CN107075919A - 确定钻井工具上的刀具的浸出轮廓 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的一些实施方案，公开了用于确定钻井工具上的刀具的浸出轮廓的系统和方法。所述方法包括将X射线不可透过层施加到具有残留浸渗剂的经浸出的PCD元件的表面。所述方法还包括移动所述元件通过X射线束。所述方法还包括检测由X射线检测器接收的X射线强度。所述方法还包括基于所述X射线强度生成所述经浸出的PCD元件的浸出轮廓。

Description

确定钻井工具上的刀具的浸出轮廓
技术领域
本公开大体上涉及用于确定刀具的浸出深度的系统和方法。
发明背景
各种工业装置的部件通常经受极端条件，诸如与磨蚀表面的高度冲击接触。例如，通常会在用于石油开采或采矿目的的地下钻井期间遇到此类极端条件。金刚石具有无与伦比的耐磨性，对于使部件经受极端条件的地面钻井和类似活动来说，它是最有效的材料。金刚石非常硬，将热量传导远离与磨蚀表面的接触点，并且可能在此类条件下提供其它益处。
用于对井筒进行钻井的刀具和其它元件在它们的表面层是由聚晶金刚石(PCD)或者另一超硬磨料材料(典型地是呈聚晶金刚石复合片(PDC)的形式)或另一超硬磨料材料复合片的情况下，具有在井下和钻井条件下的更长使用寿命。刀具和其它元件可以含有结合到衬底的PCD层。PCD可以至少部分地由在高温和高压下被压缩的金刚石粉末形成。
形成PCD的工艺通常涉及使用各种添加剂。例如，钴是可添加以有助于PCD中的金刚石-金刚石结合并有助于将PCD结合到衬底的物质。在PCD制造领域中，这种物质有时称为催化剂或催化材料。添加到PCD中使用的金刚石粉末的物质也包括了粘结剂和浸渗剂。在生产刀具或其它元件期间或在地下操作中使用刀具或其它元件之前，可以通过去除工艺(诸如酸浸出)来将催化剂、浸渗剂或粘结剂全部或部分地从PCD中的空隙中去除。已去除大量的催化剂、粘结剂或浸渗剂的PCD典型地比含有更多的催化剂、粘结剂或浸渗剂的对应PCD更具热稳定性，并且因此通常称为热稳定聚晶金刚石(TSP)。
附图简述
为了更完整地理解本发明及其特征和优点，现在参考以下结合附图来进行的描述，其中：
图1示出了热稳定聚晶(TSP)金刚石刀具的剖面侧视图；
图2A示出了根据本公开的一些实施方案的包括X射线不可透过层的TSP金刚石刀具的剖面侧视图；
图2B示出了根据本公开的一些实施方案的施加到TSP金刚石刀具的X射线不可透过层的第二实施方案的透视图；
图3示出了根据本公开的一些实施方案的聚晶金刚石(PCD)刀具的X射线强度分布的图，所述PCD刀具被浸出达约四百微米的深度；
图4示出了根据本公开的一些实施方案的PCD刀具的X射线强度分布的图，所述PCD刀具被浸出达约一百微米的深度；
图5示出了根据本公开的一些实施方案的来自刀具的用于生成图4中所示的X射线强度分布的扫描电子显微镜(SEM)的剖面图像；
图6示出了根据本公开的一些实施方案的两个PCD刀具的用于确定残留催化剂/粘结剂/浸渗剂浓度的X射线强度分布；
图7示出了根据本公开的一些实施方案的示例性浸出轮廓计算系统的方框图；以及
图8示出了根据本公开的一些实施方案的用于执行PCD刀具的X射线测试的方法的流程图。
详细描述
本公开描述了一种用于使用X射线来确定PCD刀具或由PCD形成的其它元件的浸出轮廓的系统和方法。在钻井工具上使用的刀具和其它PCD元件可以包括结合到衬底的PCD。衬底可以是钻井工具本身或单独材料，诸如含金属的材料(诸如碳化钨)。可以对PCD进行浸出，以便从空隙中去除物质，诸如催化剂、粘结剂和/或浸渗剂材料(以下统称浸渗剂)。可以在PCD被结合到衬底前、在结合后，或者在结合前和在结合后两者的情况下，对PCD进行浸出。在任何浸出工艺后，可以对刀具或其它PCD元件执行测试，以便确定PCD层的浸出轮廓。