1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 29333
(51) E21B 10/46 (2006.01)
B22F 1/00 (2006.01)
B22F 1/02 (2006.01)
B22F 5/00 (2006.01)
B22F 7/00 (2006.01)
C22C 1/04 (2006.01)
E21B 10/02 (2006.01)
E21B 10/48 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2013/1514.1
(22) 06.08.2010
(45) 15.12.2014, бюл. №12
(85) 01.02.2013
(86) PCT/CA2010/001197, 06.08.2010
(72) МИЛЛЕР, Роберт, Кеннет (CA)
(73) С-421 ХОЛДИНГС ЛТД. (CA)
(74) Шабалина Галина Ивановна; Шабалин
Владимир Иванович; Кучаева Ирина Гафиятовна;
Тусупова Меруерт Кырыкбаевна
(56) US 4833040 A 23.05.1989
RU 2008123050 A 20.12.2009
US 3173314 A 16.03.1965
US 1986197 A 01.01.1935
US 2933415 A 19.04.1960
US 5240742 A 31.08.1993
(54) МАТРИЦА БУРОВОГО ДОЛОТА,
КЕРНОВОЕ БУРОВОЕ ДОЛОТО И СПОСОБ
ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
(57) Представлена матрица бурового долота,
которая содержит порошкообразный абразивный
материал и порошок тугоплавкого металла, в
которой порошок тугоплавкого металла является
порошком с покрытием, в котором каждая гранула
порошка тугоплавкого металла покрыта материалом
покрытия. Далее представлено керновое буровое
долото, содержащее порошкообразный абразивный
материал, порошок тугоплавкого металла и
стальную трубу, на которую наплавляются
порошкообразный абразивный материал и порошок
тугоплавкого металла. Порошок тугоплавкого
металла является порошком с покрытием, в котором
каждая гранула порошка тугоплавкого металла
покрыта одним или более материалами покрытия.
Наконец представлен способ изготовления
кернового бурового долота. Сначала формируется
матрица путем смешивания вместе
порошкообразного абразивного материала и
порошка тугоплавкого металла с покрытием.
Матрица помещается в пресс-форму, и стальная
труба помещается сверху в пресс-форму для
образования скомпонованного блока бурового
долота. Скомпонованный блок бурового долота
затем нагревается в атмосферных условиях.
Стальная труба впрессовывается затем способом
горячего прессования в нагретую матрицу, и
скомпонованный блок бурового долота оставляется
для охлаждения перед извлечением охлажденного
бурового долота из пресс-формы.
(19)KZ(13)B(11)29333
2. 29333
2
Это изобретение относится к матрицам для
использования при изготовлении буровых долот.
Уровень техники
При производстве керновых буровых долот для
бурения твердой горной породы и подобных
твердых пластов в матрицу долота включается
абразивный зернистый материал для улучшения
бурения и уменьшения износа бурового долота.
Этот абразивный зернистый материал может
представлять собой ряд различных абразивных
частиц, включая зерна алмаза и зерна
искусственного алмаза. В частности US 5 954 147
раскрывает конструкцию бурового долота, режущий
элемент которого содержит нанокристаллический
алмазный материал.
Остальная часть бурового долота часто
составлена из абразивных порошков тугоплавких
металлов, наиболее типичными из которых
являются вольфрам и инфильтрат (связующий
сплав). Заявка PCT/US2005/014742 описывает
композицию для формирования матрицы бурового
долота, включающую твердые частицы,
представленные по меньшей мере одним карбидом,
нитридом, боридом и оксидом и их твердым
раствором. В частности, предложено использовать
карбиды вольфрама, титана, хрома, ванадия,
циркония гафния и др., а также связующий
компонент. Указанный связующий компонент
может содержать один металл, выбранный из
кобальта, никеля и железа.
Заявка PCT/US2007/021071 описывает
матричный абразивный износостойкий материал,
используемый для нанесения на наружную
поверхность корпуса бурового долота. Матрица
включает порошок тугоплавкого металла, например,
никеля и содержит порошкообразный абразивный
материал - спеченные зерна и литые гранулы
карбида вольфрама.
