CN107532454A

CN107532454A - 使用钎焊和机械锁定附接tsp金刚石环

Info

Publication number: CN107532454A
Application number: CN201580078423.8A
Authority: CN
Inventors: G·赛尼
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2018-01-02
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: CN107532454B; GB2555953B; WO2016209256A1; GB201718129D0; KR102013441B1; US10655398B2; US20180135357A1; GB2555953A; KR20170128598A; CA2983115A1; CA2983115C

Abstract

公开一种用于钻头的刀具及其制造方法。所述刀具具有结合到基底的非浸析的多晶金刚石(PCD)台以及结合到所述基底和非浸析的PCD台中的一者或两者的浸析的PCD台。所述浸析的PCD台可是环形的并且充当切割元件的工作表面。它可具有锯齿状的内表面，所述内表面与所述非浸析的PCD台的互补的锯齿形外表面配合，以防止在切割操作期间所述浸析的PCD台相对于所述非浸析的PCD台旋转。所述浸析的PCD台的表面可以是锥形的，并且与所述非浸析的PCD台的相对的锥形表面以互补的方式组装在一起，以便将所述浸析的PCD台机械锁定到所述非浸析的PCD台。

Description

使用钎焊和机械锁定附接TSP金刚石环

技术领域

本公开大体上涉及钻井工具，诸如钻地钻头，并且更具体地涉及使用钎焊和机械锁定将热稳定性多晶(TSP)金刚石附接到基底和/或多晶金刚石(PCD)表面。

背景

各种类型的钻井工具用于在井下地层中形成井筒，所述钻井工具包括但不限于旋转钻头、铰刀、取芯钻头、管下扩眼器、开孔器、稳定器以及其他井下工具。旋转钻头的实例包括但不限于与形成延伸穿过一个或多个井下地层的油气井相关联的固定刀具钻头、刮刀钻头、多晶金刚石复合片(PDC)钻头、胎体钻头以及混合式钻头。

胎体钻头通常通过形成具有多个刀翼的主体来制造。每个刀翼可以设置有多个可被称为刀具凹窝(cutter pocket)的凹槽，每个刀具凹窝用于接收相应的刀具。实际的刀具由多晶金刚石(PCD)结构(可互换地称为盘或台)形成，所述结构附接到通常由烧结碳化钨材料形成的烧结碳化物基底。金刚石台与其所附接的基底的完整结构可以称为多晶金刚石压坯(“PDC”)，因为此种结构可以通过在高温和高压下在压制机中压实而形成。刀具附接到窝座中的钻头体的刀翼，从而将刀具定位在相对于钻头体仔细预定义的位置和取向处，以用于随后在使用期间接合地层。实际上是PCD台接触并切开正被钻探的地下岩石地层。通过钻井过程产生的机械应力和热应力赋予PCD台以及PCD台与相关联的基底之间的结合显著的应变。

通常，通过将金刚石粉末与烧结碳化物基底放置在模具中并使所述模具经受高压、高温(HPHT)压制循环来形成PCD台。来自烧结碳化物基底的金属-溶剂催化剂(通常为钻)渗入到多晶金刚石中以产生金刚石-对-金刚石结合以及基底与所形成的PCD台的锚定。这种过程的附带结果是一些金属-溶剂催化剂保留在金刚石-对-金刚石结合之间形成的间隙空间中。这些残留的催化剂可能对工作表面上的切割元件的热机械完整性具有不利影响，因为金刚石与金属催化剂之间的热膨胀系数失配达个一数量级。然后通常使PCD台经受酸浸以从这些间隙空间中除去金属-溶剂催化剂。通常试图从整个PCD台中除去金属-溶剂催化剂的浸析过程经常可能花费数天到数周才完成

附图简述

为了更完全地理解本发明及其特征与优点，现结合附图来参考以下描述，附图中：

图1是钻井系统的正视图；

图2是以经常用于建模或者设计固定刀具钻头的方式向上取向的旋转钻头的等距视图；

图3A和3B分别是根据本公开的一个实施方案的沿着内表面钎焊到非浸析的PCD台以及沿着一侧钎焊到基底的浸析的PCD环的横截面侧视图和顶视图；

图4A和4B分别是图3A和3B所示的浸析的PCD环的替代性实施方案的横截面侧视图和顶视图，其中所述环仅被钎焊到非浸析的PCD台；

图5A和5B分别是图3A和3B所示的浸析的PCD环的另一个替代性实施方案的横截面侧视图和顶视图，所述PCD环进一步形成为两个单独的半圆形环段，每个环段具有锥形表面，其与在非浸析的PCD台上形成的互补锥形表面互锁，以便将浸析的PCD环段轴向锁定在适当位置；