浸出轮廓可以包括浸出深度、保留在PCD层中的(尤其是各位置或深度处的)浸渗剂量或有关经浸出的材料的量或存在的任何其它性质。可通过将X射线不可透过层施加到PCD层的外表面并且在刀具或其它PCD元件穿过X射线束时测量X射线的强度来执行测试。X射线大部分被X射线不可透过层阻挡，然后，因金刚石的极高X射线透过率而很容易地穿过经浸出的金刚石。浸渗剂的X射线透过率比金刚石低，因此它的存在可能因穿过PCD层的X射线的减少而被检测到。衬底也典型地是相对X射线不可透过的，并且如果存在的话，可以被检测到。X射线测试是非破坏性的，并且因此相较破坏性的方法(诸如SEM分析)来说，本公开呈现了一种用于确定刀具或其它PCD元件的浸出轮廓的更成本有效的方法。因此，本公开提供了使用X射线确定刀具或其它PCD元件的浸出轮廓的方法。所述方法可根据特定应用而具有不同设计、配置或参数。
因此，通过参考图1至图8可最佳地理解本公开的实施方案及其优点，其中相同数字用于指示相同和对应的部分。
图1示出了TSP金刚石刀具的剖面侧视图。相较单个金刚石晶体来说，呈金刚石的聚晶形式的金刚石因金刚石晶体的随机分布而韧性增加，这避免了在单个金刚石晶体中出现特定裂开平面。因此，聚晶金刚石常常用于许多钻井应用或其它极端条件。如果刀具和其它PCD元件的表面层由金刚石(典型地是呈PCD的形式)(诸如TSP)或另一超硬磨料材料制成，那么它们具有在钻井和井下条件下的更长使用寿命。
刀具100可以含有结合到衬底104的PCD层102。刀具100的制造工艺可非常严格且昂贵。这种工艺可以称为使得聚晶金刚石直接“生长”到衬底104(可为碳化物衬底)上，以便形成PCD层102。可以通过任何合适工艺来将PCD层102形成到碳化物衬底104上。一种示例工艺涉及将与浸渗剂混合的硬质合金片和金刚石颗粒放入压制机的容器中，并且使用超高压和超高温条件使其经受加压循环。超高压和超高温导致小的金刚石颗粒形成整体PCD主体。所得PCD层102同样紧密地结合到衬底104，从而产生刀具100。
为了形成刀具100，可以使用钴或其它金属浸渗剂体系来有助于PCD层102生长。在结晶生长完成后，浸渗剂保留在PCD层102的孔隙内。由于钴和其它金属浸渗剂具有比金刚石更高的热膨胀系数，因此当加热PCD层102时，例如在用来将衬底104附着到另一材料的钎焊工艺期间，或者在实际使用过程中，金属浸渗剂以比金刚石更高的速率而膨胀。因此，当PCD层102经受在临界水平以上的温度时，膨胀的浸渗剂可能导致PCD层102中的破裂。这些破裂可能弱化PCD层102，并且可能最终导致损坏或故障。
由于这些或其它效应，通常从PCD层102的至少一部分中，尤其是在工作表面附近的部分(例如，顶部108或侧面110)，去除浸渗剂。浸渗剂去除的最常见的方法是使用强酸浴，但是也存在着采用替代酸类或电解质和液态金属技术的其它工艺。通常，使用基于酸的方法从PCD层102中去除浸渗剂称为浸出。基于酸的浸出典型地是首先在PCD层102的外表面处发生并且向内进行。因此，含有经浸出的PCD层102的传统元件通常被表征为从给定表面浸出达某个深度(以下称为“浸出深度”)。已经被大量的浸渗剂浸出的PCD(PCD层102的区域)称为TSP。
有时，可对整个PCD 102层进行浸出，使得其基本上全部都转换为TSP，或者使得在每个表面附近的部分被转换成TSP。用于PCD 102的形成的衬底104典型地在此过程之前去除或在此过程之后毁坏。这种TSP台是可使用本公开的方法来检查的一种类型PCD元件。另外，也可检查已使用浸渗剂将TSP或PCD附着到新的衬底(其类似于衬底104)的刀具或其它PCD元件。此类刀具或PCD元件可能也会进行二次浸出，以便去除在任何初始浸出后或在二次附着过程中进入PCD或TSP的任何浸渗剂材料。