Керновое буровое долото, раскрытое в данном
источнике, включает трубчатый корпус,
сформированный из композитного материала,
имеющий внешнюю поверхность, на которую
нанесен указанный матричный абразивный
износостойкий материал, содержащий порошок
тугоплавкого металла и порошкообразный
абразивный материал.
В указанном источнике отмечено случайное
распределение зерен и гранул карбида вольфрама по
матричному материалу. Подобное распределение
приводит к неоднородности матричного материала,
неравномерному распределению зерен абразива по
поверхности бурового долота и как следствие, к
недостаточной прочности и стойкости долота к
разрушению.
Обычно при изготовлении кернового бурового
долота (например, US 3 173 314) сначала
формируется матрица путем смешивания порошка
тугоплавкого металла и абразивного зернистого
материала вместе с органическим связующим
материалом, который способствует удержанию на
месте абразивных зернистых частиц. Матрица
помещается в пресс-форму, и стальная труба, на
которую будет наплавляться матрица, помещается в
пресс-форму сверху. Затем вокруг стальной трубы
распределяется инфильтрат таким образом, что
расплавленный инфильтрат будет проникать в
промежутки между частицами порошка
тугоплавкого металла и абразивного зернистого
материала в пресс-форме и способствовать
смачиванию и прилипанию к стальной трубе.
Скомпонованный блок нагревается затем целиком
до или выше температуры ликвидуса инфильтрата, и
инфильтрат проникает в скомпонованный блок и
образует твердый и прочный сплав вокруг стальной
трубы.
Однако, при высоких температурах
термообработки, требуемых для сплавления,
важным является не дать порошку металла
возможности окислиться в процессе
термообработки. Это является общей проблемой для
ряда различных металлов, которые в противном
случае были бы подходящими для использования в
керновых буровых долотах, предназначенных для
бурения твердых горных пород. Окисление или
коррозия покрывает поверхность порошка
тугоплавкого металла и препятствует хорошему
прилипанию и смачиванию инфильтратом. Это
приводит к образованию непрочного и плохо
сплавленного бурового долота, имеющего
посредственную прочность.
Делались попытки подавить окисление в
процессе термообработки. Наиболее традиционным
подходом является удаление кислорода из
атмосферы, в которой проводится термообработка, и
заполнение ее водородом. Термообработка в
атмосфере водорода, в противоположность
обычному воздушному окружению, является
значительно более дорогой как вследствие
дополнительной стоимости газообразного водорода,
так и из-за проведения откачки воздуха из камеры, в
которой проводится термообработка, и закачки туда
водорода. Также водород вызывает серьезную
проблему с точки зрения безопасности вследствие
своей исключительно высокой воспламеняемости.
По этой причине его необходимо откачивать из
камеры после проведения каждой термообработки,
что приводит к появлению дальнейших моментов,
касающихся стоимости и безопасности.
Очень ценным является найти и разработать
порошки тугоплавких металлов, которые могут
проходить термообработку в условиях окружающей
среды и позволить достижение высоких скоростей
бурения.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является разработка
матрицы бурового долота, обеспечивающей
высокую температуру плавления и высокую
прочность, позволяющие обеспечение того, что
абразивные частицы будут оставаться точно в тех
местах, куда они помещены при изготовлении
долота. Соответственно, изготовленное долото
должно обеспечить высокую скорость бурения и
долговечность, а способ его изготовления не должен
требовать использования сложных в осуществлении
приемов препятствия окислению и деформации
зерен.
3. 29333
3
В настоящем изобретении, таким образом,
представлена матрица - сплав, включающий
порошкообразный абразивный материал и порошок
тугоплавкого металла, в котором порошок
тугоплавкого металла является порошком с
покрытием, в котором каждая гранула порошка
тугоплавкого металла покрыта материалом
покрытия.
Далее представлено керновое буровое долото,
которое включает порошкообразный абразивный
материал, порошок тугоплавкого металла и
стальную трубу, на которую наплавляются
порошкообразный абразивный материал и порошок
тугоплавкого металла. Порошок тугоплавкого
металла является порошком с покрытием, в котором
каждая гранула порошка тугоплавкого металла
покрыта одним или более материалами покрытия.
Также представлен способ изготовления
кернового бурового долота. Способ включает
формирование вначале матрицы путем смешивания
вместе порошкообразного абразивного материала и
порошка тугоплавкого металла с покрытием.