图6A和6B分别是图3A和3B所示的浸析的PCD环的另一个替代性实施方案的横截面侧视图和顶视图，示出浸析的PCD环形成有锯齿状的内表面，其与非浸析的PCD环的互补锯齿状的外侧表面互锁；

图7A和7B分别是图3A和3B所示的浸析的PCD环的另一个替代性实施方案的横截面侧视图和顶视图，所述PCD环形成为多个弧形部分；并且

图8是示出根据本公开的用于形成PDC刀具的方法的流程图。

详述

在地下操作期间，由金属基体复合材料(MMC)形成的各种井下工具(包括钻头、取芯钻头、铰刀和/或扩孔器)可下降到井筒中。固定到这些钻井工具的刀具在钻井操作期间会遇到显著的热机械应力和耗损/磨损应力。本公开涉及改进这些工具的刀具的热机械完整性以及耐耗性/耐磨性，并且使PCD金刚石台与碳化钨基底之间的钎焊接合(即，PCD台-对-基底的接头)的失效最小化。通过参考图1至5最好地理解本公开和其优点，各图中相同编号用于指示相同和对应部分。

图1是钻井系统的正视图。钻井系统100可包括井表面或井场106。诸如旋转台、钻井液泵和钻井液槽(未明确地示出)的各种类型的钻井装备可位于井表面或井场106。例如，井场106可包括钻机102，所述钻机102可具有与陆地钻机相关联的各种特性和特征。然而，并入有本公开的教导内容的井下钻井工具可令人满意地与位于海上平台、钻探船、半潜式装置和/或钻井驳船(未明确地示出)上的钻井装备一起使用。

钻井系统100可包括与钻头101相关联的钻柱103，所述钻头101可用于形成广泛多种井筒或者井眼，诸如大体垂直井筒114a或大体水平井筒114b或者其组合。各种定向钻井技术和钻柱103的底部钻具组合(BHA)120的相关联部件可用于形成水平井筒114b。例如，横向力可在接近开始位置113处施加给BHA 120以形成从大体垂直井筒114a延伸的大体水平井筒114b。术语定向钻井可用于描述钻探以相对于垂直的一个或多个所需的角度延伸的井筒或者井筒的部分。此类角度可大于与垂直井筒相关联的正常变化。定向钻井可包括水平钻孔。

钻井系统100示出为包括旋转钻头(钻头)101。参考钻头101描述根据本公开制造的刀具。然而，如本领域普通技术人员将理解的，根据本公开制造的刀具可应用于其他钻井工具。现在转到钻头101的细节作为参考，钻头101可包括一个或多个刀翼126，所述刀翼126可从钻头101的旋转钻头体124的外部部分向外设置，如图2所示。旋转钻头体124可以是大体上圆柱形的，并且刀翼126可以是从旋转钻头体124向外延伸的任何合适类型的突起。钻头101可在由方向箭头105限定的方向上相对于钻头旋转轴104旋转。刀翼126可包括一个或多个刀具128，所述刀具128从每个刀翼126的外部部分向外设置并在下面进一步描述。每个刀具由附接到基底164的PCD台162形成，所述基底164有助于将刀具安装到刀翼126。刀翼126还可包括设置在刀翼126上的一个或多个保径垫(未明确地示出)。钻头101可根据本公开的教导内容来设计和形成，并且可根据钻头101的特定应用而具有许多不同的设计、配置和/或尺寸。

就钻头的至少一部分由MMC形成来说，钻头101可以是各种类型的固定刀具钻头中的任一种，包括可操作来形成延伸通过一个或多个井下地层的井筒114(如图1中示出)的PDC钻头、刮刀钻头、胎体钻头、钢体钻头、混合式钻头和/或包括固定刀具钻头和牙轮钻头的组合钻头。钻头101，并且特别是钻头101的刀具，可根据本公开的教义来设计和形成，并且可根据钻头101的特定应用而具有许多不同的设计、配置和/或尺寸。

