沉淀硬化基質鉆頭的制作方法
【專利摘要】一種鉆頭可包括基質鉆頭體和耦接到所述基質鉆頭體的外部部分的多個切割元件，其中所述基質鉆頭體包括分散在粘合劑中的基質顆粒和沉淀金屬間顆粒，所述基質顆粒中的至少一些具有50微米或更大的直徑，并且所述沉淀金屬間顆粒中的至少一些具有1微米至30微米的至少一個維度。
【專利說明】
沉淀硬化基質鉆頭
技術領域
[0001] 本公開設及基質鉆頭體，包括與其相關的生產和使用的方法。
【背景技術】
[0002] 旋轉鉆頭通常用于鉆探油氣井、地熱井和水井。旋轉鉆頭通?？杀环诸悶檠垒喕?固定切割器鉆頭。固定切割器鉆頭通常形成有基質鉆頭體，基質鉆頭體具有被放置在基質 鉆頭體的外部附近的選擇位置處的切割元件或嵌件。在鉆探期間，運些切割元件曬合并移 除地層的相鄰部分。
[0003] 用于形成基質鉆頭體的復合材料通常是抗腐蝕的且具有高沖擊強度。然而，在基 質鉆頭體的制造期間形成的復合材料的缺點可減少鉆頭的壽命。
【附圖說明】
[0004] W下附圖被包括W示出實施方案的某些方面，并且不應被視為獨有實施方案。所 公開的主題能夠經受大量修改、更改、組合W及形式和功能上的等同物，如將由本領域中受 益于該公開的技術人員想到的。
[0005] 圖1是示出根據本公開的教示的具有有至少一個纖維增強部分的基質鉆頭體的鉆 頭的一個實例的截面視圖。
[0006] 圖2是圖1的鉆頭的等距視圖。
[0007] 圖3是示出根據本公開的教示的用于形成基質鉆頭體的模具組件的一個實例的截 面視圖。
[000引圖4是示出根據本公開的教示的用于形成基質鉆頭體的模具組件的一個實例的端 視圖。
[0009] 圖5是示出適于結合本公開的基質鉆頭體使用的鉆探組件的一個實例的示意圖。
【具體實施方式】
[0010] 本公開設及具有包括沉淀硬化復合材料的基質鉆頭體的鉆頭，包括與其相關的生 產和使用方法。
[0011] 在一些實施方案中，本公開的基質鉆頭體至少部分使用包括分散在粘合劑中的基 質顆粒和沉淀金屬間顆粒的沉淀硬化復合材料形成。如本文中使用，術語"沉淀金屬間顆 粒"指包括在使用粘合劑材料浸潤基質顆粒之后從粘合劑材料沉淀的（析出的， precip;Uated)兩個或更多個金屬(非碳化物）的顆粒。
[0012] 在一些實施方案中，基質顆粒中的至少一些具有50微米或更大的直徑，并且沉淀 金屬間顆粒中的至少一些在至少一個維度中是1微米至30微米。較小尺寸的沉淀金屬間顆 ?？稍鰪娀|鉆頭體的抗腐蝕性，而較大尺寸的基質顆粒對基質鉆頭體提供強度。
[0013] 在其它基質鉆頭體形成過程中，小基質顆粒和大基質顆粒二者可分別用于提供抗 腐蝕性和強度。然而，在一些情況下，不同尺寸的基質顆粒在使用粘合劑浸潤之前容易隔 離。當基質顆粒使用粘合劑浸潤并鎖定在適當位置中時，隔離可導致基質鉆頭體表現(xiàn)出較 小強度的部分（即，更少大顆粒)和表現(xiàn)出較小抗腐蝕性的部分（即，更少小顆粒）。基質鉆頭 體的抗腐蝕性和強度中的變化提供減少鉆頭的壽命的故障點。
[0014] 通過在體形成較小顆粒(例如，經由本文描述的沉淀方法），較小顆?？赏ㄟ^沉淀 硬化復合材料進行更均勻地分布(與從混合尺寸的基質顆粒形成的硬質復合材料相比）。因 此，本文描述的沉淀硬化復合材料可在抗腐蝕性和強度中提供類似增強，同時緩和與大尺 寸基質顆粒和小尺寸基質顆粒的混合物的隔離相關聯(lián)的故障點。
[0015] 圖1是根據本公開的教示的形成有包括沉淀硬化復合材料131的基質鉆頭體50的 基質鉆頭20的截面視圖。如本文使用，術語"基質鉆頭"包括旋轉刮刀鉆頭、刮刀鉆頭、固定 切割器鉆頭和能夠合并本公開的教示的任何其它鉆頭。