Матрица помещается в пресс-форму и стальная
труба помещается в пресс-форму сверху для
образования скомпонованного блока бурового
долота. Скомпонованный блок бурового долота
нагревается затем в атмосферных условиях.
Стальная труба запрессовывается затем способом
горячего прессования в нагретую матрицу, и
скомпонованный блок бурового долота оставляется
для охлаждения перед извлечением охлажденного
бурового долота из пресс-формы.
Краткое описание фигур
Настоящее изобретения будет теперь описано
более подробно со ссылками на следующие фигуры,
на которых
На Фиг.1 показан вид в разрезе одного примера
бурового долота, согласно настоящему
изобретению;
На Фиг.2 показан вид в разрезе одного примера
пресс-формы, используемой при изготовлении
буровых долот, согласно настоящему изобретению;
На Фиг.3 показан вид в разрезе одного примера
пресс-формы, загруженной матрицей, согласно
настоящему изобретению;
На Фиг.4 показан вид в разрезе одного примера
пресс-формы, загруженной матрицей, согласно
настоящему изобретению, стальной трубой и
инфильтратом;
На Фиг.5 показан вид в разрезе дальнейшего
примера бурового долота, согласно настоящему
изобретению; и
На Фиг.6 показана технологическая карта,
которая иллюстрирует один вариант воплощения
способа, согласно настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к матрицам,
используемым при изготовлении керновых буровых
долот. В частности, эти матрицы позволяют
изготовление керновых буровых долот при
нормальных атмосферных условиях изготовления, в
то же время обеспечивая твердость и высокие
скорости бурения.
Тугоплавкие металлы являются
предпочтительными для использования в матрицах
керновых буровых долот в силу ряда причин. Во-
первых, они не растворяются в инфильтрате. Также
твердость, прочность и износостойкость
получившейся в результате матрицы может
контролироваться путем использования различных
размеров, форм частиц и распределений
тугоплавких металлов. Также тугоплавкие металлы
приводят в результате к получению матрицы,
которая демонстрирует более высокую
сопротивляемость термической деформации, чем
матрицы, которые содержат нетугоплавкие металлы.
Даже когда буровое долото охлаждается водой, на
границе раздела горная порода/алмаз выделяется
большое количество тепла, и нетугоплавкие
металлы имеют тенденцию быстро терять прочность
при этих высоких температурах. Потеря прочности
часто приводит в результате к погружению
зернистых частиц алмаза в матрицу и
невозможности обеспечить наличие желаемых
режущих выступов. Кроме того, форма долота
может стать деформированной, например, исходная
цилиндрическая форма изменяется на
«грибовидную» или «колоколообразную» форму,
что в свою очередь может приводить к
возникновению мешающего взаимодействия между
пробуренной скважиной и инструментом.
Порошки тугоплавких металлов придают
получающемуся в результате сплаву, также
называемому матрицей, высокую температуру
плавления. Это является важным, поскольку
абразивные зерна в керновом буровом долоте
приводят в результате к очень высоким
температурам в процессе использования и для
предотвращения деформации требуют наличия
окружающей их матрицы с высокой температурой
плавления.
Матрицы, согласно настоящему изобретению,
включают порошок тугоплавкого металла, который
защищен от окисления и может, следовательно,
подвергаться термообработке при атмосферных
условиях. Авторы настоящего изобретения
обнаружили, что путем покрытия порошков
тугоплавких металлов в один или более слоев
материалов покрытий они могут быть защищены от
окисления в процессе термической обработки. В
частности, каждая гранула порошка тугоплавкого
металла покрыта одним или более слоями
материалов покрытий. Покрытия могут получаться
любым числом известных в данной области
способов, включая напыление, способы плазменного
напыления и способы флюидизации. Специалисту в
данной области будет совершенно понятно, что
любой подходящий способ нанесения покрытий
порошков, известный в данной области, может быть
использован в рамках данного изобретения, не
отклоняясь от его объема. Покрытие вокруг каждой
гранулы составляет обычно от 5 до 30 % по весу от
веса каждой гранулы тугоплавкого металла, которая
должна быть покрыта.