钻头101可以是MMC钻头，其可通过将松散的增强材料(包括碳化钨粉末)放置在模具中并且用通用粘结剂材料(包括铜合金和/或铝合金)渗入所述增强材料来形成。可通过铣削材料块体(诸如石墨)形成模具，以限定具有与钻头101的外部特征大致对应的特征的模腔。钻头101的各种特征，包括刀翼126、刀具凹窝166和/或流体流动通道，可通过成型模腔和/或通过将临时性置换材料定位于模腔的内部部分内提供。预成型的钢柄或钻头心轴(有时称为坯件)可放置在模腔内，以提供钻头体124的增强并允许钻头101与钻柱和/或BHA的附接。一定数量的增强材料可放置在模腔内并渗入熔融的通用粘结剂材料，以在通用粘结剂材料与增强材料固化之后形成钻头体124。

钻头101可包括柄部152，其上形成有钻杆螺纹155。在图1中示出，螺纹155可用于使钻头101与底部钻具组合(BHA)(诸如BHA120)可释放地接合，由此钻头101可相对于钻头旋转轴104旋转。多个刀翼126a-126g可具有设置在其间的相应的排屑槽或流体流动路径140。钻井液可被传送到一个或多个喷嘴156。

钻头101可包括一个或多个刀翼126a-126g(统称为刀翼126)，所述刀翼126a-126g可从旋转钻头体124的外部部分向外设置。旋转钻头体124可具有大体上圆柱形的主体，并且刀翼126可以是从旋转钻头体124向外延伸的任何合适类型的突起。例如，刀翼126的一部分可直接地或间接地联接至钻头体124的外部部分，而刀翼126的另一部分可远离钻头体124的外部部分突出。根据本公开的教义形成的刀翼126可具有广泛的多种配置，其包括但不限于大致上拱形、螺旋状、盘旋形、锥形、会聚式、发散式、对称和/或非对称的配置。

本公开涉及大体由图3A和3B所示的参考标号300所指的改进的PDC刀具。PDC刀具300包括PCD台，其自身包括非浸析的多晶金刚石(PCD)台或盘310。所述盘310附接到基底320。基底320可由钻烧结碳化钨或其他合适的材料形成。在HPHT压制循环期间将非浸析的PCD台310结合到基底320。PDC刀具300还包括TSP金刚石环330，其可以是大体上环形形状的，如图3A的实例所示。PCD环330可通过例如在HPHT压制循环之后使用激光切割或其他合适的技术远离PCD台310的外部区域切割出非浸析的PCD台310的环形部分而形成。可替代地，PCD环330可通过切割出在单独的HPHT压制循环中形成的不同的非浸析的PCD台310的外部环形部分而形成。通过由较早制造的PCD台形成PCD环330，可以进一步减少制造PDC刀具300的制造时间，因为可以在形成PCD台310之前或与此同时地浸析PCD环330。换句话说，从PCD台310切割的PCD环330在可以重新附接之前首先必须进行浸析，这与形成浸析的PDC刀具的常规方法相比，仍然花费显著更少的时间来完成。更具体地，浸析PCD环330的时间显著小于浸析整个PCD台310或甚至PCD台310的100微米深度通常花费的时间，因为PCD环330的体积显著小于通常浸析的常规PCD台的体积。此外，仅仅浸析PCD环330更快，因为它们不附接到烧结基底，并且因此浸析可以完全发生所有表面，而不是如通常情况一样发生在一个表面。这种时间节省将贯穿至制造PDC刀具300所需的时间，因为浸析PCD环330并将其连同内部非浸析的PCD台310一起附接到基底所花费的总时间显著小于制造浸析到随后的深度(100微米或更多)的常规PDC刀具将花费的时间。

PCD环330通过使用钎焊合金340将两个部件钎焊在一起而结合到PCD台310。PCD环330通过使用第二钎焊合金350将两个部件钎焊在一起而结合到基底320。钎焊合金350可与钎焊合金340不同。以下是可使用的钎焊合金的实例以及它们的固相线温度(ST)和液相线温度(LT)：