[0016] 對于諸如圖1中示出的實施方案，基質鉆頭20可包括金屬刀柄30，其具有牢固附接 到其(例如，在焊接位置39處)的金屬巧件36。金屬巧件36延伸到基質鉆頭體50中。金屬刀柄 30包括在金屬巧件36遠端的螺紋連接34。
[0017] 金屬刀柄30和金屬巧件36通常為圓柱結構，其至少部分限定彼此流體連通的多個 對應流體腔32。金屬巧件36的流體腔32可進一步縱向延伸到基質鉆頭50中。至少一個流動 通道(示出為兩個流動通道42和44)可從流體腔32延伸到基質鉆頭體50的外部部分。噴嘴開 口 54可被定義在基質鉆頭體50的外部部分處的流動通道42和44的端部處。
[0018] 多個缺口或袋體58形成于基質鉆頭體50中，并被成形或W其它方式被配置來容納 切割元件(在圖2中示出）。
[0019] 圖2是根據本公開的教示的形成有包括沉淀硬化復合材料的基質鉆頭體50的基質 鉆頭20的等距視圖。如示出，基質鉆頭20包括金屬巧件36和金屬刀柄30,如通常在上文關于 圖1描述。
[0020] 基質鉆頭體50包括形成于基質鉆頭體50的外部上的多個切割器刀片52。切割器刀 片52在基質鉆頭體50的外部上可彼此分隔，W在其中形成流體流動路徑或排屑槽62。
[0021] 如示出，多個袋體58可形成于切割器刀片52中的選擇位置處。切割元件60(替代地 稱為切割嵌件)可牢固地安裝(例如，經由針焊)在每個袋體58中，W在鉆探操作期間曬合并 移除地層的一部分。更具體而言，切割元件60可在通過附接鉆柱旋轉基質鉆頭20期間從井 筒的底部和側面刮掉并挖出地層材料。對于一些應用，各種類型的聚晶金剛石復合片(PDC) 切割器可用作切割元件60。具有運種PDC切割器的基質鉆頭有時可被稱為"PDC鉆頭"。
[0022] 可將噴嘴56放置在每個噴嘴開口54中。對于一些應用，噴嘴56可被描述或W其它 方式被表征為"可互換"噴嘴。
[0023] 圖3是示出用于形成合并本公開的教示的基質鉆頭體的模具組件100的一個實例 的端視圖。可將多個模具嵌件106放置在模具組件100的腔104內，W在基質鉆頭體的每個刀 片中形成相應袋體。模具嵌件106在腔104中的位置與用于將切割元件安裝在相關聯(lián)刀片中 的期望位置對應。模具嵌件106可由各種類型的材料(諸如但不限于固結砂和石墨)形成。
[0024] 可將各種類型的臨時材料安裝在模具腔104內，運取決于所產生的基質鉆頭的期 望配置。額外的模具嵌件(未明確示出）可由諸如固結砂的各種材料形成和/或可將石墨放 置在模具腔104內。運種模具嵌件可具有與基質鉆頭的期望外部特征(例如，排屑槽)對應的 配置。
[0025]圖4是可用于形成合并本公開的教示的基質鉆頭體的圖3的模具組件100的截面視 圖。各種各樣的模具可用于根據本公開的教示形成基質鉆頭體。
[00%]模具組件100可包括若干部件，諸如模具102、規(guī)環(huán)或連接器環(huán)110、和漏斗120。模 具102、規(guī)環(huán)110和漏斗120可由例如石墨或其它合適的材料形成。腔104可被定義或W其它 方式提供在模具組件100中。各種技術可用于制造模具組件100及其部件，包括但不限于加 工石墨巧件W生產具有相關聯(lián)腔104的模具102,腔104具有所產生的基質鉆頭體的期望外 部特征的反向剖面或逆向剖面。例如，腔104可具有與刀片52和形成于其間的排屑槽62的外 部剖面或配置對應的反向剖面，如圖1-2中示出。
[0027] 仍參考圖4,可將材料(例如，固結砂)安裝在模具組件100內的期望位置處，W形成 基質鉆頭的外部特征(例如，流體腔和流動通道）。運種材料可具有各種配置。例如，固結砂 腿142和144的定向和配置可被選擇W與相關聯(lián)的流動通道及其相應的噴嘴開口的期望位 置和配置對應。固結砂腿142和144可禪接到螺紋插座(未明確示出），螺紋插座用于形成與 相應噴嘴禪接的噴嘴開口的螺紋。