В качестве органического связующего вещества
может выступать любое подходящее связующее
4. 29333
4
вещество, известное в данной области, включая
минеральные масла, минеральные мыла и жиры,
общеизвестные в данной области, но не
ограничиваясь ими.
Наиболее типичным инфильтратом является
медь, однако он может также включать среди всего
прочего серебро или сплавы из меди и серебра,
сплавы из меди/никеля/цинка, сплавы из
меди/марганца/никеля/цинка и сплавы из
меди/цинка/олова. Кроме того, инфильтрат может
включать смесь гранул чистых меди, никеля, цинка,
марганца или серебра, которые могут плавиться и
образовывать сплав в процессе нагрева.
В качестве материалов покрытий может
выступать любое число типов материалов,
включающих металлы и металлические сплавы.
Предпочтительно используются те металлы или
сплавы покрытий, которые имеют высокие значения
температуры плавления и, как правило, не плавятся
или не деформируются в процессе термообработки.
Металлы покрытий могут более предпочтительно
быть одним или более из никеля, меди, стали,
вольфрама или их сплавов.
Кроме того, при изготовлении буровых долот
материалы покрытий могут быть такими же самыми,
как и инфильтрат. В таких случаях на каждую
гранулу тугоплавкого металла наносится более
толстое покрытие, и металлические материалы или
материалы сплавов покрытий действуют как
покрытия гранул тугоплавких металлов и как
инфильтрат, тем самым исключая необходимость
добавления инфильтрата в буровое долото на более
поздней стадии процесса изготовления.
Кроме того, материал покрытия может
наноситься в один или более слоев. Например,
материал покрытия может включать внутренний
слой, образованный материалом, имеющим высокую
температуру плавления, например, никелем, после
которого следует один или более внешних слоев из
материала, имеющего более низкую температуру
плавления, например, сплава из меди и серебра.
Один или более из внешних слоев могут как вариант
быть из того же материала, что и инфильтрат, тем
самым также исключается необходимость
добавления инфильтрата в скомпонованный блок
бурового долота в процессе изготовления.
Более того, количественный контроль
скомпонованного блока долота может проводиться
путем использования настоящих порошков
тугоплавких металлов с покрытиями. В одном
варианте воплощения скомпонованный блок
бурового долота может быть изготовлен с
использованием различных составов покрытий по
длине долота или радиально вокруг бурового
долота. Например, верхняя часть долота может
иметь состав 82% Сu/18% Ag, и состав может с
определенным шагом изменяться до состава 65%
Сu/15% Ni/20% Zn вблизи нижней части бурового
долота путем добавления слоями или зонами
тугоплавкого порошка с многослойным покрытием.
В данном случае сплав Сu/Ni/Zn обеспечивает
улучшенное припаивание и прилипание к стальной
трубе, в то время как сплав Сu/Ag позволяет зернам
алмаза бурить горную породу более быстро. В
случаях, когда геология пласта, который
необходимо пробурить, хорошо известна, долото
может быть покрыто слоями с определенным шагом
для обеспечения оптимального сплава матрицы на
каждой глубине бурения вместо того, чтобы работа
по бурению сквозь весь пласт зависела от одного
сплава. Например, если известно, что на первых 100
метрах пласт является относительно мягким, может
использоваться покрытие из сплава 82% Сu/18% Ag.
Если вглубь пласта горная порода становится
тверже, под первый слой покрытия может
помещаться слой покрытия из сплава 70% Сu/30%
Ag. Использование порошка с многослойным
покрытием в слоистом или зональном применении
позволяет модифицировать головки буров по заказу
для использования в конкретных пластах. Слои или
зоны могут быть ориентированы так, что они
сменяются в радиальном направлении, как показано
зонами А и В на Фиг.1а), или по длине бурового
долота, как показано зонами А и В на Фиг.1b).
С покрытием каждой гранулы или частицы
порошка тугоплавкого металла ряд тугоплавких
металлов, которые ранее не были подходящими для
термообработки при атмосферных условиях, могут
теперь применяться при изготовлении бурового
долота. Эти металлы включают, не ограничиваясь
ими, ниобий и молибден, оба из которых являются
более мягкими металлами, чем традиционно
используемый вольфрам, и таким образом
позволяют достичь более высоких скоростей
бурения, будучи вплавленными в буровые долота.