控制浸出以避免酸与衬底104(或类似的第二衬底)或衬底104和PCD层102之间的界面106的接触。足以对PCD层102浸出的酸类严重降解耐受性更差的衬底104，并且将浸渗剂从界面106去除弱化PCD层102与衬底104的附着。对衬底104的损害破坏刀具100的物理的完整性，并且会导致其在使用时破裂、分离或发生其它物理故障，这也可能导致其它损坏。因此，浸出深度轮廓曲线可以用于确定可产生有效浸出深度而不损坏衬底104或界面106的浸出时间的量。另外，浸出深度可以影响PCD在使用期间的性质，并且因此可有用于了解造成此情况的另外原因。
虽然在本文所述示例实施方案中，刀具100呈具有平坦表面的大体上圆柱形的形状，但是它们可形成为适于它们的最终用途的任何形状，诸如在一些实施方案中，可形成为圆锥形形状、圆柱形形状的变型，或甚至是具有角度。另外，在一些实施方案中，刀具100的表面可为凹陷的、凸起的或不规则的。一些形状可以影响使用X射线测试确定某些表面的浸出深度的能力，或者可能需要使用相同X射线检测基础原理对装置的一些修改。可由本领域的普通技术人员根据本公开的益处确定要测试的合适形状和对装置的合适修改。
仔细控制含有PCD层102的刀具100的浸出显着地增加了PCD制造的复杂性、时间和费用。另外，典型地对成批刀具100进行浸出。为确保适当浸出进行的测试可以涉及对代表性的刀具100进行切片和抛光，并且使用扫描电子显微镜(SEM)测量经浸出的PCD层102。然而，这种测试是破坏性的、耗时的，并且还增加了刀具100的制造成本。或者，对X射线的使用可以用来执行对刀具100的非破坏性测试，以便测量在PCD层102中的浸出深度和残留浸渗剂。
PCD层102的经浸出的部分可与包围刀具100的空气一样是X射线可透过的或几乎可透过的，使得难以标识PCD层102的顶部108或侧面110的位置。在不标识顶部108和/或侧面110的情况下，可能难以确定PCD层102的浸出深度(如从顶部108和/或侧面110测量到的)或浸出轮廓的其它性质。金刚石的X射线透过率非常高，而浸渗剂的X射线透过率则低得多，从而允许无浸渗剂的区域将与含浸渗剂的区域区分开来，因此在形成边界时，可容易地生成浸出轮廓。
X射线不可透过层可施加到顶部108或侧面110以有助于标识顶部108或侧面110。图2A示出了根据本公开的一些实施方案的包括X射线不可透过层的TSP金刚石刀具的剖面侧视图。X射线不可透过层202可由任何X射线不可透过材料(诸如金属(例如铜、银、铅)、金属合金或陶瓷)形成，并且可以任何合适方式来施加到刀具200，诸如通过施加金属条带、熔融金属、涂层、沉积物或通过化学气相沉积施加。X射线不可透过层202的厚度可以是大于X射线束210的射束宽度的任何厚度。X射线不可透过层202可以用手施加或通过自动化工艺施加。
PCD层204和206可类似于PCD层102，如图1所示。PCD层204可以是在浸出工艺后具有减少量浸渗剂的PCD层。PCD层206可以是其中未用浸渗剂浸出的PCD层。衬底208可类似于图1中所示的衬底104。
X射线不可透过层202可以用于限定PCD层204的顶部216，并且可以提供用于测量在经浸出层内的浸出深度和残留浸渗剂的量的参考点。X射线机(未明确地示出)可以发射X射线束210，X射线束可以穿过刀具200并由X射线检测器212接收。可使刀具200沿着方向214移动穿过X射线束210。X射线检测器212可计数或记录X射线束210在其穿过刀具200的每层时的强度。可通过使用点扫描或线扫描来执行X射线测试。刀具200可在X射线测试期间旋转，以便提供在刀具200的较大区域上的数据。X射线照射刀具200和移动刀具200穿过X射线束210的过程可由X射线机操作人员手动执行，或者可以通过将刀具200进送通过X射线机的自动化过程执行，从而通过减少人类在X射线下的暴露来增加X射线测试的安全性。