[0028] 可將相對較大、通常為圓柱形的固結砂忍150放置在腿142和144上。忍150W及腿 142和144有時可被描述為具有"鴉爪"的形狀，W及忍150可被稱為"莖狀物"。從忍150延伸 的腿142和144的數量將取決于所產生的基質鉆頭體中的流動通道和對應噴嘴開口的期望 數量。腿142和144W及忍150還可由石墨或其它合適的材料形成。
[0029] 在已將包括忍150W及腿142和144的期望材料安裝在模具組件100內之后，隨后可 將基質材料130放置或W其它方式引入模塊組件100中。在已將足夠量的基質材料130添加 到模具組件100之后，隨后可將金屬巧件36放置在模具組件100內。在添加金屬巧件36之前 被添加到模具組件100的基質材料130的量取決于金屬巧件36的配置和金屬巧件36在模具 組件100內的期望定位。通常，金屬巧件36至少部分由基質材料130支撐。
[0030] 金屬巧件36優(yōu)選地包括比砂忍150的外徑154大的內徑37。各種夾具(未明確示出） 可用于將金屬巧件36定位在模具組件100內的期望位置處。然后，可將基質材料130填充到 腔104的期望水平。
[0031] 可將粘合劑材料160放置在基質材料130、金屬巧件36和忍150的頂部上。在一些實 施方案中，粘合劑材料160可覆蓋有焊劑層(未明確示出）。被添加到腔104的粘合劑材料160 和可選焊劑材料的量應至少足W在浸潤過程中浸潤基質材料130。在一些情況下，可使用過 量的粘合劑材料160，其在浸潤之后可通過加工移除。
[0032] 可將封蓋或蓋子(未明確示出）放置在模具組件100上方。模具組件100和放置于其 中的材料隨后可被預熱并且隨后被放在烙爐(未明確示出）中。當烙爐溫度達到粘合劑材料 160的烙點時，粘合劑材料160可繼續(xù)液化并浸潤基質材料130。
[0033] 在分配給液化粘合劑材料160浸潤基質材料130的預定時間量之后，模具組件100 可隨后被冷卻，從而生產硬質復合材料（即，粘合劑浸潤基質材料）（未示出）。一旦被冷卻， 硬質復合材料可暴露于被設計來從粘合劑材料沉淀金屬間顆粒的熱處理(本文中進行更詳 細描述），從而生產沉淀硬化復合材料。在熱處理之后，模具組件100可被脫離W暴露包括沉 淀硬化復合材料的基質鉆頭體。根據眾所周知的技術的后續(xù)處理和加工可用于產生包括基 質鉆頭體的基質鉆頭。
[0034] 適于從粘合劑材料沉淀金屬間顆粒的熱處理的條件可尤其取決于粘合劑材料的 特定組分、沉淀金屬間顆粒的期望尺寸范圍等。在一些情況下，熱處理可設及將復合材料加 熱到從下限為300°C、320°C或340°C至上限為400°(：、380°(：、360°(：或340°(：的溫度范圍內一 段時間（從下限為1小時、2小時或2.5小時至上限為5小時、4小時或3小時的范圍內），且其中 溫度和時間各自的范圍可從任何下限至任何上限，并且涵蓋其間的任何子集。
[0035] 在一些實施方案中，可執(zhí)行適于沉淀金屬間顆粒的一系列熱處理。在一些情況下， 所述系列中的熱處理中的每一種可能相同。在一些情況下，所述系列中的熱處理中的一種 或多種(包括全部)可能不同。