此外，可用于将PCD环结合到PCD台和基底的示例“活性”钎焊材料包括具有以下组成以及液相线温度(LT)和固相线温度(ST)的那些钎焊材料，其中组成量以重量百分比的形式提供：81.25Au、18Ni、0.75Ti、LT＝960℃、ST＝945℃；82Au、16Ni、0.75Mo、1.25VLT＝960℃、ST＝940℃；20.5Au、66.5Ni、2.1B、5.5Cr、3.2Si、2.2Fe、LT＝971℃、ST＝941℃；56.55Ni、30.5Pd、2.45B、10.5Cr、LT＝977℃、ST-941℃；92.75Cu、3Si、2A1、2.25Ti、LT＝1，024℃、ST＝969℃；82.3Ni、3.2B、7Cr、4.5Si、3Fe、LT＝1,024℃；ST＝969℃；和96.4Au、3Ni、0.6Ti、LT＝1,030℃、ST＝1,003℃。

可用于将PCD环结合到PCD台和基底的示例“非活性”钎焊材料包括具有以下组成以及液相线温度(LT)和固相线温度(ST)的那些钎焊材料，其中组成量以重量百分比的形式提供：52.5Cu、9.5Ni、38Mn、LT＝925℃、ST＝880℃；31Au、43.5Cu、9.75Ni、9.75Pd、16M、LT＝949℃、ST＝927℃；54Ag、21Cu、25Pd、LT＝950℃、ST＝900℃；67.5Cu、9Ni、23.5Mn、LT＝955℃、ST＝925℃；58.5Cu、10Co、31.5Mn、LT＝999℃、ST＝896℃；35Au、31.5Cu、14Ni、10Pd、9.5Mn、LT＝1,004℃、ST＝971℃；25Su、37Cu、10Ni、15Pd、13Mn、LT＝1,013℃、ST＝970℃；和35Au、62Cu、3Ni、LT＝1,030℃、ST＝1,000℃。

如上所述，钎焊材料可以是活性的并与用于形成结合的多晶材料反应。在使用此种活性钎焊材料的示例性实施方案中，钎焊材料可以与多晶材料反应以在其中形成反应产物和/或在钎焊材料与相邻的支撑构件之间形成反应产物。这种反应产物的存在可以起到提高多晶材料的热和/或机械特性的作用。例如，当钎焊材料包括锆或钛并且多晶材料包含多晶金刚石超硬相时，钎焊材料中的锆或钛与金刚石中的碳反应以形成碳化锆(ZrC)或碳化钛(TiC)。

钎焊合金的选择将取决于活性碳化物形成元素(钨、钼、钛、铬、锰、钇、锆、铌、铪、钽、钒或者其任何组合、混合物或合金)、熔融温度(固相线温度和液相线温度)、热膨胀系数、延展性和耐腐蚀性(仅列举几个关键特性)。如本领域普通技术人员将理解的，另外的参数可影响用于将PCD环330结合到PCD台310以及将PCD环330结合到基底320的钎焊合金的选择。

转到图4A和4B，PDC刀具400通过使用钎焊合金340将浸析的PCD环430钎焊或结合到非浸析的PCD台410而形成。本实施方案需要更复杂的切割来形成PCD环430，但是避免了将PCD环430结合到基底420和钎焊合金350的相关使用的步骤。此外，如图4B所示，本实施方案中的PCD环430比图3A和3B的PCD环330更薄，并且因此需要甚至更少的浸析时间。然而，如参考图3A和3B所解释的，PCD环430可在PCD台410形成之前形成，以进一步减少制造PDC刀具400所花费的时间。

转到图5A和5B，PDC刀具500可使用形成为两个半圆形段532和534的浸析的PCD环530来形成。两个半圆形段532和534用钎焊合金340钎焊或结合到非浸析的PCD台510，并用钎焊合金350结合到基底520。在本实施方案中，半圆形段532和534的内表面形成有锥角，如图5A所示。PCD台510的外表面形成有互补的锥角，使得当半圆形段532和534被安装在PCD台510与基底520之间时，所述段锁定在适当位置，从而防止它们在井下钻井操作期间沿轴线A轴向移动。半圆形段532和534用钎焊合金340钎焊到PCD台510，并用钎焊合金350钎焊到基底520。如本领域普通技术人员将理解的，可使用多于两个(3个或4个或更多个)的段。此外，本实施方案的弧形段可以更薄，因此仅需要钎焊或结合到PCD台而不需要到基底，诸如在图4A和4B中所示的实施方案的情况。

