CN107690505B - 可更换的表面硬化层 - Google Patents

可更换的表面硬化层 Download PDF

Info

Publication number
CN107690505B
CN107690505B CN201680033233.9A CN201680033233A CN107690505B CN 107690505 B CN107690505 B CN 107690505B CN 201680033233 A CN201680033233 A CN 201680033233A CN 107690505 B CN107690505 B CN 107690505B
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
removable wear
tool
removable
hardfacing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680033233.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107690505A (zh
Inventor
S.D.D.沃尔克
F.卡比
A.芬德鲁德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schlumberger Technology Corp
Original Assignee
Schlumberger Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schlumberger Technology Corp filed Critical Schlumberger Technology Corp
Publication of CN107690505A publication Critical patent/CN107690505A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107690505B publication Critical patent/CN107690505B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/30—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer formed with recesses or projections, e.g. hollows, grooves, protuberances, ribs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/62—Drill bits characterised by parts, e.g. cutting elements, which are detachable or adjustable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/08—Interconnection of layers by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/5607—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides
    • C04B35/5626—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides based on tungsten carbides
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
    • E21B17/1035—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers for plural rods, pipes or lines, e.g. for control lines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
    • E21B17/1078—Stabilisers or centralisers for casing, tubing or drill pipes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
    • E21B17/1085—Wear protectors; Blast joints; Hard facing
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/003—Bearing, sealing, lubricating details
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/02—2 layers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

一种工具可以包括具有支撑表面和至少一个机械配准特征的衬底。该工具还可以包括包含基体材料的可移除磨损材料。可移除磨损材料可以包括被成形为要由衬底的至少一个机械配准特征接收的基体材料。可移除磨损材料可以被附接到衬底，使得该至少一个机械配准特征配准可移除磨损材料。

Description

可更换的表面硬化层
交叉参照有关申请
本申请要求于2015年6月8日提交的美国临时专利申请号62/172,769和于2015年8月27日提交的美国临时专利申请号62/210,941的优先权和权益，这两个申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