[0036] 適于結合本文描述的實施方案使用的粘合劑的實例可包括但不限于銅、儀、鉆、 鐵、侶、鋼、銘、儘、錫、鋒、鉛、娃、鶴、棚、憐、金、銀、鈕、銅、其任何混合物、其任何合金和其任 何組合。粘合劑的非限制性實例可包括銅憐、銅憐銀、銅儘憐、銅儀、銅儘儀、銅儘鋒、銅儘儀 鋒、銅儀銅、銅錫儘儀、銅錫儘儀鐵、金儀、金鈕儀、金銅儀、銀銅鋒儀、銀儘、銀銅鋒儒、銀銅 鋒、鉆娃銘儀鶴、鉆娃銘儀鶴棚、儘儀鉆棚、儀娃銘、儀銘娃儘、儀鉆娃、儀娃棚、儀娃銘棚鐵、 儀憐、儀儘、銅侶、銅侶儀、銅侶儀鐵、銅侶儀鋒錫鐵等及其任何組合?？缮藤彽恼澈蟿┑膶?例可包括但不限于VIRGIN? Binder 453D(可從Belmont Metals,Inc.購買的銅-儘-儀-鋒）；可從ATI Firth Sterling購買的銅-錫-儘-儀和銅-錫-儘-儀-鐵等級516,519,523, 512,518,520;及其任何組合。
[0037] 在一些實施方案中，沉淀金屬間顆粒中的至少一些可包括過渡金屬。在一些實施 方案中，沉淀金屬間顆粒中的至少一些可包括儘、儀、銅、侶、鐵、鐵、銘、鋒、饑等中的至少兩 者。例如，沉淀金屬間顆?？砂–uM、CusM或二者，其中M是過渡金屬（例如，上述過渡金 屬)。
[0038] 在一些實施方案中，沉淀金屬間顆粒中的至少一些在至少一個維度中具有從上限 為1微米、5微米或10微米至上限為30微米、25微米或20微米的范圍的尺寸，且其中至少一個 維度中的尺寸的范圍可從任何下限至任何上限，并涵蓋其間的任何子集。例如，沉淀金屬間 顆粒中的至少一些可為具有長度范圍在1微米至30微米之間(包括其間的任何子集)的細長 顆粒。在另一實例中，沉淀顆粒中的至少一些可實質上為球狀，其具有范圍從1微米至30微 米(包括期間的任何子集)的直徑。
[0039] 在一些情況下，適于結合本文描述的實施方案使用的基質顆粒可包括金屬、金屬 合金、金屬碳化物、金屬氮化物、金剛石、超合金等或其任何組合的顆粒。適于結合本文描述 的實施方案使用的基質顆粒的實例可包括W下顆粒，其包括但不限于氮化物、氮化娃、氮化 棚、立方氮化棚、天然金剛石、人造金剛石、硬質合金、球狀碳化物、低合金燒結材料、誘鑄碳 化物、碳化娃、碳化棚、立方碳化棚、碳化鋼、碳化鐵、碳化粗、碳化妮、碳化銘、碳化饑、碳化 鐵、碳化鶴、粗晶碳化鶴、誘鑄碳化鶴、壓碎燒結碳化鶴、滲碳碳化鶴、鋼、不誘鋼、雙相不誘 鋼、陶瓷、鐵合金、儀合金、銘合金、HASTELLOY?合金（可從化ynes International購 買的含儀銘合金）、INCONEL⑥合金(可從Special Metals Corporation購買的含奧氏體 儀銘超合金）、WASPALOYS⑥（可從化ited Technologies Corp.購買的奧氏體儀基超 合金）、民ENE⑩合金（可從Altemp Alloys, Inc.購買的含儀銘合金KHAYNES猿合金 (可從化ynes International購買的含儀銘超合金）、INC0L0Y吸合金（可從Mega Mex購 買的含鐵-儀超合金）、MP98T(可從SPS Technologies購買的儀-銅-銘超合金）、TMS合金、 CMSX飯合金(可從C-M Group購買的儀基超合金KN-155合金、其任何混合物及其任何組 合。在一些實施方案中，基質顆?？杀煌扛病Ｍㄟ^非限制實例的方式，基質顆粒可包括涂有 鐵的金剛石。
[0040] 在一些實施方案中，本文描述的基質顆粒中的至少一些可具有范圍從下限為50微 米、100微米或200微米至上限為1000微米、800微米、500微米、400微米或200微米的直徑，其 中基質顆粒的直徑的范圍可從任何下限至任何上限，并涵蓋其間的任何子集。
[0041] 在一些實施方案中，本文描述的基質顆粒中的至少一些可具有較小直徑(例如，小 于5微米），并提供用于形成沉淀金屬間顆粒的形核位置。在一些實施方案中，本文描述的基 質顆粒中的至少一些可具有范圍從下限為0.1微米、0.5微米或1微米至上限為5微米、3微米 或1微米的直徑，其中基質顆粒的直徑的范圍可從任何下限至任何上限，并且涵蓋其間的任 何子集。