在图2A中所示的实施方案中，由X射线检测器212记录的数据可以用来参照刀具200的顶部216生成浸出轮廓。浸出轮廓可以用于确定刀具200的层204和206中的浸出深度和残留浸渗剂浓度或其它浸出轮廓特征。可将由X射线检测器212记录的数据输入到计算机(诸如图7中所示的浸出轮廓计算系统700)中，并且计算机可以生成浸出轮廓并且计算浸出深度和残留浸渗剂浓度或其它浸出轮廓特征。
当刀具200进行浸出时，浸出不仅从刀具200的顶部发生，而且从刀具200的侧面发生。X射线不可透过层也可以施加到刀具侧面，以便测量从刀具侧面的浸出轮廓。图2B示出了根据本公开的一些实施方案的施加到TSP金刚石刀具的X射线不可透过层的第二实施方案的透视图。X射线不可透过层222可施加到PCD层的侧面，以便生成从PCD层的侧面的浸出轮廓。可以类似于参照图2A描述的方式移动刀具220穿过X射线机。X射线机可以发射X射线束230，X射线束可以穿过刀具220并由X射线检测器232接收。刀具220可以在方向234上移动，直到整个刀具宽度穿过X射线束230，并且X射线检测器232已记录了X射线的强度。
在X射线测试完成时，X射线不可透过层202或222可以保留在刀具200或220上，或者可以通过剥离、化学处理等等而容易地去除。在地下操作过程中，在操作期间生成的力和热量可能磨损X射线不可透过层202或222，并且暴露PCD层204或224。
图3示出了根据本公开的一些实施方案的PCD刀具的X射线强度分布的图，所述PCD刀具被浸出达约四百微米的深度。可从由图2A和图2B中分别所示的X射线检测器(诸如X射线检测器212或232)记录的数据生成X射线强度分布300。在图3中，X射线束的宽度为约100微米，并且X射线不可透过层的厚度为约130微米。X射线强度分布300上的点302和点304之间的强度可对应于未穿过任何X射线不可透过层的X射线束。这会在刀具进入X射线机与X射线检测器之间的路径前发生。在点304处，由X射线检测器接收的X射线的强度减小直至点306。点304与点306之间的距离被测量为约140微米，并且其对应于PCD刀具上的X射线不可透过层的厚度。从点306处开始，由X射线检测器接收的X射线的强度在某段距离内增大，并且随后在点308处接近于零。点306与点308之间的距离对应于PCD层，点308对应于衬底顶部。在约-0.8与-0.6毫米的位移之间由X射线检测器接收的X射线的增大强度可对应于PCD层的某个区域，这个区域相较PCD层的对应于大于-0.6毫米的位移的区域来说具有从PCD层浸出的更高量浸渗剂。点306与点308之间的距离被测量为约550微米。在减去X射线束的宽度后，可以确定该刀具的经浸出层(例如，图2A中的层204)为约450微米。
图4示出了根据本公开的一些实施方案的PCD刀具的X射线强度分布的图，所述PCD刀具被浸出达约一百微米的深度。正如在图3中那样，在图4中，X射线束的宽度为约100微米，并且X射线不可透过层的厚度为约130微米。X射线强度分布400上的点402和点404之间的强度可对应于未穿过任何X射线不可透过层的X射线束。在点404处，由X射线检测器接收的X射线的强度减小直至点406。点404与点406之间的距离被测量为约140微米，并且其对应于PCD刀具上的X射线不可透过层的厚度。从点406处开始，由X射线检测器接收的X射线的强度在某段距离内增大，并且随后在点408处接近于零。点406与点408之间的距离被测量为约230微米。在减去X射线束的宽度后，可以确定该刀具的经浸出层为约130微米。
图5示出了根据本公开的一些实施方案的来自刀具的用于生成图4中所示的X射线强度分布的SEM的剖面图像。通过SEM测量到的浸出深度的结果为约134微米。因此，X射线测量产生与从SEM测量得到的计算出的浸出深度近似一样准确的计算出的浸出深度，但不导致对刀具的破坏。
