[发明专利]金属基复合材料工具所用的网状增强件

说明书

背景技术

通常通过将松散粉末增强材料放入模具中并用粘合剂材料如金属合金渗透粉末材料来制造金属基复合材料(MMC)工具。可以通过使模腔成形和/或通过将临时置换材料定位在模腔的内部来提供所得MMC工具的各种特征。然后可以将一定量的增强材料利用一定量的粘合剂材料放置在模腔内。随后将模具放在熔炉内并且使模具的温度增加到所需温度以允许粘合剂(例如，金属合金)液化并渗透基体增强材料。

在石油和天然气工业中通常使用各种MMC工具来形成井筒、使已钻探的井筒完井以及从已完成的井中生产烃类如石油和天然气。此类工具的实例包括：切削工具如钻头、扩孔器、稳定器和取芯钻头；钻孔工具如旋转导向装置和泥浆电机；以及其他井下工具如开窗铣刀、封隔器、钻具接头和其他易磨损工具。

石油和天然气工业中使用的MMC钻头不断暴露于受泥浆压力、穿透形式、钻压和扭矩影响的不同井下条件下。这些不断变化的变量可能导致出现MMC钻头不可修复地损坏的情况如刀片断裂的情况，这可能导致钻井公司和钻头提供商花费大量的时间和金钱。当MMC钻头的刀片断裂时，它们倾向于在类似的位置断裂，并且通常由于高转矩和/或高钻压而丢失。

附图简述

包括以下附图以说明本公开的某些方面，并且以下附图不应被视为排他性实施方案。在不脱离本公开的范围的情况下，所公开的主题能够在形式和功能上进行很多修改、改变、组合和等同变化。

图1是可根据本公开的原理制造的示例性钻头的透视图。

图2是图1的钻头的截面图。

图3是可用于制造图1和图2的钻头的模具组件的截面侧视图。

图4A和图4B是包括示例性预成型网状物的另一个示例性模具组件的截面侧视图。

图5A和图5B描绘了可用于形成预成型网状物的示例性单元或元件。

图6是包括另一个示例性预成型网状物的另一个示例性模具组件的截面侧视图。

图7A和图7B描绘了包括另一个示例性预成型网状物的另一个示例性模具组件。

图8A和图8B描绘了可用于本文所述的任何模具组件的示例性预成型网状物的截面顶视图。

图9是包括另一个示例性预成型网状物的另一个示例性模具组件的截面侧视图。

图10A和图10B是上面示意性地覆盖有相应示例性预成型网状物的示例性钻头的顶端视图。

具体实施方式

本公开涉及工具制造，并且更具体地讲，涉及金属基复合材料工具，金属基复合材料工具包括位于金属基复合材料工具本体内并用于在操作期间阻止裂纹扩展的预成型网状物；以及与此相关的生产和使用方法。

本文描述的实施方案可以用于制造使用一个或多个预成型网状物增强的渗透金属基复合材料工具。预成型网状物可以选择性地定位在用于制造金属基复合材料工具并嵌入增强材料内的渗透室内。在液化的粘合剂材料渗透之后，预成型网状物可以用作金属基复合材料工具本体的骨架增强件。例如，在某些情况下，预成型网状物可以以类似于钢筋混凝土中的钢筋预制件的方式来阻止裂纹扩展。然而，除了提供增加的韧性和/或抗裂纹扩展性之外，预成型网状物还可以允许使用较低强度(并且可能较低成本的)粘合剂材料和/或增强材料以实现金属基复合材料工具的相同的宏观强度。

本公开的实施方案适用于形成为金属基复合材料(MMC)的任何工具或装置。此类工具或装置在本文中称为“MMC工具”，并且可以或可以不用于石油和天然气工业。然而，仅仅为了说明和描述的目的，以下描述涉及可以在石油和天然气工业中使用的MMC工具如钻头，但是应当理解，本公开的原理同样适用于在任何行业或领域中使用的任何类型的MMC，例如装甲板、汽车部件(例如，套筒、汽缸衬垫、驱动轴、排气阀、制动转子)、自行车车架、制动肋板、航空航天部件(例如，起落架部件、结构管、支柱、轴、连杆、管道、波导、导向叶片、转子叶片套筒、腹翅、致动器、排气结构、壳体、框架)和涡轮泵部件，而不脱离本公开的范围。