[0042] 在一些實施方案中，具有較小直徑(例如，小于5微米)的基質顆?？尚∮诨|顆粒 的重量的5% (或小于基質顆粒的重量的1%)。在一些實施方案中，具有較小直徑(例如，小 于5微米）的基質顆?？商幱诜秶鷱南孪逓榛|顆粒的重量的0.1%、0.5%或1%至上限為 基質顆粒的重量的5%、3%或1%的濃度處，其中基質顆粒的濃度的范圍可從任何下限至任 何上限，并且涵蓋其間的任何子集。
[0043] 圖5是示出適于結合本公開的基質鉆頭使用的鉆探組件200的一個實例的示意圖。 應注意，雖然圖5通常描繪基于地面的鉆探組件，但是本領域的技術人員將容易認識到，在 不脫離本公開的范圍的情況下，本文描述的原理同樣適用于采用浮式或?；脚_和鉆機的 地層鉆探操作。
[0044] 鉆探組件200包括禪接到鉆柱204的鉆探平臺202。鉆柱204可包括但不限于鉆桿和 連續(xù)管，如通常由本領域技術人員從本公開的特定教示得知。根據本文描述的實施方案的 基質鉆頭206被附接到鉆柱204的遠端，并由井下馬達和/或經由來自井面的鉆柱204的旋轉 驅動。當鉆頭206旋轉時，其創(chuàng)建穿過地層210的井筒208。鉆探組件200還包括使鉆探流體循 環(huán)通過鉆柱(如流動箭頭A示出）和其它桿214的累212。
[0045] 本領域的技術人員將認識到，適于結合鉆探組件200使用的其它裝備可包括但不 限于，膽留池、混合器、振動篩（例如，泥漿振動篩）、離屯、機、水力旋流器、分離器(包括磁性 和電氣分離器）、除泥器、除砂器、過濾器(例如，娃藻±過濾器）、熱交換器、和任何流體回收 裝備。進一步地，鉆探組件可包括一個或多個傳感器、量規(guī)、累、壓縮器等。
[0046] 本文公開的實施方案包括：
[0047] A.-種鉆頭，其包括:基質鉆頭體，其具有分散在粘合劑中的基質顆粒和沉淀金屬 間顆粒，所述基質顆粒中的至少一些具有50微米或更大的直徑，W及所述沉淀金屬間顆粒 中的至少一些具有1微米至30微米的至少一個維度;和多個切割元件，其禪接到所述基質鉆 頭體的外部部分；
[0048] B. -種方法，其包括:使粘合劑材料液化W提供液化粘合劑;使用所述液化粘合劑 浸潤放置在鉆頭模具中的基質顆粒，所述基質顆粒中的至少一些具有50微米或更大的直 徑;冷卻使用所述粘合劑材料浸潤的所述基質顆粒，W形成硬質復合材料；W及在300°C至 400°C下熱處理所述硬質復合材料1小時至5小時，W產生具有分散在所述粘合劑材料中的 所述基質顆粒和所述沉淀金屬間顆粒的沉淀硬化復合材料，其中所述沉淀金屬間顆粒中的 至少一些具有1微米至30微米的至少一個維度；W及
[0049] C.-種鉆探組件，其包括:鉆柱，其可從鉆探平臺延伸并進入井筒中；累，其流體連 接到所述鉆柱，并被配置來使鉆探流體循環(huán)進入所述鉆柱，且通過所述井筒;和鉆頭(根據 實施方案A)，其附接到所述鉆柱的端部。
[0050] 實施方案A、B、C中的每一個可具有任何組合中的下列額外元素中的一個或多個： 元素1:其中所述基質顆粒的至少一些的所述直徑是100微米至1000微米;元素2:其中所述 基質顆粒是第一基質顆粒，W及所述基質鉆頭體進一步包括分散在所述粘合劑中的第二基 質顆粒，其中所述第二基質顆粒中的至少一些具有小于5微米的直徑;元素3:元素2,其中所 述第二基質顆粒中的至少一些具有小于1微米的直徑;元素4:元素2,其中所述第二基質顆 粒小于所述第一基質顆粒和所述第二基質顆粒的總重量的5%;元素5:元素2,其中所述第 二基質顆粒小于所述第一基質顆粒和所述第二基質顆粒的總重量的1%;元素6:其中所述 沉淀金屬間顆粒包括過渡金屬;元素7:其中所述沉淀金屬間顆粒包括儘、儀、銅、侶、鐵、鐵、 銘、鋒或饑中的至少兩者;元素8:其中所述沉淀金屬間顆粒包括下列項中的至少一者:CuM 或Cu3M，其中M是從由儘、儀、侶、鐵、鐵、銘、鋒和饑構成的組選擇的過渡金屬;和元素9:其中 所述粘合劑材料誠粘合劑飽括從由銅、儀、鉆、鐵、侶、鋼、銘、儘、錫、鋒、鉛、娃、鶴、棚、憐、 金、銀、鈕、銅、其任何混合物、其任何合金和其任何組合構成的組選擇的至少一者。