通过在地下井眼来建立油井，在一些情况下，使用钻机，该钻机旋转具有附接到其上的钻头的钻柱(例如钻杆)。在其他情况下，钻机不会旋转钻头。例如，钻头可以旋转到井下。钻头借助于管(例如钻铤)的重量切割进地层的岩石中。
发明内容
在一些实施例中，工具包括具有支撑表面和至少一个机械配准特征的衬底。该工具还可以包括可移除基体硬面(例如，可更换的磨损表面)。可移除基体磨损表面可包括成形为由衬底的至少一个机械配准特征接收的表面硬化材料(例如，预先模制的表面硬化材料)。可移除基体磨损表面可以机械地附接到衬底，使得至少一个机械配准特征配准可移除磨损表面。当可移除磨损表面被磨损时，可移除磨损表面也可以从衬底上机械地分离。
在一些实施例中，工具包括具有支撑表面和至少一个机械配准特征的衬底。该工具还可以包括可移除基体硬面(例如，可更换的磨损表面)。可移除磨损表面可以包括基体材料(例如，预先模制的表面硬化材料)，其成形为由衬底的至少一个机械配准特征接收。可移除基体磨损表面可以被附接到衬底，使得至少一个机械配准特征配准可移除磨损表面。
在一些实施例中，工具包括具有支撑表面和至少一个机械配准特征的衬底。该工具可以包括第一可移除基体硬面(例如，第一可更换的磨损表面)。第一可移除磨损表面可以包括基体材料(例如，预先模制的表面硬化材料)，其被成形为由衬底的至少一个机械配准特征接收。第一可移除磨损表面可以机械地附接到衬底上，使得至少一个机械配准特征配准第一可移除磨损表面。该工具还可以包括要由衬底配准的第二可移除基体硬面(例如，第二可更换的磨损表面)。当由衬底配准时，第一可移除磨损表面和第二可移除磨损表面重叠。
提供本发明内容是为了介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些构思的选择。本发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键或重要特征，也不旨在用作辅助限制所要求保护的主题的范围。
附图说明
参考以下附图来描述可更换的表面硬化层的实施例。在所有附图中使用相同的数字来表示相似的特征和组件。
图1示出其中可以实施的可更换的表面硬化层的实施例的示例系统；
图2是示出可以实现可更换的表面硬化层的实施例的示例装置的各个部件的透视图；
图3是图2所示的部件的分解透视图；
图4是示出可以实施可更换的表面硬化层的实施例的示例装置的各个部件的局部透视图；
图5是示出可以实施可更换的表面硬化层的实施例的示例装置的各个部件的等距视图；
图6是图5中所示的部件的分解等距视图；
图7是图5所示的部件的端视图；
图8是示出可以实施可更换的表面硬化层的实施例的示例装置的各个部件的等距视图；
图9是图8所示的部件的另一等距视图；
图10是示出可以实施可更换的表面硬化层的实施例的示例装置的各个部件的等距视图；
图11是图10中所示的部件的另一等距视图；
图12是示出可实施可更换的表面硬化层的实施例的示例装置的各个部件的等距视图；
图13是图11所示的部件的另一等距视图；
图14是示出可以实施可更换的表面硬化层的实施例的示例装置的各个部件的等距视图；
图15是图14中示出的部件的另一等距视图；
图16是示出可以实施可更换的表面硬化层的实施例的示例装置的各个部件的等距视图；
图17是图16中示出的部件的另一等距视图；
图18是示出可以实施可更换的表面硬化层的实施例的示例装置的各个部件的等距视图；
图19是图18中所示的部件的另一等距视图；
图20是示出可以实施可更换的表面硬化层的实施例的示例装置的各个部件的透视图；
图21是示出可以实施可更换的表面硬化层的实施例的示例装置的各个部件的透视图；以及
图22是图21所示的部件的另一透视图。
具体实施方式
在一些系统中，工具的垫或支承表面与井眼的计量器或与导致磨损的一些内部结构相互作用。这些垫或支承表面可以包括可以增加垫或支承表面的耐磨性的硬质材料(例如，表面硬化和/或可更换的耐磨表面)。但是，当材料被磨损时，工具可能不再能够如预期那样起作用。因此，当工具磨损表面看到过度磨损时，工具的使用寿命已经结束，尽管工具的其他部件仍然是可操作的。
本公开涉及包括可移除表面硬化层(例如，可更换的磨损表面)的工具或工具的部分或工具的部件。如本文所述的，所述工具可用于高度磨蚀的环境中，并用于各个应用中，包括但不一定限于钻井应用，钻探应用，采矿应用，使用表面硬化层的其他应用等。在一些实施例中，描述了通过键合和/或钎焊施加和附着基体表面硬化层到表面。当基体表面硬化层表面磨损时，可以将其移除，然后用新的表面硬化层表面代替。
本文描述的系统和技术可以与部署在各个环境中的设备一起使用，在该环境中，表面硬化层材料可能遭受磨损(例如，磨蚀)和/或其他逐渐破坏或减少(例如侵蚀)。例如，当暴露于流体流动时，表面硬化层可能侵蚀和/或当暴露于配合部件之间的磨损时可能遭受磨蚀。示例性应用可以包括但不一定限于以下中的一个或更多个：径向轴承，磨损带，铰刀，可更换的钻头部件，磨蚀套筒，可更换的支柱，垫，柱塞，刀片表面等。例如，可更换的表面硬化层可以与轴承一起使用，包括负载轴承，减少磨损的轴承和/或其他经历相对运动的轴承表面。
在其他示例中，可更换的表面硬化层可以用于加工工具的可移除和/或可更换的部分。例如，可移除表面硬化层可与钻头的移除部分(例如，罩住一个或更多个传感器)、可更换的钻头刀片等一起使用。可移除表面硬化层也可以用于土方工作设备，例如挖掘机的叉头，刮板的刮削表面等。以此方式，包括结构部分的加工工具的部分在磨损时可以被更换。在铰刀的例子中，表面硬化层可以用来提供计量器保护(例如，用另一种材料，例如钢制工具体，钢刀片等)。在进一步的示例中，可移除表面硬化层可以用作侵蚀套筒，例如围绕发电组件中的一个或更多个涡轮机叶片。