Порошки тугоплавких металлов вольфрама и
карбида вольфрама с покрытиями, согласно
настоящему изобретению, также показали хорошую
функциональность и являются тугоплавкими
металлами, которые возможно применять в рамках
настоящего изобретения. Другие тугоплавкие
металлы, подходящие для применения в рамках
настоящего изобретения, включают тантал, осмий и
рений.
Более того, не требуется никакого изменения или
модификации существующих пресс-форм и условий
термообработки при использовании настоящей
группы порошков металлов с покрытиями.
Авторы изобретения достигли отличных
результатов при использовании настоящих
порошков металлов с покрытиями. В частности,
настоящая группа частиц тугоплавких металлов с
покрытиями продемонстрировала низкую степень
окисления до его отсутствия, даже когда буровое
долото подвергается термообработке в атмосферных
условиях. Покрытие каждой частицы порошка
тугоплавкого металла действует как герметическая
изоляция и защищает поверхности частиц
тугоплавкого металла от окисления. Это
способствует лучшему смачиванию инфильтратом и
другими материалами матрицы. Лучшее
смачивание, в свою очередь, приводит в результате
к более сильному слипанию материалов матрицы и к
большей прочности бурового долота.
Обращаясь к Фиг.2 и 3, согласно настоящему
способу, абразивный зернистый материал и
5. 29333
5
порошок тугоплавкого металла с покрытием
смешиваются вместе с образованием порошка
матрицы 2 и помещаются в пресс-форму 4. Пресс-
форма 4, как правило, представляет собой графит,
однако может быть изготовлена из любого
материала, подходящего для проведения настоящих
термообработок. Специалист в данной области легко
поймет, что материал пресс-формы может быть
изменен, не приводя к отклонению от объема
настоящего изобретения.
Как показано на Фиг.4, стальная труба 6
помещается затем сверху в пресс-форму 4. В
случаях, когда материалы покрытий не включают
инфильтрат, инфильтрат 8 как вариант добавляется
в пресс-форму 4 для инфильтрации
порошкообразной смеси и облегчения смачивания с
поверхностью стальной трубы 6, и скомпонованный
блок прогревается, или подвергается
термообработке, в атмосферных условиях. В таких
случаях скомпонованный блок нагревается до
достижения по меньшей мере температуры
плавления инфильтрата 8, так что инфильтрат 8
плавится и заполняет промежутки между гранулами
порошка тугоплавкого металла и частицами алмаза
и смачивает поверхность стальной трубы 6, что
обеспечивает возможность припайки стальной
трубы 6 к скомпонованному блоку.
Предпочтительно, скомпонованный блок
прогревается целиком в течение времени от 5 до 20
минут и оставляется для охлаждения в пресс-форме
4, после чего извлекается. Окончательный вид
бурового долота проиллюстрирован на Фиг.5.
Один пример способа, согласно настоящему
изобретению, проиллюстрирован на Фиг.6.
Поверхность стальной трубы 6 может
предпочтительно пропаиваться для еще большего
улучшения смачивания и прилипания.
В случаях, когда материалы покрытий по
меньшей мере частично включают материал,
который является таким же, как и инфильтрат 8,
дальнейшее добавление инфильтрата 8 может быть
как вариант пропущено. Кроме того, инфильтрат 8
может быть добавлен в меньших количествах, чем в
случаях, когда материалы покрытий не включают
инфильтрат 8.
Если материал покрытия включает по меньшей
мере некоторое количество инфильтрата 8,
скомпонованный блок прогревается или
подвергается термообработке при температурах,
меньших, чем температура плавления материала
покрытия, предпочтительно, при температурах до
80% от температуры плавления. При таких
температурах при приложенном давлении
тугоплавкий порошок с покрытием может
соединяться с образованием окончательной формы
бурового долота без плавления материала покрытия.
Температура термообработки зависит от ряда
факторов, включая тип материала покрытия или
материалов, используемых для покрытия гранул
порошка тугоплавкого металла. Материалы
покрытий с более низкими температурами
плавления могут также использоваться, что
позволяет проводить термообработку при более
низких температурах, что приводит как к экономии
энергопотребления, так и к сбережению средств при
проведении операций.
