[发明专利]具有高顺应性的表面硬化材料

说明书

相关申请

本专利申请要求2005年11月15日提交的共同未决的美国临时专利申请60/737,003的优先权，其全部内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明总体涉及钻井用的钻头，尤其涉及金属表面硬化基体以及将金属表面硬化基体应用到钻头上的方法。

背景技术

油气井的旋转式钻井主要是通过两种类型钻头中的一种来实现。在旋转式牙轮钻头(rotary cutter bit)中，钻头本体典型地具有三个可旋转的牙轮(cone)或切削刃。牙轮在支承销上旋转并且具有用于破碎地层的齿或碳化钨硬质合金镶齿。在固定切削刃钻头或刮刀钻头(drag bit)中，钻头本体具有包括安装在固定刀片上的切削元件的面。切削元件通常是多晶金刚石。钻头本体具有带喷嘴的钻井液通道，用于通过位于刀片之间的排屑槽排出钻井液。

刮刀钻头广泛地应用于定向钻井，在技术中特别地称为导向钻井。在这种方法中，随着钻头的前进以希望的方向操纵钻头用于切削井眼段。泥浆马达或涡轮与钻头组件一起使用，该钻头组件用于旋转刮刀钻头而钻柱保持固定不动。

表面硬化或耐磨材料通常连接到钻头的外表面上以有助于减小磨损并保持钻头的效率。通常使用的表面硬化材料包括焊接在钻头外表面的适当位置上的碳化钨颗粒。美国重发布的RE 37,127号专利提供了对表面硬化材料的深入讨论，其全部内容在此引入作为参考。由于焊接的厚度变化、焊接表面硬化材料的钻头的形状变化以及与焊接过程相关的焊道变化，即使是熟练的焊工，也可能存在缺陷。机械加工可能既费时间又昂贵。此外，由于狭窄的间隙和费用，不能将表面硬化材料焊接到内部零件。

发明内容

提供一种增加钻头耐久性的方法，所述方法包括提供表面硬化基体材料的易弯薄板的步骤。表面硬化材料的易弯薄板具有与第一成分组合的镍铬基体。第一成分选自由球形烧结碳化钨、球形铸造碳化钨和金属玻璃组成的组。将表面硬化基体材料薄板放置在钻头的预选定表面上。然后将表面硬化基体材料薄板熔接到钻头上。

通过在大约2100华氏度的炉中加热钻头和表面硬化基体材料薄板来进行熔接。熔接也可以是在大约2100华氏度炉中持续大约五分钟到大约十分钟的时间。

在将表面硬化基体材料薄板放置在预选定表面上的步骤中，在熔接步骤之前，位于表面硬化基体材料薄板的表面上的粘合剂可以将表面硬化基体材料薄板相对于钻头的预选定表面固定在适当位置。预选定表面可以包括外保径面和在一对钻头刀片之间的沟槽表面。钻头可以是刮刀钻头或三牙轮钻头。

表面硬化基体材料还可以包括第二成分，该第二成分先前没有选作第一成分。第二成分选自由球形烧结碳化钨、球形铸造碳化钨、金属玻璃、微晶碳化钨和粗晶碳化钨组成的组。表面硬化基体材料还可以包括第三成分，该第三成分先前没有选作第一成分或第二成分。第三成分选自由球形烧结碳化钨、球形铸造碳化钨、金属玻璃、微晶碳化钨和粗晶碳化钨组成的组。

提供一种增加刮刀钻头的耐久性的方法，其中刮刀钻头具有多个刀片和形成在每一对相邻刀片之间的沟槽。每一个刀片具有带切削元件的切削区和无切削元件的保径面。本方法包括提供包括与第一成分组合的镍铬基体的表面硬化基体材料薄板的步骤，所述第一成分选自由球形烧结碳化钨、球形铸造碳化钨和金属玻璃组成的组。表面硬化基体材料薄板被切割成对应于刮刀钻头的预选定表面的型板(pattern)。该型板被粘附到刮刀钻头的预选定表面。带有粘附到其上的型板的钻头被加热以便将型板结合到刮刀钻头上。

预选定表面可以是保径面。预选定表面可以是保径面和沟槽。

表面硬化基体材料还可以包括第二成分，该第二成分先前没有选作第一成分。第二成分选自由球形烧结碳化钨、球形铸造碳化钨、金属玻璃、微晶碳化钨和粗晶碳化钨组成的组。表面硬化基体材料还可以包括第三成分，该第三成分先前没有选作第一成分或第二成分。第三成分选自由球形烧结碳化钨、球形铸造碳化钨、金属玻璃、微晶碳化钨和粗晶碳化钨组成的组。