如本文所述的，钻井应用通过示例的方式提供，并不意味着限制本公开。在其他实施例中，如本文所述的系统、技术和设备可以与其他井下作业一起使用。此外，这样的系统、技术和设备可以用于不一定涉及井下作业的其他应用中。
图1描绘了根据本公开的一个或更多个实施例的井场系统100。该井场可以是在岸或离岸的。井眼102通过定向钻井在地下地层中形成。钻柱104从钻机106延伸并悬挂在井眼102内。在一些实施例中，井场系统100使用旋转导向系统(RSS)实施定向钻井。例如，钻柱104从表面旋转，并且井下装置沿着期望的方向移动钻柱104的端部。钻机106包括定位在井眼102上方的平台和井架组件。在一些实施例中，钻机106包括旋转台108，方钻杆110，钩112，旋转旋转件114等。例如，钻柱104由旋转台108旋转，旋转台108接合钻柱104上端处的方钻杆110。钻柱104使用旋转旋转件114从钩112悬挂，其允许钻柱104相对于钩112的旋转。然而，该构造是作为示例提供的，并不意味着限制本公开。例如，在其他实施例中，使用顶部驱动系统。
井底钻具组合(BHA)116悬挂在钻柱104的端部。井底钻具组合116在其下端包括钻头118。在本公开的实施例中，钻柱104包括多个钻杆120，其将井底钻具组合116和钻头118延伸到地下地层中。钻井流体(例如泥浆)122储存在井场中形成的罐和/或坑124中。钻井流体122可以是水基的，油基的等。泵126通过例如旋转旋转件114中的端口将钻井流体122位移到钻柱104的内部通道，使得钻井流体122如方向箭头128所示的向下流过钻柱104。钻井流体122经由钻头118中的端口(例如，通路，喷嘴)离开钻柱104，然后向上循环通过钻柱104的外部与井眼102的壁之间的环空区域，如由方向箭头130所示的。以这样的方式，钻井流体122冷却并润滑钻头118，并将由钻头118产生的钻屑运送到地面(例如，随着钻井流体122返回到坑124以再循环)。此外，可以至少部分地防止井眼中的岩石失稳，岩石内的流体压力可以至少部分地被克服，使得流体不会进入井眼等。
在本公开的实施例中，钻头118包括一个或更多个粉碎和/或切割工具，例如具有尖齿(例如，为牙轮钻头的形式)的圆锥形切割器和/或钻头锥体。在此构造中，当钻柱104旋转时，钻头圆锥体沿井眼102的底部以圆形运动方式滚动。当它们滚动时，新的齿与井眼102的底部接触，从而在钻齿正下方和周围压碎岩石。随着锥体继续滚动，齿然后从井眼的底部升起，并且高速钻井流体射流撞击碎的岩石屑，以将其从井眼102的底部并沿环空移除。当发生此情况时，另一齿与井眼102的底部接触并产生新的岩石屑。以此方式，用流体射流切割岩石和除去小岩石屑的过程是连续的。齿在圆锥体上相互啮合，这有助于清洁圆锥体，并且可以使用更大的齿。包括锥形切割器的钻头118可以被实施为钢铣齿钻头，硬质合金镶片钻头等。然而，作为示例提供了牙轮钻头，并不意味着限制本公开。在其他实施例中，钻头118被不同地布置。例如，钻头118的主体包括一个或更多个多晶金刚石复合片(PDC)切割器，其通过连续的刮擦运动来切割岩石。
在一些实施例中，井底钻具组合116包括随钻测井(LWD)模块132，随钻测量(MWD)模块134，旋转导向系统136，电机等(例如除了钻头118之外)。随钻测井模块132可以罩住在钻铤中并且可以包含一个或更多个测井工具。还应该注意的是，可以使用多于一个的LWD模块和/或MWD模块(例如，如另一个随钻测井模块138所表示的)。在本公开的实施例中，随钻测井模块132和/或138包括用于测量、处理和存储信息以及用于与地面设备通信等的能力。
随钻测量模块134也可以容纳在钻铤中，并且可以包含一个或更多个用于测量钻柱104和钻头118的特征的装置。随钻测量模块134还可以包括用于为井下设备产生电力的部件。这可以包括由钻井流体122的流动提供动力的泥浆涡轮发电机。然而，通过举例的方式提供了此构造，并不意味着限制本公开。在其他实施例中，可以采用其他电力和/或电池系统。随钻测量模块134可以包括以下测量装置中的一个或更多个：方向测量装置，倾斜度测量装置等。此外，随钻测井模块132和/或138可以包括一个或更多个测量装置，诸如钻压测量装置，扭矩测量装置，振动测量装置，冲击测量装置，棒滑动测量装置等。
在一些实施例中，井场系统100与受控导向或定向钻井一起使用。例如，旋转导向系统136被用于定向钻井。如本文所使用的，术语“定向钻井”描述了井眼从其自然采取的路径的故意偏离。因此，定向钻井指的是导向钻柱104，使其沿期望的方向行进。在一些实施例中，定向钻井被用于离岸钻井(例如，其中多个井从单个平台钻探)。在其他实施例中，定向钻井能够水平钻穿储层，这使得更长的井眼能够穿过储层，增加了井的产量。而且，定向钻井可以用于竖直钻井作业。例如，钻头118可能偏离计划的钻井轨迹，因为被钻入的地层的不可预测性质或钻头118所经历的变化的力。当发生此偏离时，井场系统100可以用于在过程中引导钻头118返回。
钻柱104可以包括一个或更多个可延伸的位移机构，例如可以由致动器致动的的柱塞机构，以将垫移向例如井眼壁，以使得井底钻具组合116移动进入一个理想的偏离方向。在本公开的实施例中，位移机构可以通过穿过钻柱104的钻井流体122致动。例如，钻井流体122用于移动柱塞，其改变钻头118的取向(例如，改变相对于井底钻具组合116的纵向轴线的钻井轴线取向)。可以采用位移机构来控制井底钻具组合116的定向偏差和/或轴向取向。位移机构可以被布置为例如指向钻头118和/或推动钻头118。在一些实施例中，通过钻井系统使用与多个位移机构一起旋转的旋转导向系统136来部署位移机构。应该注意的是，旋转导向系统136可以与稳定器(例如非旋转稳定器等)一起使用。
在一些实施例中，位移机构可以靠近钻头118定位。然而，在其他实施例中，位移机构可以定位在沿着钻柱、井底钻具组合等的各个位置处。例如，在一些实施例中，位移机构被定位在旋转导向系统136中，而在其他实施例中，位移机构可被定位在井底钻具组合116的端部处或附近(例如，靠近钻头118)。在一些实施例中，钻柱104可以包括一个或更多个过滤钻井流体122的过滤器(例如，相对于钻井流体122的流动的位移机构的上游)。
