[发明专利]具有耐磨堆焊的颗粒基体复合材料钻头以及利用耐磨堆焊材料制造和修理这种钻头的方法

权利要求书

1.一种用于钻凿至少一个地下地层的旋转钻头，所述旋转钻头包括：

一钻头体，其大体上由颗粒基体复合材料形成并具有外表面；和

布置在所述钻头体的至少一部分外表面上的耐磨材料。

2.如权利要求1所述的旋转钻头，其中，布置在所述钻头体的至少一部分外表面上的耐磨材料包括具有使用前比率的下列材料：

基体材料，所述基体材料占所述耐磨材料的重量比的大约20％到大约50％，所述基体材料包括至少75％重量比的镍，并具有低于大约1460℃的熔点；

大体上随机分布在所述基体材料中的多个-10ASTM目烧结碳化钨球粒，所述多个烧结碳化钨球粒占所述耐磨材料重量比的大约30％到大约55％，每个烧结碳化钨球粒包括利用粘结合金粘结在一起的多个碳化钨颗粒，所述粘结合金具有高于大约1200℃的熔点；和

大体上随机分布在所述基体材料中的多个-18ASTM目铸造碳化钨细粒，所述多个铸造碳化钨细粒占所述耐磨材料重量比的大约35％以下。

3.如权利要求2所述的旋转钻头，其中，所述多个-10ASTM目烧结碳化钨球粒包括多个-60/+80ASTM目烧结碳化钨球粒，并且其中，所述多个-18ASTM目铸造碳化钨颗粒包括多个-100/+270ASTM目铸造碳化钨细粒。

4.如权利要求2所述的旋转钻头，其中，所述多个-10ASTM目烧结碳化钨球粒包括多个-60/+80ASTM目烧结碳化钨球粒和多个-120/+270ASTM目烧结碳化钨球粒，所述多个-60/+80ASTM目烧结碳化钨球粒占所述耐磨材料重量比的大约30％到大约35％，所述多个-120/+270ASTM目烧结碳化钨球粒占所述耐磨材料重量比的大约10％到大约20％。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的旋转钻头，还包括：

直接连接到所述钻头体上的钻杆，所述钻杆包括构造为将所述钻杆连接到钻柱上的部分，并且其中，所述钻头体大体上由颗粒基体复合材料形成，所述颗粒基体复合材料包括随机分布在基体材料中的多个硬质颗粒，所述硬质颗粒选自金刚石、碳化硼、氮化硼、氮化铝、和W、Ti、Mo、Nb、V、Hf、Zr和Cr的碳化物或硼化物，所述基体材料选自钴基合金、铁基合金、镍基合金、钴镍基合金、铁镍基合金、铁钴基合金、铝基合金、铜基合金、镁基合金和钛基合金。

6.如权利要求5所述的旋转钻头，其中，所述耐磨材料布置在从外表面延伸到钻头体中的至少一个凹部中，沿与邻近耐磨材料的钻头体外表面大体上垂直的方向观察，所述耐磨材料的暴露表面与邻近耐磨材料的钻头体外表面大体上齐平。

7.如权利要求6所述的旋转钻头，其中，所述钻头体还包括多个刀翼，并且其中，所述至少一个凹部延伸到所述刀翼的地层接合表面中并且沿着由包括钻头体的一部分外表面的两个表面之间的接合面界定的边缘延伸。

8.如权利要求6或7所述的旋转钻头，其中，所述钻头体构造为支承多个切削元件，颗粒基体复合材料的材料成分在钻头体内变化。

9.如权利要求8所述的旋转钻头，其中，所述颗粒基体复合材料的材料成分在钻头体内大体上连续地变化。

10.如权利要求1或2所述的旋转钻头，还包括：

沿接合面固定到所述钻头体上的至少一个切削元件；和

布置在所述钻头体和位于所述接合面处的所述至少一个切削元件之间的钎焊合金，所述钎焊合金将所述至少一个切削元件固定到所述钻头体上，所述耐磨材料的至少一连续部分粘接到所述钻头体的外表面和所述至少一个切削元件的表面上，在所述钻头体和所述至少一个切削元件之间的接合面上延伸并且覆盖所述钎焊合金的至少一部分。

11.如权利要求10所述的旋转钻头，其中，所述钻头体包括位于所述钻头体外表面上的凹窝，所述至少一个切削元件的至少一部分布置在所述凹窝内，所述接合面沿所述钻头体和所述至少一个切削元件的相邻表面延伸，并且其中，所述钻头体还包括形成在邻近所述接合面的钻头体外表面上的至少一个凹部，所述耐磨材料的至少一部分布置在所述至少一个凹部中。

12.如权利要求10或11所述的旋转钻头，其中，所述至少一个切削元件包括包括切削元件本体和固定在所述切削元件本体端部上的聚晶金刚石复合台。