Кроме того, при нанесении более толстого слоя
материалов покрытий на гранулы порошка
тугоплавкого металла матрица бурового долота
может подвергаться термообработке без достижения
температуры ликвидуса материалов покрытия. Это в
свою очередь может позволить использование более
прочных получившихся в результате матриц
буровых долот, например, путем внедрения стали
как в качестве покрытия, так и в качестве
инфильтрата 8.
Настоящие порошки тугоплавких металлов с
покрытиями могут использоваться в ряде
применений для разведки полезных ископаемых и
геотехнической разведки, включая изготовление
керновых буровых долот большого диаметра, или
для изготовления буровых долот для использования
на концах длинных бурильных колонн для бурения
глубоких скважин, или в условиях абразивного
бурения, в которых куски обломанной горной
породы могут в противном случае привести к
быстрому истиранию бурового долота.
Более того, настоящее изобретение может быть
также применено к нанесению покрытия на любой
тугоплавкий металл, чтобы обеспечить возможность
производить литье непосредственно на воздухе, при
этом предотвращая окисление. Это является
особенно желательным, когда понижение
атмосферного контроля невозможно в силу условий
изготовления или ограничений, налагаемых
оборудованием.
Настоящее изобретение может быть далее
использовано в любых случаях, когда тугоплавкие
металлы сочетаются с инфильтратами, имеющими
высокие значения теплопроводности, таких как,
например, при изготовлении переключателей,
работающих при высоких значениях напряжения
или высоких значениях тока.
Примеры
Следующие примеры служат лишь для
дальнейшей иллюстрации вариантов воплощений
настоящего изобретения без ограничения его
объема, который определяется только формулой
изобретения.
Пример 1:
Согласно настоящему изобретению было
изготовлено керновое буровое долото, в котором
матрица бурового долота включала зерна алмаза в
качестве абразивного материала и порошок
молибдена в качестве порошка тугоплавкого
металла. Каждая гранула порошка молибдена была
покрыта с помощью напыления слоем никеля в
качестве материала покрытия. Матрица помещалась
в графитовую пресс-форму, и чистая, подвергнутая
пескоструйной обработке стальная труба
помещалась сверху. Сплав инфильтрата,
включающий 82% по весу меди и 18% по весу
серебра, добавлялся в скомпонованный блок.
Скомпонованный блок затем целиком нагревался до
температуры проведения термообработки 2150°F и
подвергался термообработке в течение 7 минут.
6. 29333
6
Затем система подвергается горячему
прессованию в течение десяти минут. В процессе
горячего прессования к стальной трубе
прикладывается давление приблизительно в 100
фунтов для проталкивания ее тем самым в нагретую
и пластически деформируемую матрицу. Нагрузка
поддерживается в процессе охлаждения
скомпонованного блока, пока матрица не теряет
пластичность, что происходит, как правило, при
температуре около 800 °F. Оптические пирометры
используются для измерения температуры.
Скомпонованный блок охлаждается на воздухе до
комнатной температуры и затем извлекается из
графитовой пресс-формы. Получившееся в
результате керновое буровое долото имеет внешний
диаметр 2,980 дюймов и внутренний диаметр 1,875
дюймов.
Пример 2:
Согласно настоящему изобретению было
изготовлено керновое буровое долото, в котором
матрица бурового долота включала зерна алмаза в
качестве абразивного материала и порошок
молибдена в качестве порошка тугоплавкого
металла. Каждая гранула порошка молибдена была
покрыта с помощью напыления слоем никеля в
качестве материала покрытия. Матрица помещалась
в графитовую пресс-форму, и чистая, подвергнутая
пескоструйной обработке стальная труба
помещалась сверху. Инфильтрат, включающий 65%
по весу меди и 35% по весу серебра в форме смеси
гранул чистых меди и серебра, добавлялся в
скомпонованный блок. Скомпонованный блок
целиком нагревался затем до температуры
проведения термообработки 2150°F и подвергался
термообработке в течение 7 минут.
Затем система подвергается горячему
прессованию в течение десяти минут. В процессе
горячего прессования к стальной трубе
прикладывается давление приблизительно в 100
фунтов для проталкивания ее тем самым в нагретую
и пластически деформируемую матрицу. Нагрузка
поддерживается при охлаждении скомпонованного
блока, пока матрица не теряет пластичность, что
происходит, как правило, при температуре около
800 °F.