在一些实施例中，柱塞可致动垫，并且例如将垫围绕铰链推入地层以推动钻头。在一些实施例中，柱塞本身可被致动并推入地层中以推动钻头。在这两个实施例中，根据本申请的一个或更多个实施例，垫或柱塞工具可以采用可更换的磨损表面。
大体参照图2至图22，描述了根据本公开的一个或更多个实施例的工具。工具200包括衬底202和一个或更多个硬面(例如，第一可移除基体硬面208)。可移除硬面也可以被称为可更换的磨损表面。衬底202包括支撑表面204(例如，如图3和6至22所示的)和一个或更多个机械配准特征206(例如，如图2至4所示的)，用于将第一可移除基体硬面配准。在一些实施例中，衬底202被键入用于配准第一可移除基体硬面208(例如，具有正拔模斜度(例如，如图8和9所示)和/或负拔模斜度(例如，如图2至7))。第一可移除基体硬面208包括表面硬化材料(例如，预先模制的表面硬化材料210)。预先模制的表面硬化材料210被成形为被机械配准特征206接收，使得第一可移除基体硬面208由机械配准特征206配准，并且第一可移除基体硬面208可以被附接(例如机械附接，钎焊，使用粘合剂附着等)到衬底202。当第一可移除基体硬面208磨损时，第一可移除基体硬面208可从衬底202分离(例如机械分离，去钎焊和/或粘合剂移除等)。在一些实施例中，工具200还包括可由机械配准特征206配准的第二可移除基体硬面212。
现在参照图2，工具200可以包括衬底202(例如垫或支承表面)和第一可移除基体硬面208。第一可移除基体硬面208包括表面硬化材料210(例如，预先模制的表面硬化材料)，例如表面硬化的块和/或型材。在一些方面，表面硬化材料210包括整体的均质材料。仍然在其他方面，预先模制的表面硬化材料210不被机械加工。表面硬化材料210可以包括硬质金属，合金或其他耐侵蚀或耐磨蚀材料，包括但不一定限于碳化钨，氮化硼，碳化硅等。预先模制的表面表面硬化材料210可以被预先模制为各个形状，并且可以包括镶片诸如金刚石(例如，多晶金刚石(PCD)，热稳定的多晶金刚石(TSP)，天然金刚石等)或其他超硬材料如多晶氮化硼(PCBN)。在一些实施例中，预先模制的表面硬化材料210可以与衬底202分开制造并且以简单的操作附接。此外，第一可移除基体硬面208可稍后被移除(例如，一旦它已经磨损)并被更换为新的一件基体硬面。在一些实施例中，第一可移除基体硬面208可以通过用粘合剂渗入钨粉(例如，钨和/或碳化钨)来制造。在一些实施例中，将TSP砖或磨损按钮放置在模具中，并且将碳化钨粉末放置在TSP的顶部和周围的模具中。将浸渗剂置于顶部，然后加热以浸渗碳化钨以形成可与衬底配合的可更换磨损表面(例如，包括碳化钨基体材料)。
在一些实施例中，第一可移除基体硬面208可附接(即机械附接)到衬底202。在一些实施例中，附接可包括“键合”配合部件以提供配准。例如，衬底202可以与一个或更多个配准特征206键合，用于配准第一可移除基体硬面208。预先模制的表面硬化材料210可以包括一个或更多个舌状部218，其可以被机械配准特征206接收。在一些实施例中，衬底202和第一可移除基体硬面208可以用负拔模斜度键合。例如，第一可移除基体硬面208可以直线地或螺旋地(例如，用于稳定器叶片)滑动到衬底202上，如图3所示。
一旦配合，衬底202和第一可移除基体硬面208可以以各个方式附接。在一些实施例中，第一可移除基体硬面208可通过用两种材料(例如低温钎焊)的钎焊而钎焊附接到位。在一些实施例中，用于将第一可移除基体硬面208结合到衬底202的低温钎焊是具有比工具的工作温度(例如，约200℃)更高并且小于否则可能会损坏部件(例如，衬底)的温度的熔化温度的钎焊。例如，钎焊可以具有等于或大于约450℃直到约1000℃的熔化温度。例如，钎焊可以具有在450℃至1000℃之间的熔化温度，或者在一些实施例中在500℃和800℃之间，或者在一些实施例中在550℃至700℃之间。在一些实施例中，可通过粘合剂(例如，胶水，氰基丙烯酸酯，环氧树脂，热熔体，硅树脂，聚氨酯，焊料等)将第一可移除基体硬面208保持在适当的位置。在这些实施例中，钎焊和/或粘合剂可以被熔化以从衬底202移除第一可移除基体硬面208而不损坏衬底202(例如通过熔化衬底202)和/或不经过热处理/回火衬底(例如，对于金属衬底，在低于约1000℃的温度下，或900℃，或取决于所使用的材料的其它温度下)。应当要理解的是，钎焊和/或粘合剂的使用通过示例方式提供并且并不意味着限制本公开。在其它实施例中，如本文所述的，衬底202和第一可移除基体硬面208可机械附接(例如，利用紧固件)。应当注意的是，舌状部和凹槽构造的尺寸、密度、位置等可以变化，或者可以具有正拔模斜度，使得第一可移除基体硬面208可以面对面地插入到位(例如，不沿着凹槽滑动)。此外，在一些实施例中，特征可以被包括在第一可移除基体硬面208和/或衬底202上以增加钎焊的表面积，例如具有迂回配合表面的两个部件(例如，凹口和凸片，蛇形路径，突起和/或凹部等)之间的面。
现在参照图4，工具200还可以包括一个或更多个另外的可移除基体硬面(例如，第二可移除基体硬面212)，其包括表面硬化材料214(例如，预先模制的表面硬化材料)。利用上述技术，第二可移除基体硬面212可被衬底202识别。例如，表面硬化材料214可以被成形为被衬底202的机械配准特征206接收。利用一个或更多个另外的可移除基体硬面可以减轻或减小由于热膨胀系数(CTE)差导致的热应变。减轻或减小热应变可以减少或防止预先模制的表面硬化材料212，214的开裂。此外，这些片块可以通过具有为衬底202提供覆盖的特征(诸如重叠特征等)来覆盖(例如，保护)衬底202。例如，第一可移除基体硬面208和第二可移除基体硬面212在由衬底202配准时将重叠。注意到，多个片块之间的界面可被构造为防止和/或减少物质的保留(例如，颗粒)，否则在工具操作期间，这些颗粒可能会滞留在部件之间。例如，两个片块的相邻的边缘可以被斜切或倒角，以防止在这些片块之间形成狭窄的间隙。此外，一个部件可以包括紧贴的重叠凸缘，该凸缘抵靠另一个片块滑动以相对于彼此提升所述部件，而不是彼此推压(例如以刮板的方式)。
