含有位于聚晶材料的相互鍵合的晶體之間的間隙空間內的催化劑材料的聚晶復合體，以去除至少部分催化劑材料。2.權利要求I的方法，還包括在將反應性材料引入至聚晶復合體之前，在聚晶復合體的至少一個表面的至少一部分上方形成掩模，所述掩模包含不滲透反應性材料的材料。3.權利要求I的方法，其中至少部分地熔融硅酸鹽玻璃，堿金屬鹽，和稀土元素中的至少一種以形成反應性材料包括，至少部分地熔融硼硅酸鹽玻璃，鋁硅酸鹽玻璃，磷硅酸鹽玻璃，和硼磷硅酸鹽玻璃中的至少一種以形成反應性材料。4.權利要求I的方法，其中至少部分地熔融硅酸鹽玻璃，堿金屬鹽，和稀土元素中的至少一種以形成反應性材料包括，加熱硅酸鹽玻璃，堿金屬鹽，和稀土元素中的至少一種至大于或等于其熔點的溫度。5.權利要求I的方法，其中至少部分地熔融硅酸鹽玻璃，堿金屬鹽，和稀土元素中的至少一種以形成反應性材料包括，至少部分地熔融含鋰，鈉，鉀，銣，銫，鈁，鈣，硅和鋁的至少一種的堿金屬鹽以形成反應性材料。6.權利要求I的方法，其中將反應性材料引入至聚晶復合體以去除至少部分催化劑材料包括，將含熔融鋰鹽的反應性材料引入至聚晶復合體以去除含鈷的催化劑材料的至少一部分。7.權利要求I的方法，其中將反應性材料引入至聚晶復合體以去除至少部分催化劑材料包括，將熔融硅酸鹽玻璃引入至聚晶復合體以去除含鈷的催化劑材料的至少一部分。8.權利要求7的方法，其中將熔融硅酸鹽玻璃引入至聚晶復合體中以去除含鈷的催化劑材料的至少一部分包括，在小于約1000°C的溫度將熔融硅酸鹽玻璃引入至聚晶復合體中。9.權利要求I的方法，其中將反應性材料引入至含催化劑材料的聚晶復合體包括，在小于或等于400°C的溫度引入堿金屬鹽至含催化劑材料的聚晶復合體。10.權利要求I的方法，其中至少部分地熔融硅酸鹽玻璃，堿金屬鹽和稀土元素中的至少一種以形成反應性材料包括，至少部分地熔融多種稀土元素以形成二元低共熔液。11.權利要求10的方法，其中至少部分地熔融多種稀土元素以形成二元低共熔液，包括至少部分地熔融多種稀土元素形成鈷-鍺低共熔體,鈷-釹低共熔體,鈷-釔低共熔體，鈷-鈰低共熔體，和鈷-釓低共熔體中的至少一種。12.一種用于鉆地工具的聚晶復合體切削元件的形成方法，所述方法包括形成包含聚晶材料和位于所述聚晶材料的相互鍵合晶體之間的間隙空間內的催化劑材料的切削元件；和通過將至少一部分所述聚晶材料暴露于含乙酸的溶液和含惰性氣體或氧化劑的化學等離子體中的至少一種從而從所述間隙空間去除至少一部分催化劑材料。13.權利要求12的方法，其中通過將至少一部分聚晶材料暴露于含乙酸的溶液和含惰性氣體或氧化劑的化學等離子體中的至少一種從而從所述間隙空間去除至少一部分催化劑材料包括將至少一部分聚晶材料引入至乙酸和水的溶液中；和向所述溶液中加入草酸和草酸酯中的至少一種。14.權利要求12的方法，其中通過將至少一部分聚晶材料暴露于含乙酸的溶液和含惰性氣體或氧化劑的化學等離子體中的至少一種從而從所述間隙空間去除至少一部分催化劑材料包括在乙酸存在下氧化二甲苯以形成溶液；將所述溶液引入至至少一部分所述聚晶材料以溶解催化劑材料。15.權利要求14的方法，還包括將含水碳酸鈉引入至所述溶液以形成催化劑材料的碳酸鹽。16.權利要求12的方法，其中形成包含聚晶材料和位于聚晶材料的相互鍵合晶體之間的間隙空間內的催化劑材料的切削元件包括，形成包含聚晶材料和位于聚晶材料的相互鍵合晶體之間的間隙空間內的含鈷的催化劑材料的切削元件。17.權利要求12的方法，其中通過將至少一部分聚晶材料暴露于浸提液和化學等離子體中的至少一種從而從所述間隙空間去除至少一部分催化劑材料包括，將聚晶材料的至少一個表面引入至含氬，氮，氦，氙，氪和氡中的至少一種的化學等離子體。18.權利要求17的方法，其中將聚晶材料的至少一個表面引入至含氬，氮，氦，氙，氪和氡中的至少一種的化學等離子體包括，將聚晶材料的至少一個表面引入至化學等離子體，所述化學等離子體的溫度在約300°C-約750°C。19.權利要求12的方法，其中通過將至少一部分聚晶材料暴露于浸提液和化學等離子體中的至少一種從而從所述間隙空間去除至少一部分所述催化劑材料包括，將聚晶材料的至少一個表面引入至含氧，臭氧，氟，氯和過氧化物中的至少一種的化學等離子體。全文摘要用于鉆地工具的聚晶復合體的形成方法，該方法包括燒結多個硬顆粒與催化劑材料以形成包含硬材料整體地與催化劑材料形成的多個相互鍵合的顆粒的聚晶材料，和將至少一部分聚晶材料引入到反應性材料以除出包含在聚晶材料內的至少一部分催化劑材料。該反應性材料可以包括熔融玻璃，離子化合物，浸提液和化學等離子體中的至少一種。該反應性材料可以在大于或等于其熔融點的溫度引入到聚晶材料。文檔編號E21B10/567GK102918226SQ201180027258公開日2013年2月6日申請日期2011年4月27日優(yōu)先權日2010年4月27日發(fā)明者A·A·迪喬瓦尼申請人:貝克休斯公司