由X射线检测器记录的数据也可用于提供关于PCD层的额外信息。图6示出了根据本公开的一些实施方案的两个PCD刀具的用于确定残留浸渗剂浓度的X射线强度分布。线602对应于第一PCD刀具，并且线604对应于第二PCD刀具，所述第二PCD刀具可能已经在比第一PCD刀具低的压力下烧结。如由点606和608之间的距离测量到的，第一刀具和第二刀具的浸出深度之间并无显着差异，其中两条线602和604示出透过刀具的X射线。然而，在点606和608之间，第一刀具PCD1的X射线强度比第二刀具PCD2高得多。在PCD层内的唯一X射线不可透过元素是残留浸渗剂，因此，通过使用关于制造PCD刀具的是哪一种浸渗剂的信息，可以使用X射线的强度估计层内残留浸渗剂浓度。在图6中，第二刀具含有较高浓度残留浸渗剂，如由检测到的X射线的较低强度所指示的，这可能是由于比第一刀具PCD1更低的烧结压力而造成的。实际浸渗剂浓度可以使用SEM-EDX或其它方法确定并与X射线不可透过率相关，从而生成给定类型的刀具或PCD的浸渗剂浓度参考表。
图7示出了根据本公开的一些实施方案的示例性浸出轮廓计算系统的方框图。浸出轮廓计算系统700可以被配置为计算浸出轮廓并且确定刀具(诸如图1、图2A和图2B中分别所示的刀具100、200或220)的浸出深度和残留浸渗剂浓度。在一些实施方案中，浸出轮廓计算系统700可以包括计算模块702。计算模块702可以用于执行如关于图8描述的方法800的步骤。计算模块702可以包括任何合适部件。例如，在一些实施方案中，计算模块702可以包括处理器704。处理器704可以包括例如微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)，或者被配置为解释和/或执行程序指令和/或处理数据的任何其它数字或模拟电路。在一些实施方案中，可将处理器704通信地耦合到存储器706。处理器704可以被配置为解释和/或执行存储在存储器706中的程序指令和/或数据。程序指令或数据可以构成软件的用于进行浸出轮廓生成以及浸出深度和残留浸渗剂浓度的计算的部分，如本文中所述。存储器706可以包括被配置为保持和/或容纳一个或多个存储器模块的任何系统、装置或设备；例如，存储器706可以包括只读存储器、随机存取存储器、固态存储器或基于磁盘的存储器。每个存储器模块可以包括被配置为在一段时间内保留程序指令和/或数据的任何系统、装置或设备(例如，非暂态计算机可读介质)。
浸出轮廓计算系统700还可包括浸渗剂性质数据库708。浸渗剂性质数据库708可以通信地耦合到计算模块702，并且可以提供可用于响应于计算模块702的查询或调用来确定残留浸渗剂浓度的值。浸渗剂性质数据库708可以任何合适方式实现，诸如通过函数、指令、逻辑或代码实现，并且可以存储在例如关系数据库、文件、应用编程接口、库、共享库、记录、数据结构、服务、软件即服务或任何其它合适机构中。浸渗剂性质数据库708可以包括用于控制其操作的代码，诸如函数、指令或逻辑。浸渗剂性质数据库708可以指定可用于计算刀具中的残留浸渗剂浓度的任何合适参数，诸如使用的浸渗剂的类型和/或各种浸渗剂的X射线不可透过率。
浸出轮廓计算系统700还可包括X射线分布数据库708。X射线分布数据库708可以通信地耦合到计算模块702，并且可以提供用于响应于计算模块702的查询或调用来形成浸出深度分布的参数。X射线分布数据库708可以任何合适方式实现，诸如通过函数、指令、逻辑或代码实现，并且可以存储在例如关系数据库、文件、应用编程接口、库、共享库、记录、数据结构、服务、软件即服务或任何其它合适机构中。X射线分布数据库708可以包括用于控制其操作的代码，诸如函数、指令或逻辑。X射线分布数据库708可以指定用于扫描刀具的X射线的任何合适性质和施加到刀具的表面的X射线不可透过层的任何合适性质，诸如X射线束宽度和/或X射线不可透过层厚度。虽然浸出轮廓计算系统700被示出为包括两个数据库，但是浸出轮廓计算系统700可以包含任何合适数量的数据库。