现在参考图5至图7，本文描述的技术可以应用于具有非平面表面的工具，例如具有螺旋轮廓的稳定器叶片。参照图5，示出了包括稳定器主体的工具200，其具有第一可更换磨损表面208(例如第一可移除基体硬面)和第二可更换磨损表面212(例如第二可移除基体硬面)。图6示出了具有从衬底202分离的第一可移除基体硬面208的稳定器主体，进一步示出了第一可移除基体硬面208包括舌状部218，舌状部218可以被衬底202上的凹槽接收。在一些实施例中，衬底202可以负拔模角度键合以配准所述可移除基体硬面208，212。例如，所述衬底可以包括机械配准特征206，所述机械配准特征包括用于接收所述可移除基体硬面208，212的舌状部218的凹槽，如图7所示。舌状部和凹槽构造允许可移除基体硬面208，212可滑动地接合所述衬底202。如上注意到的，所述舌状部和凹槽构造的尺寸、密度、位置等可以变化，或者可以具有正拔模斜度因此可移除基体硬面208，212可以面对面地插入到位(例如，不沿着凹槽滑动)。以与上述热应变消除相似的方式，所述刀片的可移除基体硬面208，212可制成多个片块以用于消除应力和/或便于组装。分割刀片可以有利于降低制造成本(例如，因为可以使用更小的模具和熔炉)，降低复杂的和/或敏感的螺旋轮廓的变形风险等。
参照图8和图9，工具200可以包括具有一个或更多个可移除基体硬面的平面支撑表面204(例如，垫，支承表面等)。在这些示例中，机械配准特征206具有正拔模斜度，使得第一可移除基体硬面208可以面对面地附接到衬底202。在一些实施方式中，如上所述，预先模制的表面硬化材料210可以被钎焊到支撑表面204。在其它实施方式中，第一可移除基体硬面208可以用一个或更多个紧固件216(例如，螺钉，螺栓，销，栓等)机械地附接到衬底。当预先模制的表面硬化材料210磨损时，第一可移除基体硬面208可以被机械地分离(即，移除紧固件216)。参照图8，表面硬化材料210还可以包括一个或更多个由机械配准特征206接收的狭槽220。参照图10和图11，机械配准特征206可以包括可以由形成在预先模制的表面硬化材料210上的狭槽接收的凸片。参照图12和13，紧固件216也可以从与第一可移除基体硬面208相反的一侧穿过垫插入(例如，以防止和/或最小化紧固件216暴露于磨损和/或侵蚀)。
现在参照图14和15，包括一个或更多个可移除基体硬面的工具200可以使用一个或更多个导轨222进行组装。预先模制的表面硬化材料可以包括一个或更多个可接收导轨222的狭槽220。机械配准特征206可以包括接收所述导轨的相应腔体。第一可移除基体硬面208可以用紧固件216(例如，螺钉，螺栓，销，栓等)附接到衬底202，其可以将导轨222偏置成与机械配准特征206接合。当表面硬化材料210磨损时，第一可移除基体硬面208可以被机械地分离(即，紧固件216和导轨222被移除)。
参照图16至图19，描述了包括平面支撑表面204(例如，垫，支承表面等)和一个或更多个可移除基体硬面的工具200的其他示例。在这些示例中，衬底202可以具有正拔模斜度(draft)，使得第一可移除基体硬面208可以面对面地附接到支撑表面204。表面硬化材料210可以包括突起224。机械配准特征206可以包括空腔，其可以接收突起224。然后，可以将紧固件216(例如，螺钉，螺栓，销，栓等)插入到垫中，并且穿过突起224以将第一可移除基体硬面208固定到衬底202。在一些实施例中，紧固件216可横向插入穿过衬底202(例如，如参考图16和17所述的)，而在其他实施例中，紧固件216可垂直插入穿过衬底202并进入第一可移除基体硬面208(例如，如参考图18和19所述的)。当预先模制的表面硬化材料210磨损时，第一可移除基体硬面208可以被机械地分离(即，移除紧固件216)。
现在参照图20，描述了具有一个或更多个可移除基体硬面的大致圆柱形的工具200(例如，径向轴承)。在一些实施例中，径向轴承可以用在泥浆电机中。然而，该示例并不意味着限制本公开。在其他实施例中，具有可移除基体硬面的径向轴承可用于其他应用中。如所示的，圆柱形工具200可以包括衬底202和具有互补的圆筒形/管状硬接触表面的第一可移除基体硬面208。例如，衬底202可以包括大致圆柱形的支撑表面204和大致圆柱形的机械配准特征206。可移除基体硬面208可以包括互补的大致圆柱形的预先模制的表面硬化材料210。可移除基体硬面208可以可滑动地附接到衬底202，导致大体圆柱形的支撑表面204和第一可移除基体硬面208抵靠配合的大致圆柱形的表面磨损。在一些实施例中，第一可移除基体硬面202可以使用碳化钨基体形成，并且可以包括一个或更多个镶片(例如，由TSP或其他金刚石或超硬材料制成)。例如，表面硬化材料210被铸造和/或模制成连续的管状套筒。在一些实施例中，圆柱形接触表面和管状接触表面可以使用例如紧缩配合(例如，通过加热和/或冷却圆柱形接触表面和/或管状接触表面)而固定在一起。在其它实施例中，可将第一可移除基体硬面208键合并插入圆柱体中(例如，以一个连续的管状套管，以形成管状套筒的多个部分，以瓦片(tile)等形式)。例如，支撑表面204包括大致圆柱形的支撑表面204，并且第一可移除基体硬面208和第二可移除基体硬面212将抵靠配合的大致圆柱形的表面磨损。此外，可以以类似的方式制造磨损带。
