[发明专利]隔离的多材料金属基体复合工具

说明书

背景

在石油和天然气工业中通常使用各种工具来形成井筒、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马达；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。这些工具以及石油和天然气工业领域以外其他几种类型的工具通常形成为金属基体复合物(MMC)，且在本文中称为“MMC工具”。

通常通过将松散粉末增强材料放入模具中并用粘结剂材料如金属合金浸润粉末材料来制造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与一定量的粘结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大到所需温度以允许粘结剂(例如，金属合金)液化并浸润基体增强材料。

MMC工具通常是抗侵蚀的并具有较高的冲击强度。MMC工具的外表面通常需要在极端条件下操作。因此，定制MMC工具的外表面的材料性质以延长给定MMC工具的操作寿命可能是有利的。

附图简述

以下图示被包括来说明本公开的某些方面，并且不应该被看作是排他性实施方案。所公开的主题能够在不脱离本公开的范围的情况下在形式和功能上进行相当多的修改、改变、组合以及等效化。

图1是可以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的钻头的横截面图。

图3是可用于制造图1和图2的钻头的模具组件的横截面侧视图。

图4A和图4B是另一个示例性模具组件的横截面侧视图并且包括示例性边界形式。

图5是包括另一个示例性边界形式的另一个示例性模具组件的横截面侧视图。

图6是包括另一个示例性边界形式的另一个示例性模具组件的横截面侧视图。

图7A和图7B描绘了包括另一个示例性边界形式的另一个示例性模具组件。

图8A和图8B描绘了包括另一个示例性边界形式的另一个示例性模具组件。

图9A和图9B描绘了包括另一个示例性边界形式的另一个示例性模具组件。

图10A和图10B描绘了包括另一个示例性边界形式的另一个示例性模具组件。

图11A和图11B描绘了可用于本文所述的任何模具组件的示例性边界形式的横截面顶视图。

图12是包括另一个示例性边界形式的另一个示例性模具组件的横截面侧视图。

图13A至图13D是上面示意性地覆盖有相应示例性边界形式的示例性钻头的顶端视图。

图14是包括另一个示例性边界形式的另一个示例性模具组件的横截面侧视图。

图15A至图15C描绘了图14的环形隔离件与心轴之间的各种界面构型。

图16是包括另一个示例性边界形式的另一个示例性模具组件的横截面侧视图。

图17是包括另一个示例性边界形式的另一个示例性模具组件的横截面侧视图。

详述

本公开涉及工具制造，并且更具体地讲，涉及使用浸润室内的边界形式制造的金属基体复合工具，以隔离开具有宏观不同性质的区域以及与此相关的相关联生产和使用方法。

本文所述的实施方案可用于制造具有至少两个带宏观不同性质的区的浸润的金属基体复合工具。这可通过使用位于浸润室内的一个或多个边界形式容纳至少两种类型的增强材料和/或粘结剂材料来实现。这可有利于允许将呈现不同宏观性质的特定增强材料选择性地放置在浸润的金属基体复合工具中，这可导致浸润的金属基体复合工具在期望的局部区域获得较高的刚度和/或耐腐蚀性。例如，在一个实例中，可以将耐腐蚀性或高性能材料选择性地放置在浸润的金属基体复合工具的外表面上，而浸润的金属基体复合工具的内部可由较坚韧且较低成本的材料制成。