在一些实施方案中，计算模块702可以被配置为计算在刀具中的浸出轮廓和残留浸渗剂浓度。例如，计算模块702可以被配置为导入浸渗剂性质数据库708的一个或多个实例和/或X射线分布数据库708的一个或多个实例。来自浸渗剂性质数据库708和/或X射线分布数据库708的值可以存储在存储器706中。计算模块702还可被配置为致使处理器704执行程序指令，所述程序指令可操作以生成浸出轮廓。例如，处理器704可以基于浸渗剂性质数据库708和X射线分布数据库708中的值生成浸出轮廓，并且使用浸出轮廓确定浸出深度和计算该刀具的残留浸渗剂浓度，如参照图8进一步详细地论述的。
浸出轮廓计算系统700可以通信地耦合到一个或多个显示器716，使得由计算模块702处理的信息(例如，浸出轮廓)可传送到或显示给刀具的测试器。
在不脱离本公开的范围的情况下，可对图7进行修改、添加或省略。例如，图7示出了浸出轮廓计算系统700的部件的特定配置。然而，可以使用这样的部件的任何合适配置。例如，浸出轮廓计算系统700的部件可以被实现为物理部件或逻辑部件。此外，在一些实施方案中，与浸出轮廓计算系统700的部件相关联的功能可以实现在专用电路或部件中。在其它实施方案中，与浸出轮廓计算系统700的部件相关联的功能可以实现在通用电路或通用电路的部件中。例如，浸出轮廓计算系统700的部件可由计算机程序指令实现。
图8示出了根据本公开的一些实施方案的用于执行PCD刀具的X射线测试的方法的流程图。方法800的步骤可以通过各种计算机程序、模型或其任何组合(诸如图7中所示的计算系统)执行，这些计算机程序、模型或其任何组合被配置为执行刀具的X射线测试。为了说明目的，方法800针对如先前附图所示的刀具进行描述；然而，方法800可以用于形成浸出轮廓、确定浸出深度，以及计算用于地下操作中的工具上的任何元件的残留浸渗剂浓度。
方法800可以在步骤802处开始，其中系统可以将X射线不可透过层施加到PCD刀具的表面。X射线不可透过层可施加到PCD刀具的PCD层的任何表面，诸如PCD层的顶部或侧面，这取决于PCD刀具的将要用于生成浸出轮廓的参考表面。X射线不可透过层可由任何X射线不可透过材料(诸如金属(例如铜、银、铅)或陶瓷)形成，并且可以任何合适方式来施加到刀具，诸如通过施加金属条带、熔融金属、或通过化学气相沉积施加。X射线不可透过层可以大于在步骤804和806中将用于扫描PCD刀具的X射线束的射束宽度的任何厚度来施加到PCD层的表面。X射线不可透过层200可以用手施加或通过自动化工艺施加。
在步骤804中，系统可以将X射线不可透过层的外部部分暴露于X射线束。X射线不可透过层可以用于限定PCD层的边界的起点，并且可以提供用于在步骤810和812中测量在经浸出层内的浸出深度和残留浸渗剂的量的参考点。X射线束无法穿过X射线不可透过层。
在步骤806中，系统可以移动PCD刀具横穿X射线束，并且在步骤808中，系统可以在PCD刀具移动横穿X射线束时检测X射线束强度。当刀具移动穿过X射线束时，一旦X射线不可透过层已经穿过X射线束，X射线就会穿过PCD层并被X射线检测器接收。X射线检测器可以记录接收到的X射线束的强度。可基于X射线何时开始被X射线检测器检测到而标识X射线不可透过层与PCD层之间的边界。X射线束可以是点扫描或线扫描，并且PCD刀具可以在其移动横穿X射线束时旋转，以便提供在PCD刀具的较大区域上的数据。通过自动化工艺，可以生成X射线束，并且可以移动PCD刀具横穿射束。例如，可以使用条带或其它合适传送机系统顺序地将刀具进送通过X射线系统。
在步骤810中，系统可以形成PCD刀具的浸出轮廓。浸出轮廓可以是由X射线检测器接收的X射线束的强度对PCD刀具的横穿X射线束的位移的曲线图。浸出轮廓实例在图3、图4和图6中示出。可以使用计算机(诸如图7中所示的浸出轮廓计算系统700)形成浸出轮廓。