参照图21和图22，使用一个或更多个可移除基体硬面可以形成一个或更多个将较小管同心地保持在较大管内的支柱。例如，工具200可以包括管状衬底202，该管状衬底具有包括空腔的一个或更多个机械配准特征206。机械配准特征206可以接收包括预先模制的表面硬化材料210和支柱226的一个或更多个可移除基体硬面(例如，第一可移除基体硬面208)。第一可移除基体硬面208可以通过一个或更多个紧固件216附接到所述支撑表面204。例如，支撑表面204和支柱226可以包括当第一可移除基体硬面208与机械配准特征206配合时对准的开口。如图22所示的，开口可以接收紧固件216，将管同心地保持在套环中。
在一些实施例中，三维(3D)印刷模具可以针对可移除基体硬面208，212的每个部分进行定制，并且垫和/或稳定器可移除基体硬面208，212的轮廓可以被设计用于特定的位置。例如，在某些区域中可以包括额外的保护(例如，更多的镶片)，和/或可以根据地层硬度等来改变接触区域的几何形状。在一些实施例中，这样的技术可以减少或消除对可移除基体硬面208，212的后期研磨的需要。
虽然滑动可移除基体硬面208，212以与衬底202接合和/或面对面地结合可移除基体硬面208，212和衬底202已经被描述为具有一些特定性，但是这些示例并不意味着以限制本公开。在其他实施例中，可移除基体硬面208，212可以以不同的角度与衬底202配合。此外，可移除基体硬面208，212和/或衬底202可被键合以提供扭转锁定构造，和/或可包括用于定位可移除基体硬面208，212的止动件。在一些实施例中，可移除基体硬面208，212可以直接模制在衬底202上。例如，可以将镶片(例如金属块)插入到模具中，并且可移除基体硬面208，212可以与镶片共同模制。然后，工具200可以从模具中移除，并且可能进一步处理。例如，工具200可以攻有螺纹以分配应力等。
虽然上面仅详细描述了一些示例性实施例，但是本领域技术人员将容易地认识到，在实质上不背离可更换的表面硬化层的情况下，在示例性实施例中可以进行许多修改。在上面提到的各个实施例中示出的特征可以以除已经具体示出和描述的那些之外的组合一起使用。因此，所有这样的修改意图被包括在如在以下权利要求所限定的本公开的范围内。在权利要求中，装置加功能的语句旨在涵盖在此描述的执行所述功能的结构，不仅是结构等同物，而且是等同结构。因此，尽管钉子和螺钉可能不是结构等同物在于，钉子采用圆柱形表面来将木制部件固定在一起，而螺钉采用螺旋形表面，但在紧固木制部件的环境中，钉子和螺钉可以是等同的结构。除了权利要求明确地使用词语“用于...的装置”以及相关功能的那些以外，申请人的明确意图是借助于“装置加功能”不是为了对任何权利要求进行任何限制。

Claims (20)

1.一种工具，包括：
衬底，该衬底包括支撑表面和至少一个机械配准特征；以及
可移除磨损表面，该可移除磨损表面包括被成形为由所述衬底的所述至少一个机械配准特征接收的基体材料，其中所述可移除磨损表面借助紧固件可机械地附接到所述衬底，使得所述至少一个机械配准特征配准所述可移除磨损表面，以及当可移除磨损表面被磨损时，通过移除紧固件，所述可移除磨损表面能够与所述衬底机械地分离，其中，所述紧固件从与所述可移除磨损表面相反的一侧穿过所述衬底插入。
2.如权利要求1所述的工具，其中所述可移除磨损表面包括碳化钨基体材料。
3.如权利要求1所述的工具，其特征在于，所述衬底被键合用于配准所述可移除磨损表面。
4.如权利要求1所述的工具，其中所述可移除磨损表面能够使用多个紧固件附接到所述衬底。
5.如权利要求1所述的工具，其特征在于，还包括要由所述衬底配准的第二可移除磨损表面，其中所述可移除磨损表面和所述第二可移除磨损表面在由所述衬底配准时重叠。
6.如权利要求1所述的工具，其中所述支撑表面包括大致圆柱形的支撑表面，并且所述可移除磨损表面被构造为抵靠配合的大致圆柱形的表面磨损。
7.如权利要求1所述的工具，其中，所述衬底或所述可移除磨损表面中的至少一个使用紧缩配合工艺来固定。
8.一种工具，包括：
衬底，该衬底包括支撑表面和至少一个机械配准特征；以及
可移除磨损材料，该可移除磨损材料包括成形为具有至少一个狭槽的基体材料，所述至少一个狭槽构造为用于接收所述衬底的至少一个机械配准特征，其中所述可移除磨损材料借助从与所述可移除磨损表面相反的一侧穿过所述衬底的紧固件而附接到所述衬底，使得所述至少一个机械配准特征配准所述可移除磨损材料。
9.如权利要求8所述的工具，其中所述可移除磨损材料包括碳化钨基体。
10.如权利要求8所述的工具，其特征在于，所述衬底被键合以配准所述可移除磨损材料。
11.如权利要求8所述的工具，其中所述可移除磨损材料使用钎焊、粘合剂或紧固件中的至少一个附接到所述衬底。
12.如权利要求8所述的工具，还包括第二可移除磨损材料，该第二可移除磨损材料包括由所述衬底配准的基体材料，其中所述可移除磨损材料和所述第二可移除磨损材料在由所述衬底配准时重叠。
13.如权利要求8所述的工具，其中所述支撑表面包括大致圆柱形的支撑表面，并且所述可移除磨损材料要抵靠配合的大致圆柱形的表面磨损。
14.如权利要求8所述的工具，其中所述衬底或所述可移除磨损材料中的至少一个使用紧缩配合工艺来固定。
15.如权利要求8所述的工具，其中所述可移除磨损材料被模制到所述衬底上。
16.一种工具，包括：
衬底，该衬底包括支撑表面和至少一个机械配准特征；
第一可移除磨损材料，该第一可移除磨损材料包括被成形为要由所述衬底的至少一个机械配准特征接收的基体材料，其中所述第一可移除磨损材料能够借助多个紧固件机械地附接到所述衬底，使得所述至少一个机械配准特征配准所述第一可移除磨损材料，其中所述多个紧固件中的至少一个紧固件从与所述可移除磨损表面相反的一侧穿过所述衬底插入；以及
第二可移除磨损材料，该第二可移除磨损材料包括由所述衬底配准的基体材料，所述第一可移除磨损材料和所述第二可移除磨损材料在由所述衬底配准时重叠。
17.如权利要求16所述的工具，其特征在于，所述衬底被键合以配准所述第一可移除磨损材料。
18.如权利要求16所述的工具，其中，所述多个紧固件从与所述第一可移除磨损表面相反的一侧穿过所述衬底插入。