转到图6A和6B，PDC刀具600可使用浸析的PCD环630来形成，所述浸析的PCD环630具有光滑的圆形外表面和锯齿状的内表面，所述内表面被钎焊到非浸析的PCD台610的互补外表面并与其互锁。如本领域普通技术人员将理解的，PCD环630和PCD台610的锯齿状内表面和外表面可分别具有许多形式和形状。图6B所示的7角星形状仅是一种示例性构型。这种锯齿形设计防止PCD环630在井下操作条件下相对于PCD台610旋转。PCD环630使用钎焊合金340结合到PCD台610。PCD环630使用钎焊合金350结合到基底620。如本领域普通技术人员将进一步理解的，图5A和5B中所示的锥形形状、锁定特征以及图6A和6B中所示的防旋转特征可组合成单个实施方案。确实，如本领域普通技术人员将理解的，可组合本文公开的各种实施方案的一个或多个特征。

转到图7A和7B，PCD刀具700可由浸析的PCD环730形成，所述浸析的PCD环730由在一侧呈弧形而在另一侧具有直边的多个段形成。在图7B所示的实施方案中，PCD环730形成4个弧形段。所述四个段通过钎焊合金340钎焊或结合到非浸析的PCD台710，并通过钎焊合金350结合到基底720。如本领域普通技术人员将理解的，图5和6的轴向锁定和抗旋转特征可并入到图7的实施方案中。

现在将参考图8描述大体由参考标号800所指的用于形成根据本公开的PDC刀具的方法。在第一步骤810中，将具有单一或多种颗粒尺寸分布的金刚石粉末放置在铌罐或锆罐中。在第二步骤820中，将烧结碳化物(例如，钻烧结碳化钨)实心圆筒放置在金刚石粉末的顶部上，并且封闭罐以装载到HTHP压制机中。基底中的金属-溶剂催化剂充当金刚石烧结的催化剂。任选地，可以在第一步骤期间通过与金刚石粉末混合而分别加入金属催化剂粉末。一旦在压制机中，模具经受大约4-12GPa(千兆帕)的压力和大约1000-1600℃的温度。这种HTHP压制循环的细节(图8中的步骤830)在本领域中为人们所熟知，并且因此本文不再进一步描述。所得的形成复合物是PDC刀具(其是非浸析的)。

在下一步骤840中，从非浸析的PDC盘切掉具有本文所述的构型中的一种的PCD环。然后使PCD环经受浸析850。用于浸析PCD环的一种示例性方法是将其浸没在酸浴中。在酸浴中，除去了有助于形成金刚石-对-金刚石结合以及PCD台与基底的结合的金属-溶剂催化剂和其他结合剂(诸如硼、钨)。然而，其他结合剂可任选地留在PCD台中，而不被浸析出来。如本领域普通技术人员将理解的，可利用用于浸析PCD台的其他方法。

然后在步骤860中将所得浸析的PCD环通过上文所述的钎焊合金340结合到PCD台。根据特定的实施方案，在步骤870中PCD环可任选地与基底结合。可以同时执行将PCD环钎焊到PCD台和基底的步骤。如上所解释，因为PCD环的尺寸比保持的PCD台小得多，并且因为它可以在所有表面上浸析，所以浸析花费的时间要少得多。PCD环可以通过上述钎焊技术更容易地附接(或重新附接)到PDC盘。此外，还如上所述，PCD环可从另一个PDC盘切割出并且预先浸析或与形成PDC盘同时浸析，以节省最终所得PDC刀具的制造时间。此外，如本领域普通技术人员将理解的，本方法中的一些步骤的确切顺序不是关键的并且可被改变。

公开一种用于钻头的多晶金刚石刀具，其包括基底、结合到基底的非浸析的多晶金刚石(PCD)台以及结合到基底和非浸析的PCD台中的一者或两者的浸析的多晶金刚石(PCD)台。还公开一种形成用于钻头的多晶金刚石刀具的方法，其包括将固体基底放置在模具中，将金刚石粉末邻近固体基底放置在模具中，使金刚石粉末和基底经受HTHP压制循环以便形成结合到固体基底的多晶金刚石(PCD)台，以及将浸析的PCD台钎焊到基底和非浸析的PCD台中的一者或两者。