在步骤812中，系统可基于浸出轮廓而计算PCD刀具的浸出深度和/或残留浸渗剂浓度。浸出深度可基于在X射线不可透过层已经穿过X射线束后由X射线检测器检测到X射线的点与X射线不再被X射线检测器检测到(诸如当衬底位于X射线束上方时)的点之间的距离而确定。可基于测量穿过PCD层的X射线束的强度和关于用作浸渗剂的金属的类型的信息而确定残留浸渗剂浓度。
在步骤814中，系统可以确定关于浸出轮廓的信息在不同方向上是否是期望的。例如，如果利用施加到PCD刀具的顶部的X射线不可透过层执行第一测量，那么可能期望利用施加到PCD刀具的侧面的X射线不可透过层测量到的信息。如果在不同方向上期望关于浸出轮廓的信息，那么方法800可返回到步骤802，以便将X射线不可透过层施加到PCD刀具的不同表面；否则，方法800可进行到步骤816。
在步骤816中，系统可以确定PCD刀具是否被浸出达期望深度。期望浸出深度可以基于地下操作要求。X射线不可透过层可以保留在刀具上，并且可在地下操作期间通过在操作期间生成的力和热量去除。
在不脱离本公开的范围的情况下，可对方法800进行修改、添加或省略。例如，可以与所描述的不同的方式执行步骤顺序，并且一些步骤可以同时执行。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，每个单独步骤可以包括额外步骤。
上述方法和系统可与经批量生产的刀具一起使用。在这种情况下，方法和系统可应用于某批中的所有刀具或可代表刀具。另外，变型方法和系统可应用于同批中的不同刀具，例如，在一些刀具中可以测量顶表面的浸出深度，并且在其它刀具中测量可以侧表面的浸出深度。
本文中公开的实施方案包括：
A.一种用于检测经浸出的PCD元件中的残留浸渗剂的方法，包括：将X射线不可透过层施加到具有残留浸渗剂的经浸出的PCD元件的表面；移动所述元件通过X射线束；检测由X射线检测器接收的X射线强度；以及基于所述X射线强度生成所述经浸出的PCD元件的浸出轮廓。
B.一种用于检测经浸出的PCD元件中的残留浸渗剂的系统，包括：具有残留浸渗剂的经浸出的PCD元件；X射线不可透过层，所述X射线不可透过层被施加到具有残留的浸渗剂的经浸出的PCD元件的表面；以及X射线测试装置。所述X射线测试装置可操作以：将所述经浸出的PCD元件暴露于X射线束；移动所述经浸出的PCD元件横穿所述X射线束；检测由X射线检测器接收的X射线强度；以及基于所述X射线强度生成所述经浸出的PCD元件的浸出轮廓。
C.一种非暂态机器可读介质，所述非暂态机器可读介质包括存储在其中的指令，所述指令可由一个或多个处理器执行以有助于进行用于检测元件中的残留浸渗剂的方法，所述方法包括：将X射线不可透过层施加到具有残留浸渗剂的经浸出的PCD元件的表面；移动所述元件通过X射线束；检测由X射线检测器接收的X射线强度；以及基于所述X射线强度生成所述经浸出的PCD元件的浸出轮廓。
实施方案A、B和C中的每者可以具有呈任何组合的以下额外要素中的一个或多个：要素1：其还包括基于所述X射线不可透过层的位置和所述X射线强度而计算所述经浸出的PCD元件的浸出深度。要素2：其还包括基于所述经浸出的PCD元件的至少一部分的X射线透过率，计算所述经浸出的PCD元件的所述部分的残留浸渗剂浓度。要素3：其中所述X射线不可透过层是金属条带。要素4：其中所述X射线不可透过层的厚度大于所述X射线束的宽度。要素5：其中所述X射线束是点扫描束。要素6：其中所述X射线束是线扫描束。要素7：其还包括旋转所述经浸出的PCD元件横穿所述X射线束。
虽然已经详细地描述了本公开和其优点，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。例如，本领域的普通技术人员将认识到，为了本文中的大多数的目的，第二或另外的衬底可像衬底104那样处理。本领域的普通技术人员还将了解，在PCD中可检测到X射线透过率比金刚石更低的材料，无论这种材料被分类为浸渗剂、粘结剂还是浸渗剂。例如，可以检测杂质。