19.如权利要求16所述的工具，其中所述支撑表面包括大致圆柱形的支撑表面，并且所述第一可移除磨损材料和所述第二可移除磨损材料要抵靠配合的大致圆柱形表面磨损。
20.如权利要求16所述的工具，其中所述衬底或所述第一可移除磨损材料中的至少一个要使用紧缩配合工艺来固定。
CN201680033233.9A 2015-06-08 2016-06-07 可更换的表面硬化层 Active CN107690505B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562172769P 2015-06-08 2015-06-08
US62/172,769 2015-06-08
US201562210941P 2015-08-27 2015-08-27
US62/210,941 2015-08-27
PCT/US2016/036251 WO2016200832A1 (en) 2015-06-08 2016-06-07 Replaceable hardfacing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107690505A CN107690505A (zh) 2018-02-13
CN107690505B true CN107690505B (zh) 2020-09-29

Family

ID=57504894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680033233.9A Active CN107690505B (zh) 2015-06-08 2016-06-07 可更换的表面硬化层

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10632713B2 (zh)
CN (1) CN107690505B (zh)
WO (1) WO2016200832A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018052411A1 (en) * 2016-09-14 2018-03-22 Halliburton Energy Services, Inc. Modular stabilizer
EP3631140A4 (en) * 2017-05-31 2021-01-20 Smith International, Inc. CUTTING TOOL WITH PREFORMED HARD RELOADING RINGS
US10415320B2 (en) * 2017-06-26 2019-09-17 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Earth-boring tools including replaceable hardfacing pads and related methods
US11401752B2 (en) * 2018-05-30 2022-08-02 Halliburton Energy Services, Inc. Ruggedized centralizer for sonde-based measurement while drilling and logging while drilling tools
WO2020046295A1 (en) * 2018-08-29 2020-03-05 Halliburton Energy Services, Inc. Methods and applications of wear resistant material enhanced via matrix and hard-phase optimization
EP3935253A1 (en) * 2019-03-04 2022-01-12 Lord Corporation Centralizer
US11692416B2 (en) 2020-02-21 2023-07-04 Schlumberger Technology Corporation Wear resistant downhole piston
EP3916194A1 (en) * 2020-05-29 2021-12-01 Sandvik Mining and Construction Tools AB Wear pads for raise boring tools
CN113006685B (zh) * 2021-03-17 2022-07-08 西南石油大学 一种气体钻井造壁装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4156374A (en) 1978-03-20 1979-05-29 Shwayder Warren M Pre-formed wear pads for drill stabilizers
US5361859A (en) 1993-02-12 1994-11-08 Baker Hughes Incorporated Expandable gage bit for drilling and method of drilling
US6170576B1 (en) * 1995-09-22 2001-01-09 Weatherford/Lamb, Inc. Mills for wellbore operations
US6260636B1 (en) 1999-01-25 2001-07-17 Baker Hughes Incorporated Rotary-type earth boring drill bit, modular bearing pads therefor and methods