在本段落或前述段落中描述的实施方案的任一个中，浸析的PCD台可以是大致环形的。在本段落或前述段落中描述的实施方案的任一个中，浸析的PCD台可具有基本光滑的外表面和锯齿状的内表面，所述内表面与浸析的PCD台的互补形状的外表面互锁，以便在钻井操作中使用多晶金刚石刀具期间防止浸析的PCD台相对于非浸析的PCD台旋转。在本段落或前述段落中描述的实施方案的任一个中，浸析的PCD台可包括一个或多个弧形部分，其可被布置成圆形环段或更短的弧形段。在本段落或前述段落中描述的实施方案的任一个中，每个弧形部分可以具有沿着弧的内表面形成的锥角，所述内表面与浸析的PCD台的相对形成且互补的锥形外表面接合，以便将每个弧形部分保持在浸析的PCD台与基底之间。

在本段落或前述两个段落中描述的实施方案的任一个中，浸析的PCD台可包括在一侧上具有弧形形状而在相对侧上具有平坦表面的至少一个部分。在本段落或前述两个段落中描述的实施方案的任一个中，浸析的PCD台可包括两个或更多个部分(例如，每个部分包括90°弧的四个部分)，所述部分以大致环形的形状设置在非浸析的PCD台周围。在本段落或前述两个段落中描述的实施方案的任一个中，浸析的PCD台可使用第一钎焊合金钎焊到非浸析的PCD台，并且可使用第二不同的钎焊合金钎焊到基底。在本段落或前述两个段落中描述的实施方案的任一个中，浸析的PCD台可通过切掉非浸析的PCD台的一个或多个部分并浸析那些部分而形成。在本段落或前述两个段落中描述的实施方案的任一个中，浸析的PCD台可通过切掉PCD台的与非浸析的PCD台不同的一个或多个部分并浸析那些部分而形成。

使用本文公开的技术使得TSP环比常规PCD台的浸析区域更厚。因为基底需要被掩盖以防止浸析，所以传统的浸析允许将PCD台浸析至大约500-700微米的最大深度。通过使用TSP环，可实现1,000-1,500微米或更大的深度。浸析深度与PDC刀具的热磨损性能有关，并且性能随着浸析深度的增加而增加。此外，使用TSP环使使用钎焊的表面积最小化，并且因此在使用完整的TSP盘时，在钎焊失效的情况下，使整个TSP盘被破坏或剪切的可能性最小化。通过使用TSP环，如果基底与环之间的钎焊失效，则可在不牺牲整个PCD刀具的情况下附接新的TSP环。此外，使用TSP环完全消除了用于首先产生TSP金刚石盘，随后在第二HTHP压制循环中重新附着到基底的那些方法的第二HTHP压制循环的需要。确实，根据本公开的TSP环消除了浸析整个PCD台的需要和随后将PCD台重新附接到基底需要，以及由此类第二HTHP压制循环造成的相关时间和过程控制挑战。此外，与其中整个盘被浸析并因此容易变脆的将TSP金刚石盘钎焊到WC基底相比，将TSP环附接到PCD台改进了金刚石台整体的冲击韧性，因为内芯仍然是非浸析的PCD台。

因此，本公开非常适合达到所提到的目的和优势以及本文固有的那些目的和优势。上文公开的特定实施方案只是说明性的，因为本公开可按照受益于本文教义的本领域技术人员显而易见的不同但等效的方式来修改和实践。作为非限制性实例的方式，图3-6中所示的PCD环的边缘(其被示出为锐利边缘)可以可替代地是光滑的、成轮廓的、圆形的或具有一些其他类似的形状。作为另一个非限制性实例的方式，图6中的PCD环的内表面的形状和PCD台的互补外表面的形状可以是光滑的、成轮廓的、圆形的或具有一些其他类似的形状。此外，并不意图对本文示出的构造或设计的细节存在限制，而所附权利要求书中描述的除外。因此，明显的是，上文公开的特定说明性实施方案可加以改变或修改，并且所有这些变化都视为处于本公开的范围和精神内。另外，除非专利权人另外明确并清楚地定义，否则权利要求书中的术语具有其平常、普通的含义。