[0051] 通過非限制性實例的方式，適用于實施方案A、B、C的示例性組合包括:元素3與元 素4組合;元素3與元素5組合;元素2與元素6-8中的一個組合并且可選地進一步與元素3-5 中的至少一者組合;元素1與上述任何一個組合;元素8與上述任何一個組合;元素1與元素 2-9中的一個組合；W及元素9與元素1-8中的一個組合。
[0052] 在本文中呈現(xiàn)合并本文公開的本發(fā)明實施方案的一個或多個說明性實施方案。為 了清晰起見，本申請書中并非描述或示出物理實施方式的全部特征。應理解，在合并本發(fā)明 的實施方案的物理實施方案的研發(fā)中，必須做出許多特定于實施方式的決定，W實現(xiàn)研發(fā) 者的目標，諸如符合關于系統(tǒng)、關于商業(yè)、關于政府及其它約束，其隨實施方式和時間而會 有所不同。雖然研發(fā)者的努力可能會耗費大量時間，但是此類努力對于本領域中具有本公 開的權益的普通技術人員而言是常規(guī)任務。
[0053] 因此，本發(fā)明非常適于獲得所提及的目的和優(yōu)點，W及其中所固有的那些目的和 優(yōu)點。上文公開的特定實施方案僅僅是說明性的，因為對于受益于本發(fā)明教示的本領域技 術人員而言，顯然本發(fā)明可W W不同但等效的方式被修改并實踐。此外，除了所附權利要求 書中所描述的W外，對本文所示的構造或設計的細節(jié)沒有任何限制。因此，顯而易見的是， 上文公開的特定說明性實施方案可被更改、組合或修改，并且所有運樣的變化都被認為在 本發(fā)明的范圍和精神內。本文說明性公開的發(fā)明在沒有文本未具體公開和/或本文公開的 任一可選元件的情況下也可適當地實踐。雖然組合物和方法就"包含"、"含有"或"包括"各 種組分或步驟而被描述，但是組合物和方法也可W "基本上由"或"由"各種組分和步驟組 成。上文公開的所有數字和范圍可W相差某個量。每當公開具有下限和上限的數值范圍時， 落入該范圍內的任何數字和任何所包含的范圍被具體公開。特別是，本文中所公開的每一 個值的范圍（其形式為"約a至約b"或等價地，"約a至b"或等價地，"約a-b")應被理解為闡述 包括在更寬的值范圍內的每一個數字和范圍。另外，除非專利權人另外明確地且清楚地定 義，否則權利要求中的術語具有其平常普通的含義。此外，權利要求中使用的不定冠詞"一" 或"一個"在本文被定義為意指引入的一個或多于一個元件。
【主權項】
1. 一種鉆頭，其包括： 基質鉆頭體，其具有分散在粘合劑中的基質顆粒和沉淀金屬間顆粒，所述基質顆粒中 的至少一些具有50微米或更大的直徑，并且所述沉淀金屬間顆粒中的至少一些具有1微米 至30微米的至少一個維度;和 多個切割元件，其耦接到所述基質鉆頭體的外部部分。2. 根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述基質顆粒的至少一些的直徑是100微米至1000 微米。3. 根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述基質顆粒是第一基質顆粒，并且所述基質鉆頭 體進一步包括分散在所述粘合劑中的第二基質顆粒，其中所述第二基質顆粒中的至少一些 具有小于5微米的直徑。4. 