Оптические пирометры используются для
измерения температуры. Скомпонованный блок
охлаждается на воздухе до комнатной температуры
и затем извлекается из графитовой пресс-формы.
Получившееся в результате керновое буровое
долото имеет внешний диаметр 2,980 дюймов и
внутренний диаметр 1,875 дюймов.
В вышеизложенном описании изобретение было
описано в конкретных вариантах его воплощений,
однако, будет очевидно, что могут быть сделаны его
разнообразные модификации и изменения без
отклонения от более широкой сущности и объема
изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1.Матрица бурового долота, включающая:
а) порошкообразный абразивный материал; и
б) порошок тугоплавкого металла,
отличающаяся тем, что порошок тугоплавкого
металла является порошком, имеющим покрытие и в
котором каждая гранула порошка тугоплавкого
металла покрыта одним или более материалами
покрытий.
2. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что один
или более материалов покрытий выбираются из
группы, состоящей из металлов и металлических
сплавов.
3. Матрица по п.2, отличающаяся тем, что один
или более материалов покрытий выбираются из
группы, состоящей из никеля, меди, цинка,
марганца, олова, вольфрама, стали и их сплавов.
4. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что один
или более материалов покрытий включают один или
более слоев материалов покрытий.
5. Матрица по п.4, отличающаяся тем, что один
или более слоев материалов покрытий включают
внутренний слой покрытия, смежный с гранулой
порошка тугоплавкого металла, и один или более
внешних слоев покрытий, наращенных на
внутреннем слое покрытия.
6. Матрица по п.5, отличающаяся тем, что
внутренний слой покрытия включает металл или
металлический сплав с высокой температурой
плавления.
7. Матрица по п.6, отличающаяся тем, что один
или более внешних слоев покрытий включают
металлы или металлические сплавы, имеющие
температуры плавления, которые являются более
низкими, чем температура плавления металла или
металлического сплава внутреннего слоя покрытия,
имеющего высокую температуру плавления.
8. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что
порошок тугоплавкого металла выбирается из
группы тугоплавких металлов, состоящей из
ниобия, молибдена, тантала, металлического
вольфрама, карбида вольфрама, рения и осмия.
9. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что в
качестве абразивного материала выступают зерна
алмаза.
10. Керновое буровое долото, включающее:
а) порошкообразный абразивный материал;
б) порошок тугоплавкого металла; и
в) стальную трубу, на которую наплавлен
порошкообразный абразивный материал и порошок
тугоплавкого металла,
отличающееся тем, что порошок тугоплавкого
металла является порошком, имеющим покрытие и в
котором каждая гранула порошка тугоплавкого
металла покрыта одним или более материалами
покрытий.
11. Керновое буровое долото по п.10,
отличающееся тем, что дополнительно включает
инфильтрат, предназначенный для усиления
смачивания стальной трубы.
12. Керновое буровое долото по п.11,
отличающееся тем, что инфильтрат включает один
или более металлов или металлических сплавов.
13. Керновое буровое долото по п.12,
отличающееся тем, что инфильтрат выбирается из
7. 29333
7
группы, состоящей из меди, серебра, цинка, олова,
никеля, марганца, стали и их сплавов.
14. Керновое буровое долото по п.10,
отличающееся тем, что один или более материалов
покрытий выбираются из металлов и металлических
сплавов.
15. Керновое буровое долото по п.14,
отличающееся тем, что один или более материалов
покрытий выбираются из группы, состоящей из
никеля, меди, цинка, марганца, олова, стали,
вольфрама и их сплавов.
16. Керновое буровое долото по п.10,
отличающееся тем, что один или более материалов
покрытий действуют как покрытие тугоплавкого
порошка и как инфильтрат, предназначенный для
усиления смачивания стальной трубы.
17. Керновое буровое долото по п.16,
отличающееся тем, что один или более материалов
покрытий включают один или более металлов или
металлических сплавов.
18. Керновое буровое долото по п.17,
отличающееся тем, что один или более материалов
покрытий выбираются из группы, состоящей из
меди, серебра, цинка, олова, никеля, марганца, стали
и их сплавов.