Claims

1.一种用于钻头的多晶金刚石刀具，其包括：

基底；

结合到所述基底的非浸析的多晶金刚石(PCD)台；以及

浸析的多晶金刚石(PCD)台，其结合到所述基底和非浸析的PCD台中的一者或两者并且限定所述多晶金刚石刀具的切割边缘。

2.根据权利要求1所述的多晶金刚石刀具，其中所述浸析的PCD台是大致环形的并且环绕所述非浸析的PCD台。

3.根据权利要求2所述的多晶金刚石刀具，其中所述浸析的PCD台具有基本光滑的曲线形外表面和锯齿状的内表面，所述内表面与所述非浸析的PCD台的互补形状的外表面互锁，以便在钻井操作中使用所述多晶金刚石刀具期间防止所述浸析的PCD台相对于所述非浸析的PCD台旋转。

4.根据权利要求1所述的多晶金刚石刀具，其中所述浸析的PCD台包括一个或多个弧形形状部分。

5.根据权利要求4所述的多晶金刚石刀具，其中所述一个或多个弧形部分围绕所述非浸析的PCD台形成环。

6.根据权利要求4所述的多晶金刚石刀具，其中每个弧形部分具有沿着所述弧的内表面形成的锥角，所述弧的内表面与所述非浸析的PCD台的相对形成且互补的锥形外表面接合，以便将每个弧形部分保持在所述非浸析的PCD台与所述基底之间。

7.根据权利要求1所述的多晶金刚石刀具，其中所述浸析的PCD台包括被布置成圆环的两个或更多个弧形部分，并且其中每个弧形部分具有沿着所述弧的内表面形成的锥角，所述弧的内表面与所述非浸析的PCD台的相对形成且互补的锥形外表面接合，以便将每个弧形部分保持在所述非浸析的PCD台与所述基底之间。

8.根据权利要求1所述的多晶金刚石刀具，其中所述浸析的PCD台包括在一侧上具有弧形形状而在相对侧上具有平坦表面的至少一个部分。

9.根据权利要求8所述的多晶金刚石刀具，其中所述浸析的PCD台包括四个部分，每个部分包括90°弧，所述四个部分以大致环形的形状设置在所述非浸析的PCD台周围。

10.根据权利要求1所述的多晶金刚石刀具，其中所述浸析的PCD台结合到所述基底和所述非浸析的PCD台。

11.一种形成用于钻头的多晶金刚石刀具的方法，其包括：

将固体基底放置在模具中；

将金刚石粉末邻近所述固体基底放置在所述模具中；

使所述金刚石粉末和基底经受HTHP压制循环以便形成结合到所述固体基底的非浸析的多晶金刚石(PCD)台；以及

将浸析的PCD台钎焊到所述基底和所述非浸析的PCD台中的一者或两者。

12.根据权利要求11所述的方法，其还包括将所述浸析的PCD台钎焊到所述基底和所述非浸析的PCD台。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述浸析的PCD台使用第一钎焊合金钎焊到所述非浸析的PCD台，并且使用第二不同的钎焊合金钎焊到所述基底。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述浸析的PCD台通过切掉所述非浸析的PCD台的一个或多个部分并浸析那些部分而形成。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述浸析的PCD台通过切掉PCD台的与所述非浸析的PCD台不同的一个或多个部分并浸析那些部分而形成。

16.根据权利要求11所述的方法，其中所述浸析的PCD台形成为大致环形形状。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述浸析的PCD台具有基本光滑的圆形的外表面和锯齿状的内表面，所述内表面与所述非浸析的PCD台的互补形状的外表面互锁，以便在钻井操作中使用所述多晶金刚石刀具期间防止所述浸析的PCD台相对于所述非浸析的PCD台旋转。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述浸析的PCD台形成为一个或多个弧形部分，并且其中每个弧形部分形成有沿着所述弧的内表面的锥角，所述内表面与所述非浸析的PCD台的相对形成且互补的锥形外表面接合，以便将每个弧形部分保持在所述非浸析的PCD台与所述基底之间。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述浸析的PCD台具有基本光滑的外表面和锯齿状的内表面，所述内表面与所述非浸析的PCD台的互补形状的外表面互锁，以便在钻井操作中使用所述多晶金刚石刀具期间防止所述浸析的PCD台相对于所述非浸析的PCD台旋转。

20.根据权利要求11所述的方法，其中所述浸析的PCD台形成为四个部分，每个部分在一侧上包括90°弧并且在相对侧上包括平坦表面，并且所述方法还包括以大致环形的形状将所述四个部分安装在所述非浸析的PCD台周围。