根據權利要求3所述的鉆頭，其中所述第二基質顆粒中的至少一些具有小于1微米的 直徑。5. 根據權利要求3所述的鉆頭，其中所述第二基質顆粒小于所述第一基質顆粒和所述 第二基質顆粒的總重量的5%。6. 根據權利要求3所述的鉆頭，其中所述第二基質顆粒小于所述第一基質顆粒和所述 第二基質顆粒的總重量的1 %。7. 根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述沉淀金屬間顆粒包括過渡金屬。8. 根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述沉淀金屬間顆粒包括錳、鎳、銅、錯、鈦、鐵、絡、 鋅或釩中的至少兩者。9. 根據權利要求1所述的鉆頭，其中所述沉淀金屬間顆粒包括下列項中的至少一者： CuM或Cu3M，其中Μ是從由錳、鎳、鋁、鈦、鐵、鉻、鋅和釩構成的組選擇的過渡金屬。10. -種方法，其包括： 使粘合劑材料液化以提供液化粘合劑； 使用所述液化粘合劑浸潤放置在鉆頭模具中的基質顆粒，所述基質顆粒中的至少一些 具有50微米或更大的直徑； 冷卻使用所述粘合劑材料浸潤的所述基質顆粒，以形成硬質復合材料；以及 在300°C至400°C下熱處理所述硬質復合材料1小時至5小時，以產生具有分散在所述粘 合劑材料中的所述基質顆粒和所述沉淀金屬間顆粒的沉淀硬化復合材料，其中所述沉淀金 屬間顆粒中的至少一些具有1微米至30微米的至少一個維度。11. 根據權利要求10所述的方法，其中所述沉淀金屬間顆粒包括過渡金屬。12. 根據權利要求10所述的方法，其中所述沉淀金屬間顆粒包括錳、鎳、銅、鋁、鈦、鐵、 鉻、鋅或釩中的至少兩者。13. 根據權利要求10所述的方法，其中所述沉淀金屬間顆粒包括下列項中的至少一者： CuM或Cu3M，其中Μ是從由錳、鎳、鋁、鈦、鐵、鉻、鋅和釩構成的組選擇的過渡金屬。14. 根據權利要求10所述的方法，其中所述粘合劑材料包括從由銅、鎳、鈷、鐵、鋁、鉬、 鉻、錳、錫、鋅、鉛、硅、鎢、硼、磷、金、銀、鈀、銦、其任何混合物、其任何合金和其任何組合構 成的組選擇的至少一者。15. 根據權利要求10所述的方法，其中所述基質顆粒中的至少一些的直徑是100微米至 1000微米。16. 根據權利要求10所述的方法，其中所述基質顆粒是第一基質顆粒，并且所述基質鉆 頭體進一步包括分散在所述粘合劑材料中的第二基質顆粒，其中所述第二基質顆粒中的至 少一些具有小于5微米的直徑。17. 根據權利要求16所述的方法，其中所述第二基質顆粒中的至少一些具有小于1微米 的直徑。18. 根據權利要求16所述的方法，其中所述第二基質顆粒小于所述第一基質顆粒和所 述第二基質顆粒的總重量的5%。19. 根據權利要求16所述的方法，其中所述第二基質顆粒小于所述第一基質顆粒和所 述第二基質顆粒的總重量的1 %。20. -種鉆探組件，其包括： 鉆柱，其可從鉆探平臺延伸并進入井筒中； 栗，其流體連接到所述鉆柱，并被配置來使鉆探流體循環(huán)進入所述鉆柱且通過所述井 筒;和 鉆頭，其附接到所述鉆柱的端部，所述鉆頭具有基質鉆頭體和耦接到所述基質鉆頭體 的外部部分的多個切割元件，其中所述基質鉆頭體包括分散在粘合劑中的基質顆粒和沉淀 金屬間顆粒，所述基質顆粒中的至少一些具有50微米或更大的直徑，并且所述沉淀金屬間 顆粒中的至少一些具有1微米至30微米的至少一個維度。
【文檔編號】E21B10/43GK105829634SQ201480068501
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年2月11日
【發(fā)明人】D·B·沃格爾韋德, G·T·奧爾森
【申請人】哈利伯頓能源服務公司