19. Керновое буровое долото по п.10,
отличающееся тем, что один или более материалов
покрытий включают один или более слоев
материалов покрытий.
20. Керновое буровое долото по п.19,
отличающееся тем, что один или более слоев
материалов покрытий включают внутренний слой
покрытия, смежный с гранулой порошка
тугоплавкого металла, и один или более внешних
слоев покрытий, наращенных на внутреннем слое
покрытия.
21. Керновое буровое долото по п.20,
отличающееся тем, что внешний слой покрытия
включает материал, который действует как
инфильтрат, предназначенный для усиления
смачивания стальной трубы.
22. Керновое буровое долото по п.10,
отличающееся тем, что в качестве абразивного
материала выступают зерна алмаза.
23. Керновое буровое долото по п.10,
отличающееся тем, что порошок тугоплавкого
металла выбирается из группы тугоплавких
металлов, состоящей из ниобия, молибдена, тантала,
металлического вольфрама, карбида вольфрама,
рения и осмия.
24. Способ изготовления кернового бурового
долота, включающий:
а) формирование матрицы путем смешивания
вместе порошкообразного абразивного материала и
порошка тугоплавкого металла с покрытием и
б) помещение матрицы в пресс-форму,
отличающийся тем, что он дополнительно
включает
в) помещение стальной трубы сверху в пресс-
форму для образования скомпонованного блока
бурового долота;
г) нагревание скомпонованного блока бурового
долота при атмосферных условиях;
д) запрессовывание стальной трубы в нагретую
матрицу способом горячего прессования; и
е) охлаждение скомпонованного блока бурового
долота перед извлечением охлажденного бурового
долота из пресс-формы.
25. Способ по п.24, отличающийся тем, что
каждую гранулу порошка тугоплавкого металла с
покрытием покрывают одним или более
материалами покрытий, выбранными из группы,
состоящей из металлов, металлических сплавов.
26. Способ по п.24, отличающийся тем, что в
скомпонованный блок бурового долота перед
нагреванием дополнительно вводят инфильтрат,
предназначенный для улучшения смачивания
стальной трубы.
27. Способ по п.26, отличающийся тем, что
инфильтрат включает один или более металлов или
металлических сплавов.
28. Способ по п.27, отличающийся тем, что
инфильтрат выбирают из группы, состоящей из
меди, серебра, цинка, олова, никеля, марганца, стали
и их сплавов.
29. Способ по п.25, отличающийся тем, что
одно или более покрытий выбирают из группы,
состоящей из меди, серебра, цинка, олова, никеля,
марганца, стали, вольфрама и их сплавов.
30. Способ по п.24, отличающийся тем, что
каждая гранула порошка тугоплавкого металла с
покрытием покрыта одним или более материалами,
которые действуют как материал покрытия и как
инфильтрат, предназначенный для улучшения
смачивания стальной трубы.
31. Способ по п.30, отличающийся тем, что
один или более материалов включают один или
более металлов или металлических сплавов.
32. Способ по п.31, отличающийся тем, что
один или более материалов выбирают из группы,
состоящей из меди, серебра, цинка, олова, никеля,
марганца, стали и их сплавов.
33. Способ по п.24, отличающийся тем, что
каждая гранула порошка тугоплавкого металла с
покрытием покрыта одним или более слоями
материалов покрытий.
34. Способ по п.33, отличающийся тем, что
один или более слоев материалов покрытий
включают внутренний слой покрытия, смежный с
гранулой порошка тугоплавкого металла, и один
или более внешних слоев покрытий, наращенных на
внутреннем слое покрытия.
35. Способ по п.34, отличающийся тем, что
внешний слой покрытия включает материал,
который действует как инфильтрат,
предназначенный для улучшения смачивания
стальной трубы.
36. Способ по п.24, отличающийся тем, что в
качестве абразивного материала используют зерна
алмаза.
37. Способ по п.24, отличающийся тем, что
порошок тугоплавкого металла выбирают из
группы, состоящей из ниобия, молибдена, тантала,
металлического вольфрама, карбида вольфрама,
рения и осмия.
8. 29333
8
38. Способ по п.26, отличающийся тем, что
скомпонованный блок нагревают до или выше
температуры ликвидуса инфильтрата.