Claims (20)

1.一种用于检测经浸出的PCD元件中的残留浸渗剂的方法，包括：
将X射线不可透过层施加到具有残留浸渗剂的经浸出的PCD元件的表面；
移动所述元件通过X射线束；
检测由X射线检测器接收的X射线强度；以及
基于所述X射线强度生成所述经浸出的PCD元件的浸出轮廓。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括基于所述X射线不可透过层的位置和所述X射线强度而计算所述经浸出的PCD元件的浸出深度。
3.如权利要求1所述的方法，其还包括基于所述经浸出的PCD元件的至少一部分的X射线透过率，计算所述经浸出的PCD元件的所述部分的残留浸渗剂浓度。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述X射线不可透过层是金属条带、金属沉积物或金属涂层。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述X射线不可透过层的厚度大于所述X射线束的宽度。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述X射线束是点扫描束。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述X射线束是线扫描束。
8.如权利要求1所述的方法，其还包括旋转所述经浸出的PCD元件横穿所述X射线束。
9.一种用于检测经浸出的PCD元件中的残留浸渗剂的系统，包括：
具有残留浸渗剂的经浸出的PCD元件；
X射线不可透过层，所述X射线不可透过层被施加到具有残留的浸渗剂的经浸出的PCD元件的表面；以及
X射线测试装置，所述X射线测试装置可操作以：
将所述经浸出的PCD元件暴露于X射线束；
移动所述经浸出的PCD元件横穿所述X射线束；
检测由X射线检测器接收的X射线强度；以及
基于所述X射线强度生成所述经浸出的PCD元件的浸出轮廓。
10.如权利要求9所述的系统，所述X射线测试装置还可操作以基于所述X射线不可透过层的位置和所述X射线强度而计算所述经浸出的PCD元件的浸出深度。
11.如权利要求9所述的系统，所述X射线测试装置还可操作以基于所述经浸出的PCD元件的至少一部分的X射线透过率，计算所述经浸出的PCD元件的所述部分的残留浸渗剂浓度。
12.如权利要求9所述的系统，其中所述X射线不可透过层是金属条带、金属沉积物或金属涂层。
13.如权利要求9所述的系统，其中所述X射线不可透过层的厚度大于所述X射线束的宽度。
14.如权利要求9所述的系统，其中所述X射线束是点扫描束。
15.如权利要求9所述的系统，其中所述X射线束是线扫描束。
16.如权利要求9所述的系统，所述X射线测试装置还可操作以旋转所述经浸出的PCD元件横穿所述X射线束。
17.一种非暂态机器可读介质，所述非暂态机器可读介质包括存储在其中的指令，所述指令可由一个或多个处理器执行以有助于进行用于检测元件中的残留浸渗剂的方法，所述方法包括：
将X射线不可透过层施加到具有残留浸渗剂的经浸出的PCD元件的表面；
移动所述元件通过X射线束；
检测由X射线检测器接收的X射线强度；以及
基于检测到的X射线生成所述经浸出的PCD元件的浸出轮廓。
18.如权利要求17所述的非暂态机器可读介质，所述方法还包括基于所述X射线不可透过层的位置和所述X射线强度，计算所述经浸出的PCD元件的浸出深度。
19.如权利要求17所述的非暂态机器可读介质，所述方法还包括基于所述经浸出的PCD元件的至少一部分的X射线透过率而计算所述经浸出的PCD元件的所述部分的残留浸渗剂浓度。
20.如权利要求17所述的非暂态机器可读介质，其中所述X射线不可透过层的厚度大于所述X射线束的宽度。
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