CN102414394B (zh) * 2009-05-06 2015-11-25 史密斯国际有限公司 具有再加工的热稳定多晶金刚石切割层的切割元件，结合有其的钻头，及其制造方法
US9394746B2 (en) * 2012-05-16 2016-07-19 Baker Hughes Incorporated Utilization of expandable reamer blades in rigid earth-boring tool bodies
CN103410447A (zh) 2013-08-18 2013-11-27 江苏新瑞峰信息科技有限公司 一种旋挖钻机方形钻头
US20150275589A1 (en) 2014-03-26 2015-10-01 Schlumberger Technology Corporation System and Methodology for Use In Borehole Applications
CN203978290U (zh) 2014-08-14 2014-12-03 许丽 一种挖穴机弧形双刀钻头

Also Published As

Publication number Publication date
CN107690505A (zh) 2018-02-13
WO2016200832A1 (en) 2016-12-15
US10632713B2 (en) 2020-04-28
US20180229467A1 (en) 2018-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107690505B (zh) 可更换的表面硬化层
CA2951020C (en) Rolling cutter assemblies
US8104550B2 (en) Methods for applying wear-resistant material to exterior surfaces of earth-boring tools and resulting structures
CA2773336C (en) Drill bit for earth boring
EP2419596A1 (en) Methods of forming and repairing cutting element pockets in earth-boring tools with depth-of-cut control features, and tools and structures formed by such methods
AU2009271124A1 (en) Earth boring tools and methods of making earth boring tools including an impact material, and methods of drilling through casing
US20190078393A1 (en) Earth-boring tools including rotatable cuting element assemblies and related methods of forming and using the same
US9890597B2 (en) Drill bits and tools for subterranean drilling including rubbing zones and related methods
EP3080380B1 (en) Matrix fixed cutter drill bits and methods for manufacturing same
US10562121B2 (en) Wear resistant parts and fabrication
US10253571B2 (en) Rotatively mounting cutters on a drill bit
US10718374B2 (en) Stabilizers and bearings for extreme wear applications
US20190063163A1 (en) Cutting element assemblies comprising rotatable cutting elements insertable from the back of a blade
EP3282084B1 (en) Fixed cutter drill bit having rolling cutters
US10125549B2 (en) Cutting element support shoe for drill bit
US20190078392A1 (en) Earth-boring tools including rotatable cutting elements and formation-engaging features that drive rotation of such cutting elements, and related methods
WO2019023163A1 (en) CUTTER ASSEMBLIES COMPRISING ROTATING CUTTING ELEMENTS AND SOIL DRILLING TOOLS COMPRISING SUCH CUTTER ASSEMBLY ASSEMBLIES
US11946321B2 (en) Cutting element assemblies and downhole tools comprising rotatable and removable cutting elements and related methods

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant