CN110462158A - 使用形状记忆材料的机械锁定机构 - Google Patents

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CN110462158A CN201880022032.8A CN201880022032A CN110462158A CN 110462158 A CN110462158 A CN 110462158A CN 201880022032 A CN201880022032 A CN 201880022032A CN 110462158 A CN110462158 A CN 110462158A
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俞波
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

一种紧固设备，包括保持构件，所述保持构件包括形状记忆材料，所述形状记忆材料被构造成响应于刺激的施加而从第一固相转变到第二固相。所述保持构件设置在主体中的孔洞内并通过相变固定在所述孔洞内，所述相变产生过盈配合以抵抗旋转和轴向运动固定所述保持构件。所述孔洞具有第二轴向横截面形状。所述保持构件具有优选地为圆形或矩形的第一轴向横截面形状。

Description

使用形状记忆材料的机械锁定机构
相关申请的交叉引用
本申请是2016年9月12日提交的“Method and Apparatus for Securing BodiesUsing Shape Memory Materials”的美国专利申请号15/262,893的部分继续申请。
本申请的主题涉及以下专利申请的主题：2016年1月20日提交的“Earth-BoringTools and Methods of Forming Earth-Boring Tools Using Shape Memory Materials”的美国专利申请号15/002,211；2016年1月20日提交的“Earth-Boring Tools,Depth-of-Cut Limiters,and Methods of Forming or Servicing a Wellbore”的美国专利申请号15/002,230；以及2016年1月20日提交的“Nozzle Assemblies Including Shape MemoryMaterials for Earth-Boring Tools and Related Methods”的美国专利申请号15/002,189，所述专利申请中的每一者的全部公开内容特此通过此引用并入本文。
技术领域
本公开的实施方案总体涉及包括形状记忆材料的紧固件、用于形成或服务于井筒的工具，以及相关方法。
背景技术
钻地工具中使用的切割元件常常包括聚晶金刚石复合片(常常称为“PDC”)切割元件，其是包括聚晶金刚石材料的切割面的切割元件。聚晶金刚石(常常称为“PCD”)材料是包括金刚石材料的相互键合的晶粒或晶体的材料。换句话讲，PCD材料包括金刚石材料的晶粒或晶体之间的直接晶粒间键。
PDC切割元件通过以下方式来形成：在存在催化剂(例如，钴、铁、镍或合金或其混合物)的情况下下在高温和高压条件下烧结相对小的金刚石晶粒、并将它们键合在一起以在切割元件基体上形成聚晶金刚石材料层或“台”。这些过程常常称为高温/高压(或“HTHP”)工艺。切割元件基体可包括金属陶瓷材料(即，陶瓷-金属复合材料)，诸如钴结碳化钨。在此类实例中，切割元件基体中的钴(或其他催化剂材料)可在烧结期间扩散到金刚石晶粒中，并且充当用于由金刚石晶粒形成晶粒间金刚石-金刚石键和所得金刚石台的催化剂。在其他方法中，在HTHP工艺中将晶粒烧结在一起之前，可将粉末状催化剂材料与金刚石晶粒混合。
在使用HTHP工艺形成金刚石台时，催化剂材料可保留在所得聚晶金刚石台中的金刚石晶粒之间的间隙空间中。当切割元件在使用期间由于切割元件与被切割岩层之间的接触点处的摩擦而被加热时，金刚石台中催化剂材料的存在可能导致金刚石台中的热损坏。
其中催化剂材料保留在金刚石台中的PDC切割元件通常在至多达约750℃的温度下是热稳定的，但在超过约400℃的温度下切割元件内可能开始产生内应力，这是由于钴在该温度下发生的相变(从“β”相变为“α”相)。同样从约400℃开始，由于金刚石晶粒和晶界处的催化剂材料的热膨胀差异而产生内应力分量。当PDC切割元件在使用中时，这种热膨胀的差异可在金刚石晶粒之间的接触面处产生相对大的拉伸应力，并且可能导致微结构的热降解。金刚石台与其所键合到的切割元件基体之间的热膨胀差异可能进一步使聚晶金刚石复合片中的应力加剧。这种热膨胀的差异可能在金刚石台与基体之间的接触面处产生相对大的压缩应力和/或拉伸应力，这最终导致金刚石台的劣化，使金刚石台从基体剥离，或者导致切割元件总体失效。
此外，在约750℃或高于约750℃的温度下，金刚石台内的金刚石晶体中的一些可与催化剂材料发生反应，从而导致金刚石晶体经历化学分解或转化成另一种碳同素异形体。例如，金刚石晶体可在金刚石晶体边界处石墨化，这可显著削弱金刚石台。而且，在极高的温度下，除了石墨化之外，金刚石晶体中的一些还可转化成一氧化碳或二氧化碳。
为了减少与PDC切割元件中的热膨胀差异和金刚石晶体的化学分解相关联的问题，已经开发了所谓的“热稳定”聚晶金刚石复合片(也称为热稳定产品或“TSP”)。这种TSP可通过使用例如酸或酸的组合(例如王水)从金刚石台中的相互键合的金刚石晶体之间的间隙空间浸出催化剂材料(例如，钴)来形成。可从金刚石台去除大量的催化剂材料，或者可仅从金刚石台的一部分去除催化剂材料。据报道，其中基本上所有催化剂材料已从金刚石台浸出的TSP在至多达约1,200℃的温度下是热稳定的。然而，据报道，与未浸出的金刚石台相比，此类完全浸出的金刚石台相对更脆并且易受剪切应力、压缩应力和拉伸应力的影响。另外，可能难以将完全浸出的金刚石台固定到支撑基体。
切割元件通常通过钎焊安装在钻头主体上。钻头主体在其中形成有凹槽，用于接收相当大部分切割元件，其方式为以适当的角度和方向呈现PCD层以根据钻头设计进行切割。在此类情况下，钎焊化合物施加到背衬的表面和钻头主体上的其中接收切割元件的凹槽中。切割元件安设在其位于钻头主体中的相应凹槽中，并通过焊炬将热量施加到每个切割元件以将温度升高至足以将切割元件钎焊到钻头主体、但不高至损坏PCD层的程度。
发明内容
在一些实施方案中，一种钻地工具包括：工具主体；至少一个切割元件；以及保持构件，所述保持构件包括位于所述工具主体的表面与所述至少一个切割元件的表面之间的形状记忆材料。所述形状记忆材料被构造成响应于刺激的施加而从第一固相转变到第二固相。所述保持构件包括处于所述第二固相的所述形状记忆材料，并且至少部分地保持所述至少一个切割元件邻近所述工具主体。
一种形成钻地工具的方法包括：将包括形状记忆材料的保持构件设置在切割元件与工具主体之间的空间中；以及通过施加刺激使所述形状记忆材料从第一固相转变到第二固相，以在所述切割元件、所述保持构件和所述工具主体之间产生机械干涉，以将所述切割元件固定到所述工具主体。
在其他实施方案中，一种形成钻地工具的方法包括：将处于第一固相的形状记忆材料训练到第一形状，将处于第二固相的所述形状记忆材料训练到第二形状，使得包括所述形状记忆材料的保持构件表现出在至少一个方向上比在处于所述第一相时的至少一个方向上大的尺寸；使所述形状记忆材料转变到所述第一固相；将包括处于所述第一固相的所述形状记忆材料的所述保持构件至少部分地设置在切割元件与工具主体之间的空间内；以及使所述形状记忆材料转变到所述第二固相以将所述切割元件固定到所述工具主体。
在一些实施方案中，一种用于形成或服务于井筒的工具包括：第一主体；第二主体；以及保持构件，所述保持构件位于所述第一主体的表面与所述第二主体的表面之间。所述保持构件相对于所述第一主体至少部分地保持所述第二主体。所述保持构件包括形状记忆材料，所述形状记忆材料被构造成响应于刺激的施加而从第一固相转变到第二固相。
在一些实施方案中，一种形成用于形成或服务于井筒的工具的方法包括：将包括形状记忆材料的保持构件设置在第一主体与第二主体之间的空间中。所述方法还包括：通过施加刺激使所述形状记忆材料从第一固相转变到第二固相，以致使所述保持构件在所述第一主体、所述保持构件和所述第二主体之间产生机械干涉，以将所述第一主体固定到所述第二主体。
在其他实施方案中，一种紧固设备包括主体，所述主体包括形状记忆材料。所述主体至少具有垂直于所述主体的纵轴测量的第一横截面积和第二横截面积。所述第二横截面积小于所述第一横截面积。所述形状记忆材料被构造成响应于刺激的施加而从第一固相转变到第二固相。
根据其他实施方案，一种紧固设备包括由形状记忆材料形成的保持构件。所述保持构件具有第一轴向横截面形状。在优选的实施方案中，所述第一轴向横截面形状是圆形或矩形的。然而，在其他实施方案中，所述第一轴向横截面可以是多边形或非圆形形状。孔洞形成在主体内，并且所述孔洞呈现优选地为矩形的第二横截面形状。然而，所述第二横截面形状可能具有其他多边形或非圆形形状。当所述形状记忆材料转变到所述第二固相时，所述保持构件抵抗旋转和轴向运动固定在所述孔洞内。
附图说明
虽然本说明书以特别指出并清楚地要求保护视为本公开的实施方案的权利要求作出结论，但当结合附图阅读时，可从本公开的示例性实施方案的以下描述更容易地确定本公开的各种特征和实施方案的优点，在附图中：
图1示出钻地旋转钻头，其包括用如本文所描述的形状记忆材料固定的切割元件；
图2A是用于钻地工具中的形状记忆材料的简化透视侧视图；
图2B是图2A中所示的形状记忆材料的简化端视图；
图3A是相转变之后的图2A中所示的形状记忆材料的简化透视侧视图；
图3B是图3A中所示的形状记忆材料的简化端视图；
图4A是训练之后的图3A中所示的形状记忆材料的简化透视侧视图；
图4B是图4A中所示的形状记忆材料的简化端视图；
图5是钻地工具中的图4A中所示的形状记忆材料的简化侧视剖面图；
图6是形状记忆材料发生相转变之后的图5中所示的钻地工具的简化侧视图；
图7和图8是示出使用形状记忆材料将切割元件固定到钻头主体上的柱销的钻地工具的简化侧视剖面图；
图9是示出使用形状记忆材料作为柱销以将切割元件固定到钻头主体的钻地工具的简化侧视剖面图；
图10A和图10B是示出形状记忆材料的微结构可在本文所公开的工艺中改变的方式的简化图；
图11和图12是其中使用形状记忆材料和填充材料固定切割元件的钻地工具的简化侧视剖面图；
图13至图15是示出通过形状记忆材料结合过盈配合固定到主体的切割元件的实施方案的简化侧视剖面图；
图16至图19是示出使用部分约束的形状记忆材料固定主体的简化侧视剖面图；并且
图20是示出将包含传感器的切割元件固定到钻头主体的形状记忆材料的简化横截面侧视图。
图21是示出设置在主体中的孔洞内的示例性保持构件的等轴视图，其中孔洞呈矩形横截面形状，并且保持构件的横截面形状是圆形的。
图22是图21中所示的布置的平面图。
图23是保持构件发生相变以将其固定在孔洞内之后的图21至图22的布置的平面图。
图24是示出设置在主体中的孔洞内的示例性保持构件的等轴视图，其中孔洞和保持构件均呈矩形横截面形状。
具体实施方式
本文呈现的图解不是任何特定切割元件、插入件或钻头的实际视图，而仅仅是用于描述本公开的示例性实施方案的理想化表示。另外，附图之间的共同元件可保持相同数字标识。
如本文所用，术语“硬质材料”意指且包括具有约1,000Kgf/mm2(9,807MPa)或更高的努氏硬度(Knoop hardness)值的任何材料。硬质材料包括例如金刚石、立方氮化硼、碳化硼、碳化钨等。
如本文所用，术语“晶粒间键”意指且包括相邻材料晶粒中的原子之间的任何直接原子键(例如，共价键、金属键等)。
如本文所用，术语“聚晶硬质材料”意指且包括包含通过晶粒间键直接键合在一起的多个材料晶粒或晶体的任何材料。聚晶硬质材料的单独晶粒的晶体结构可在聚晶硬质材料内的空间中随机取向。
如本文所用，术语“聚晶复合片”意指且包括包含聚晶硬质材料的任何结构，所述聚晶硬质材料包含通过涉及将压力(例如，压实)施加到用于形成聚晶硬质材料的一种或多种前体材料的工艺形成的晶粒间键。
如本文所用，术语“钻地工具”意指且包括在井筒的形成或扩大期间用于钻井的任何类型的钻头或工具，并且包括例如旋转钻头、冲击钻头、取芯钻头、偏心钻头、双中心钻头、扩孔钻、碾磨机、刮刀钻头、牙轮钻头、混合式钻头、以及本领域中已知的其他钻头和工具。
图1示出固定切割器钻地旋转钻头10。钻头10包括钻头主体12。如本文所描述的一个或多个切割元件14可安装在钻头10的钻头主体12上，诸如安装在刀片16上。切割元件14可任选地固定在形成于钻头主体12的外表面中的凹坑内。其他类型的钻地工具(诸如牙轮钻头、冲击钻头、混合式钻头、扩孔钻等)也可包括如本文所描述的切割元件14。
切割元件14可包括聚晶硬质材料18。通常，聚晶硬质材料18可包括聚晶金刚石，但是代替聚晶金刚石或除聚晶金刚石之外可包括其他硬质材料。例如，聚晶硬质材料18可包括立方氮化硼。任选地，切割元件14还可包括基体20，在HPHT工艺中，聚晶硬质材料18键合到基体20，或者聚晶硬质材料18形成在基体20上。例如，基体20可包括由钴结碳化钨材料制成的总体圆柱形的主体，但也采用具有不同几何形状和组成的基体。聚晶硬质材料18可以是位于基体20上的聚晶硬质材料18台(即，层)的形式，如图1所示。聚晶硬质材料18可设置在(例如，形成在或固定到)基体20的表面上。在另外的实施方案中，切割元件14可仅仅是大量的具有任何所需形状的聚晶硬质材料18，并且可不包括任何基体20。切割元件14可称为“聚晶复合片”，或者在聚晶硬质材料18包括金刚石的情况下，称为“聚晶金刚石复合片”。
聚晶硬质材料18可包括形成硬质材料的三维网络的交替且相互键合的晶粒。任选地，在一些实施方案中，聚晶硬质材料18的晶粒可具有多模式(例如双模式、三模式等)晶粒大小分布。
图1中所示的钻头10可包括位于钻头主体12的表面与切割元件14中的一个或多个的表面之间的形状记忆材料(图1中未示出)。形状记忆材料可至少部分地保持切割元件14。换句话讲，形状记忆材料可用于在形状记忆材料与钻头主体12和切割元件14中的每一者之间产生机械干涉，并且机械干涉可至少部分地将切割元件14保持在钻头主体12上的适当位置。
图2A是保持构件100的简化透视侧视图，其可用于将切割元件14(图1)固定到钻地工具的钻头主体12(图1)。保持构件100可以是或者可包括形状记忆材料。图2B是图2A中所示的保持构件100的简化端视图。如图2A和图2B所示，保持构件100可以是被构造成围绕切割元件14的环形套筒的形式。在一些实施方案中，保持构件100可包括金属合金或聚合物。
保持构件100可包括任何合适的形状记忆材料，包括形状记忆金属合金和形状记忆聚合物。形状记忆金属合金可包括Ni基合金、Cu基合金、Co基合金、Fe基合金、Ti基合金、Al基合金或它们的混合物。例如，形状记忆金属合金可包括按重量计50：50的镍和钛的混合物、按重量计55：45的镍和钛的混合物、按重量计60：40的镍和钛的混合物。许多其他组成是可能的，并且可基于如本领域已知的工具需求和材料特性来选择。形状记忆聚合物可包括例如环氧聚合物、热固性聚合物、热塑性聚合物、或它们的组合或混合物。也可采用表现出形状记忆性能的其他聚合物。形状记忆材料是多晶型的，并且可表现出两个或更多个晶体结构或相。形状记忆材料可进一步表现出与两个晶体结构或相(诸如奥氏体和马氏体)之间的相转变相关联的形状记忆效应。奥氏体相存在于高温下，而马氏体相存在于低温下。形状记忆效应可由可以是热、电、磁或化学的刺激触发，并且这引起从一个固相到另一个固相的转变。
作为非限制性实例，形状记忆合金可在冷却时从初始的奥氏体相(即，高温相)转变到马氏体相(即，低温相)。从奥氏体到马氏体的相转变可以是自发的、无扩散的和温度依赖性的。从奥氏体到马氏体的转变温度、并且反之亦然针对不同的形状记忆合金组成而变化。从奥氏体到马氏体的相转变发生在第一温度(Ms)(在第一温度下，奥氏体开始转变到马氏体)与第二更低温度(Mf)(在第二更低温度下，只存在马氏体)之间。参考图10A，最初，马氏体的晶体结构严重孪晶，并且可通过施加的应力而变形，使得材料呈现新的大小和/或形状。在移除施加的应力之后，材料保持变形的大小和/或形状。然而，在加热时，马氏体可转变并复原到奥氏体。所述相转变发生在第一温度(As)(在第一温度下，马氏体开始转变到奥氏体)与第二更高温度(Af)(在第二更高温度下，只存在奥氏体)之间。在完全转变到奥氏体时，元件返回到其初始的“所记忆”大小和/或形状。如本文所用，术语“所记忆”是指材料响应于温度变化而自发返回的状态。在第二冷却过程和从奥氏体转变到马氏体时，马氏体相的晶体结构严重孪晶，并且可通过施加的应力而变形，使得材料呈现新的大小和/或形状中的至少一者。不会从初始冷却过程记忆先前变形的马氏体相中的材料的大小和/或形状。此形状记忆效应可称为单向形状记忆效应，使得元件仅在加热时表现出如图10A所示的形状记忆效应。
其他形状记忆合金具有双向形状记忆，使得包括这种形状记忆合金的材料在加热和冷却时表现出此形状记忆效应。因此，具有双向形状记忆效应的形状记忆合金可包括两种所记忆大小和形状—马氏体(即，低温)形状和奥氏体(即，高温)形状。这种双向形状记忆效应通过“训练”来实现。作为实例而非限制，所记忆的奥氏体形状和马氏体形状可通过在马氏体相或奥氏体相中诱导非均匀塑性应变、通过在施加的应力下老化或通过热机械循环来产生。参考图10B，当双向形状记忆合金从奥氏体相冷却到马氏体相时，可能有利于一些马氏体构型，使得材料可倾向于采用优选的形状。作为另外的非限制性实例，并且不受任何特定理论的限制，施加的应力可能产生永久性缺陷，使得马氏体相的变形晶体结构被记忆。在移除施加的应力之后，元件保持变形的大小和/或形状。在加热时，马氏体可在第一温度(As)与第二更高温度(Af)之间转变并复原到奥氏体。在完全转变到奥氏体时，元件返回到其初始的“所记忆”大小和形状。可重复加热和冷却过程，使得材料在所记忆的马氏体形状与所记忆的奥氏体形状之间反复地转变。
形状记忆聚合物可表现出类似的形状记忆效应。加热和冷却过程可用于使形状记忆聚合物在硬固相与软固相之间转变，其方式为：将聚合物加热至高于形状记忆聚合物的例如熔点或玻璃化转变温度(Tg)，并且使聚合物冷却至低于熔点或玻璃化转变温度(Tg)，如例如2002年5月14日颁发的并且名称为“Shape Memory Polymers”的美国专利号6,388,043中所教导的，其全部公开内容通过此引用并入本文。形状记忆效应可由可以是热、电、磁或化学的刺激触发。
尽管在本文中被讨论为具有一种或两种所记忆形状，但形状记忆材料可具有任何数量的相，并且可经训练以在这些相中的任一者或全部中具有所选的记忆形状。
如图2A和图2B所示的保持构件100可包括呈奥氏体相的形状记忆合金。保持构件100可具有将导致切割元件14与钻头主体12(图1)之间的过盈配合的一个或多个尺寸。例如，如果切割元件14为大致圆柱形并且保持构件100形成环形套筒，那么环形套筒的内径(在钻头10组装好之前)可略微小于切割元件14的外径。例如，保持构件100的内径可比切割元件14的外径小约0.001英寸(0.0254mm)至约0.040英寸(1.02mm)，诸如比切割元件14的外径小约0.005英寸(0.127mm)至约0.010英寸(0.254mm)。在一些实施方案中，切割元件14、钻头主体12和/或保持构件100可包括脊部或其他纹理化表面，以用于改善切割元件14在钻头主体12内的保持或对准。
保持构件100可转化成另一固相，以形成图3A和图3B中所示的保持构件104。保持构件104可具有与图2A和图2B中所示的保持构件100的尺寸类似或相同的尺寸。在一些实施方案中，保持构件104可包括呈马氏体相的形状记忆合金。保持构件100(图2A和图2B)可通过冷却、诸如通过冷却至低于材料的Mf来转化成保持构件104(图3A和图3B)。
保持构件104可经训练或变形以形成图4A和图4B中所示的具有不同的尺寸的保持构件108，而不改变保持构件104的相。例如，保持构件108可具有更大的内径、更小的外径、更长的长度，或者与保持构件104的任何其他所选尺寸差异。
保持构件108可具有使得保持构件108可邻近切割元件14和钻头主体12(图1)设置在腔体中的尺寸。例如，图5示出保持构件108可位于切割元件14的外表面与主体112的内表面(其可以是例如刀片16或钻头主体12的另一部分)之间。主体112可限定凹坑，所述凹坑总体上被设定形状以便配合切割元件14，其中薄间隙允许保持构件108自由地或紧密地移入和移出间隙。保持构件108可部分地或完全围绕切割元件14。例如，保持构件108可围绕基体20。
如图6所示，在保持构件108邻近切割元件14和主体112放置之后，保持构件108可转化到不同的固相以形成保持构件116。保持构件116可以是与图2A和图2B中所示的保持构件100的材料具有相同相的材料。例如，保持构件116可包括呈奥氏体相的形状记忆合金。转化可由于刺激而发生。刺激可以是温度的变化(例如，加热至高于Af)、电流、磁场或化学信号。在一些实施方案中，电流可穿过保持构件108，从而致使保持构件108经历焦耳加热。这种加热可将保持构件108的温度升高至高于Af，而不显著升高主体112或其中的切割元件14的温度。例如，切割元件14在相转变期间可维持在低于约400℃、低于约300℃、或甚至低于约200℃的温度下。在切割元件14的聚晶硬质材料18包括金刚石的情况下，对保持构件108的加热可避免与使金刚石过热相关联的问题(例如，反石墨化、来自膨胀的应力等)，因为发生相变的温度可低于金刚石趋于降解的温度。
如果没有对保持构件116基于其邻近主体112和切割元件14的位置的物理约束，保持构件116可具有与图2A和图2B中所示的保持构件100大致相同的尺寸。也就是说，当处于与保持构件100相同的相时，保持构件116可保持其先前具有的形状的“记忆”。
继续参考图6，保持构件116可分别在主体112和切割元件14上施加力120、124。可基于保持构件116返回到保持构件100的原始尺寸的趋势来施加力120、124。力120、124的大小可基于保持构件116的尺寸和保持构件100在其初始状态下的尺寸偏离的大小而变化。
图7示出包括形状记忆材料的另一钻地工具的简化侧视剖面图。特别地，钻头主体212可具有安装在其上(诸如在固定切割器钻头(例如图1中所示的钻头10)的刀片上)的一个或多个切割元件214。每个切割元件214可包括聚晶硬质材料218、和任选地如本文先前描述的基体220。基体220可在其中限定腔体222，所述腔体222可用于将切割元件214固定到钻头主体212。钻头主体212可包括柱销224或被构造成配合在切割元件214中的腔体222内的其他突起。包括形状记忆材料的保持构件226或紧固件可在柱销224之上或围绕柱销224设置在腔体222内。保持构件226可如上面关于图2A至图6所描述。也就是说，保持构件226可包括已经在第一固相中经过训练或变形、插入腔体222中并且位于柱销224之上，并且然后转变到具有不同尺寸的第二固相的材料。保持构件226可施加力以将切割元件214保持在钻头主体212上。
在一些实施方案中，柱销224可具有例如约0.25英寸(6.35mm)至约0.5英寸(12.7mm)的外径。腔体222可具有例如约0.375英寸(9.53mm)至约0.625英寸(15.9mm)的内径。在此类实施方案中，当处于图7中所示的相时，保持构件226可具有约0.25英寸(6.35mm)至约0.5英寸(12.7mm)的内径和约0.375英寸(9.53mm)至约0.625英寸(15.9mm)的外径，使得保持构件226接触柱销224的外侧和腔体222的内侧。保持构件226可具有介于约0.005英寸(0.13mm)至约0.125英寸(3.2mm)之间的厚度。在一些实施方案中，保持构件226可具有小于约0.030英寸(0.76mm)的厚度。柱销224和腔体222的大小可为任何大小，只要基体220可支撑作用在其上的力即可。
在一些实施方案中，柱销224、腔体222和保持构件226的尺寸可基于切割元件214的尺寸和材料、钻头主体212的尺寸和材料、预计在钻井作业中遇到的地层的组成、或任何其他因素来选择。
如图7所示，在切割元件214的侧面(例如，在切割元件214是圆柱形的情况下为外径)与钻头主体212之间存在间隙228。也就是说，钻头主体212可形成切割元件214设置在其中的凹坑，但凹坑不接触切割元件214。在其他实施方案中，切割元件214可根本不在凹坑中。在其他实施方案中，并且如图8所示，切割元件214的侧面(例如，在切割元件214是圆柱形的情况下为外径)可邻接钻头主体212(例如，在钻头主体212中的凹坑中)。这种钻头主体212可提供结构支撑，以防止基体220的围绕柱销224的部分由于保持构件226的向外的力而变形。当保持构件226在基体220上膨胀并向外推动时，基体220可被推靠在钻头主体212的表面上。
在一些实施方案中，并且如图9所示，钻头主体212可限定腔体230，柱销232插入腔体230中。柱销232的一部分也可插入切割元件214的腔体222中。柱销232可包括形状记忆材料，如本文所描述。在刺激(例如，加热)之后柱销232的尺寸(例如，直径)的膨胀可能在钻头主体212和切割元件214两者上引起向外的力，这可能倾向于将切割元件214保持在钻头主体212上。腔体230可比图7和图8中所示的柱销224相对更容易机加工，因为腔体230可通过在钻头主体212中钻孔来形成。可选地，在一些实施方案中，可通过从与模具相邻的基质材料铸造钻头主体212来形成腔体230。
在一些实施方案中，当处于图9中所示的相时，柱销232可具有例如约0.315英寸(8.0mm)至约1.00英寸(25.4mm)、诸如小于约0.500英寸(12.7mm)的外径。腔体222和230可各自具有匹配柱销232的外径的内径。在一些实施方案中，柱销232以及腔体222和230的尺寸可基于切割元件214的尺寸和材料、钻头主体212的尺寸和材料、预计在钻井作业中遇到的地层的组成、或任何其他因素来选择。柱销232以及腔体222和230的大小可为任何大小，只要基体220和钻头主体212可支撑作用在其上的力即可。
尽管图7至图9中所示的柱销224、232、腔体222、230以及保持构件226被描绘为具有总体圆柱形的表面，但这些零件可渐缩以允许轻易地组装和拆卸。例如，腔体222、230的内部和柱销224、232的外部可各自具有与切割元件214的中心线成约0.1°至约10°(诸如约0.5°至约3°)的角度的表面。在一些实施方案中，腔体222、230的内表面和柱销224、232的外表面可具有对应的形状以帮助保持。
图11和图12示出其中切割元件14使用包括形状记忆材料和填充材料318的保持构件316固定到主体112的实施方案。填充材料318可以是具有低于约300℃的熔点的材料，诸如低温合金。在一些实施方案中，填充材料318可包括诸如铋、锑或锡的金属中的一者或多者，它们可以是商业纯的或与其他元素混合。例如，填充材料218可包括Sn基合金、Pb基合金、In基合金、Cd基合金、Bi基合金、或Sb基合金。填充材料318可包括焊料材料，诸如通常用于熔化金属物体的金属合金。在其他实施方案中，填充材料318可包括聚合物材料(例如，环氧树脂、热固物等)。填充材料318可被配制成变形以匹配切割元件14、主体112或保持构件316的表面的形状，诸如以便改善这些部件之间的接触。因此，填充材料318可减小由于表面粗糙度或相邻零件的形状之间的失配而发生的应力集中。填充材料318的使用可允许零件(包括保持构件316)制造成具有更宽的公差范围。填充材料318还可提供阻尼能力以保护切割元件14。在一些实施方案中，填充材料318可包括多于一种类型的材料、或多于一个主体，这取决于切割元件14和主体112的设计。填充材料还可与其他公开的实施方案(诸如图7至图9中所示的那些)结合使用。如果填充材料具有中间声学特性(即，介于切割元件14和主体112的声学特性之间的声学特性)，那么填充材料318还可减少接触面振动，以将应力波从切割元件14传递到主体112。
填充材料318可以固体或液体形式邻近切割元件14和主体112设置。例如，填充材料318可作为环、片、粉末、糊料或其他固体形式插入。在其他实施方案中，填充材料318可以熔融，并且熔融的填充材料318可在切割元件14与主体112之间芯吸。
如上所讨论，通过改变温度或向形状记忆材料提供另一刺激，如所描述的切割元件和钻头主体可彼此附接和/或彼此分离。此类过程可在低于切割元件的分解温度(对于聚晶金刚石切割元件通常为约750℃)下进行。
图13至图15示出其中切割元件使用包括形状记忆材料的保持构件结合过盈配合固定到主体的实施方案。例如，如图13所示，切割元件414可包括渐缩基体417(例如，硬质合金基体或钢基体)，其被设定形状以便配合在主体412(例如，钢主体)中的开口或凹坑中。聚晶硬质材料418可诸如通过固定到渐缩基体417的任选的碳化物或钢背衬419而固定到基体417。主体412中的开口可具有与基体417的外部大致相同的形状，但是开口的锥度可与基体417的锥度略微不同(例如，差约1°、约1.5°、约2°等)，以在施加力以将切割元件414压向主体412时提供基体417与主体412之间的过盈配合。也就是说，基体417、主体412或两者可弹性变形，因为基体417和主体412的未变形形状会彼此干涉，或占据相同的体积。这种变形可能导致基体417与主体412之间的高摩擦力，其中摩擦力与倾向于使切割元件414和主体412相对于彼此移动的力相反。在一些实施方案中，温度差可施加到主体412和基体417，这样当零件达到平衡时，产生更大的保持力。例如，在安设之前，可加热主体412，可冷却基体417，或两者。这种过程在本领域中可称为“收缩配合”。基体417与主体412之间的过盈配合可提供足够的力以在保持构件416经历相变时保持切割元件414相对于主体412的相对位置。保持构件416可提供另外的力以将切割元件414保持在适当位置。
保持构件416可限制或防止切割元件414滑出主体412中的开口，使得由于基体417的锥度与开口的锥度之间的过盈配合所致的保持力仍然是高的。由保持构件416提供的保持力可特别地有利于改善切割元件414上的旋转或侧向载荷的保持力(即，在除沿着切割元件414的轴线的纵向方向之外的方向上作用的那些力)、或在从开口的向外方向上的力。由基体417与主体412的过盈配合和由保持构件416提供的组合保持力因此可大于单独作用的力的总和。如图13所示，保持构件416可呈柱销的形式，当处于一个相(例如，马氏体)时，所述柱销滑入基体417和主体412中的每一者内的孔洞中。当处于另一个相(例如，奥氏体)时，保持构件416的材料可适形于基体417和主体412内的孔洞，与仅通过过盈配合固定的切割元件相比，这可改善切割元件414与主体412的对准并减少主体412的变形。
将切割元件414固定到主体412的这种方法可消除对切割元件414进行钎焊的需要，钎焊通常是昂贵的、耗时的并且对切割元件414(例如，对其上的金刚石台)可能有害。锥形过盈配合与保持构件416的组合可在各种情况下、甚至在现场实现工具的附接、旋转和其他调整以及修理。
在其他实施方案中，并且如图14所示，保持构件416′可呈围绕基体417的总体圆柱形部分的环的形式。切割元件414可使用过盈配合安设在主体412中，但不受保持构件416′的干涉。保持构件416′的相变可引起保持构件416′与基体417和主体412中的每一者的过盈配合。
如图15所示，保持构件416″可呈与基体417的总体平坦表面相邻的材料片的形式。主体412可具有对应的平坦表面。切割元件414可使用过盈配合安设在主体412中，但最初不受保持构件416″的干涉。保持构件416″的相变可引起保持构件416″与基体417和主体412中的每一者的过盈配合。在图13至图15中所示的实施方案中的任一者中，填充材料可与保持构件416结合使用，如以上关于图11至图12所描述。
图16是示出呈柱销形式的保持构件516可在经受部分约束时出现的方式的简化侧视图。在第一相(未示出)中，保持构件516可以是基本上圆柱形的柱销，其自由地滑入和滑出主体512中的孔洞。在刺激之后，保持构件516的材料可改变到第二相。在保持构件516完全不受约束的情况下，保持构件516可呈另一种基本上圆柱形的形式，具有比在第一相时更大的直径和更短的长度。在保持构件516部分受约束的情况下(如图16所示)，保持构件516的受约束部分(在图16的取向上的下部部分)与保持构件516的不受约束部分(在图16的取向上的上部部分)相比可具有更小的直径。例如，受约束部分可具有与主体512中的孔洞的内径相对应的第一直径d1，并且不受约束部分可具有比d1大的第二直径d2。保持构件516可具有直径从d1改变到d2的过渡区域。过渡区域可具有比保持构件516的暴露长度Le小的长度Lt。
图17是使用图16中所示的保持构件516来连结两个主体的方式的简化侧视图。第二主体520可设置在主体512和保持构件516之上。第二主体520可限定保持构件516延伸到其中的空隙。空隙可具有两个或更多个节段，它们具有不同的直径(或在空隙不是圆形时为其他侧向尺寸)。例如，下部节段(在图17的取向上)可具有等于d1的直径，并且上部节段可具有大于d2(图16中所示的保持构件516的直径)的直径。因此，当保持构件516处于第二相时，其上部部分可在空隙内不受约束。保持构件516可因此形成具有渐缩外表面的“蘑菇形”形状。保持构件516的锥度可通过在第二主体520与保持构件516之间形成机械锁定而有助于保持力，所述保持力可比具有类似尺寸但没有蘑菇形形状(例如，空隙的整个直径为直径d1)的相似零件之间的摩擦力更强。
图18是示出具有沟槽618的保持构件616可对部分约束作出反应的方式的简化侧视图。在第一相(未示出)中，基本上圆柱形的柱销可被机加工以形成沟槽618并使保持构件616的上部节段617与下部节段619分离。保持构件616可自由地滑入和滑出主体612中的孔洞。在刺激之后，保持构件616的材料可改变到第二相。在保持构件616的下部节段619受约束的情况下(如图18所示)，下部节段619与上部节段617相比可具有更小的直径。例如，下部节段619可具有与主体612中的孔洞的内径相对应的第一直径d1，并且上部节段617可具有比d1大的第二直径d2。沟槽618可消除上部节段617与下部节段619之间的应变，并且使得下部节段619和上部节段617能够各自具有大致均匀的直径，而在其间没有锥形过渡区域(与图16至图17中所示的保持构件516相比)。由于上部节段617的外部部分与主体612之间的干涉x，较大直径的上部节段617可将保持构件616穿过孔洞机械地锁定在主体612的孔洞中(即，保持构件616不可在图18的取向上向下推动)。在一些实施方案中，具有大于d2的直径的肩部613可形成在主体612中。
图19是使用图18中所示的保持构件616来连结两个主体的方式的简化侧视图。第二主体620可设置在主体612和保持构件616之上。此外，保持构件616可包括多个沟槽618、622。第二主体620可具有保持构件616延伸到其中的孔洞。孔洞可具有两个或更多个节段，它们具有不同的直径。例如，下部节段(在图19的取向上)可具有等于d1的直径，并且上部节段可具有大于d2的直径。因此，当保持构件616处于第二相时，其上部节段617可在径向上不受约束，从而将保持构件616锁定到第二主体620。主体612中的孔洞可具有类似的特征，使得保持构件616的另一节段621不受约束且与主体612一起锁定。当保持构件616处于第二相时，保持构件616的不受约束节段617、621与主体612和第二主体620之间的干涉x可防止第二主体620与主体612的分离。
如图16至图19所示，部分地约束形状记忆材料可产生具有阶梯状结构的表面，与没有阶梯状结构的保持构件相比，这可有利于提供改善的保持力。形状记忆材料可提供更广的设计选择，并表现出比常规的收缩配合方法更高的可靠性。例如，收缩配合零件通常可被设计成每1”长度(即，0.1％)具有大约0.001”的干涉。收缩配合方法依赖于热膨胀，其可以在约0.00001/℃的范围内。形状记忆材料的可恢复应变的大小可更大，甚至高达10％。另外，与通常用于收缩配合的圆柱形零件相比，可由形状记忆材料形成复杂的形状。最后，可移除和调整由具有双向形状记忆的形状记忆材料形成的保持构件，以改变零件的位置。在图16至图19中所示的实施方案中的任一者中，填充材料可与保持构件516、616结合使用，如以上关于图11至图12所描述。
形状记忆材料可单独用作保持构件，或者与其他保持机构结合使用(例如，过盈配合(如图13至图15所示和所描述)、钎焊等)。形状记忆材料与其他保持机构的组合可产生与仅用常规的保持机构形成的装置相比具有更高强度的装置。
图20是示出其中形状记忆材料可有利地用作保持构件的一种应用的简化横截面侧视图。如所示出的，保持构件716可用于以类似于图9中所示的方式的方式将切割元件714固定到钻头主体712。切割元件714可在其中包括传感器722，用于检测切割元件714所暴露于的条件。例如，传感器722可包括热电偶、应变仪、压力传感器等。线材724可穿过钻头主体712中的通道726将传感器722连接到另一个部件(例如，处理器)。线材724和传感器722可以是对极端温度相对敏感的，并且因此将切割元件714钎焊到钻头主体712可能是不切实际的。如本文所描述的保持构件716的使用可使得切割元件714能够附接到钻头主体712，而不损坏传感器722。
图21至图23示出另一种紧固设备应用，其中由形状记忆材料形成的保持构件816设置在主体812内的孔洞815内。轴线817沿保持构件816的轴向尺寸通过。应当注意，保持构件816是圆柱形的并且具有圆形形状的轴向横截面(垂直于轴线817截取的横截面)。在可选的实施方案中，轴向横截面可以是任何多边形或非圆形形状。孔洞815具有相同轴向尺寸的横截面，所述横截面的形状优选地为矩形、并且更优选地为正方形。在其他实施方案中，孔洞815的轴向横截面可以是任何多边形或非圆形形状。图21至图22描绘已经插入孔洞815中的保持构件816。在插入时，保持构件816松散地配合在孔洞815内，如图22中最佳示出的。图23描绘现在已经经历相变使得其径向膨胀的保持构件816。径向膨胀产生四个侧接触点821，其中保持构件816与孔洞815形成过盈配合。侧接触点821固定保持构件816以抵抗轴向力以及扭转力。应当注意，保持构件816可类似于保持构件516，类似之处在于：保持构件816包括类似的锥度并且因此将会在相变时形成“蘑菇形”形状。
图24描绘可选的紧固设备应用，其中由形状记忆材料形成的保持构件916设置在主体912内的孔洞915内。保持构件916具有轴线917。保持构件916具有第一轴向横截面形状，并且孔洞915呈现第二轴向横截面形状，它们的形状各自为矩形，并且优选地为正方形。与先前描述的保持构件816一样，保持构件916最初设置在孔洞915内，使得其松散地配合在孔洞915内。在相变之后，保持构件916的宽度(参见箭头970)和深度(箭头972)均膨胀。此膨胀将把保持构件916锁定在孔洞915内以抵抗旋转运动以及轴向运动(诸如使保持构件916从孔洞915撤出的运动)。
尽管总体上关于切割元件进行描述，但是包括形状记忆材料的保持构件不限于此。此类材料可用于需要强劲紧固且紧固件的形状具有宽泛灵活性的应用。例如，所公开的方法和材料可用于组装任何种类的井下工具、工业机械、汽车、电子器件等。
在下文描述本公开的另外的非限制性示例性实施方案。
实施方案1：一种钻地工具，其包括：工具主体；至少一个切割元件；以及保持构件，所述保持构件包括位于所述工具主体的表面与所述至少一个切割元件的表面之间的形状记忆材料。所述形状记忆材料被构造成响应于刺激的施加而从第一固相转变到第二固相。所述保持构件包括处于所述第二固相的所述形状记忆材料，并且至少部分地保持所述至少一个切割元件邻近所述工具主体。
实施方案2：如实施方案1所述的钻地工具，其中所述至少一个切割元件包括固定到基体的金刚石台。
实施方案3：如实施方案2所述的钻地工具，其中所述基体限定腔体，所述保持构件的至少一部分设置在所述腔体中。
实施方案4：如实施方案1至3中任一项所述的钻地工具，其中所述保持构件包括至少一个环形套筒。
实施方案5：如实施方案4所述的钻地工具，其中所述至少一个环形套筒围绕所述至少一个切割元件。
实施方案6：如实施方案1至5中任一项所述的钻地工具，其中所述刺激的施加包括：将所述形状记忆材料加热至高于预先选择的温度。
实施方案7：如实施方案1至6中任一项所述的钻地工具，其中所述形状记忆材料被构造成响应于另一刺激而从所述第二固相转变到所述第一固相以释放所述至少一个切割元件。
实施方案8：如实施方案7所述的钻地工具，其中所述另一刺激包括：使所述形状记忆材料冷却至低于另一预先选择的温度。
实施方案9：如实施方案1至8中任一项所述的钻地工具，其中所述形状记忆材料包括选自由以下项组成的组的合金：Ni基合金、Cu基合金、Co基合金、Fe基合金、Ti基合金、Al基合金以及它们的混合物。
实施方案10：如实施方案1至8中任一项所述的钻地工具，其中所述形状记忆材料包括聚合物。
实施方案11：如实施方案1至10中任一项所述的钻地工具，其还包括：邻近所述保持构件的填充材料，所述填充材料被构造成至少基本上填充位于所述保持构件、所述切割元件的所述表面和所述工具主体的所述表面中的至少一者之间的腔体。
实施方案12：如实施方案11所述的钻地工具，其中所述形状记忆材料包括金属合金，并且其中所述填充材料具有小于所述形状记忆材料的奥氏体相转变温度的熔点。
实施方案13：如实施方案11或实施方案12所述的钻地工具，其中所述填充材料具有小于约300℃的熔点。
实施方案14：如实施方案11至13中任一项所述的钻地工具，其中所述填充材料包括以下项中的至少一者：Bi、Sb、Sn、Sn基合金、Pb基合金、In基合金、Cd基合金、Bi基合金、或Sb基合金。
实施方案15：一种形成钻地工具的方法，其包括：将包括形状记忆材料的保持构件设置在切割元件与工具主体之间的空间中；以及通过施加刺激使所述形状记忆材料从第一固相转变到第二固相，以致使所述保持构件在所述切割元件、所述保持构件和所述工具主体之间产生机械干涉，以将所述切割元件固定到所述工具主体。
实施方案16：如实施方案15所述的方法，其中将保持构件设置在切割元件与工具主体之间的空间中包括：将所述保持构件设置在所述切割元件内的腔体中。
实施方案17：如实施方案15或实施方案16所述的方法，其中将保持构件设置在切割元件与工具主体之间的空间中包括：将所述保持构件设置在所述工具主体内的腔体中。
实施方案18：如实施方案15至17中任一项所述的方法，其中将保持构件设置在切割元件与工具主体之间的空间中包括：将至少一个环形套筒设置在所述空间中。
实施方案19：如实施方案18所述的方法，其中将至少一个环形套筒设置在所述空间中包括：将所述至少一个环形套筒围绕所述切割元件设置。
实施方案20：如实施方案15至19中任一项所述的方法，其中将保持构件设置在切割元件与工具主体之间的空间中包括：将至少一个圆柱形保持构件设置在所述空间中。
实施方案21：如实施方案15至20中任一项所述的方法，其还包括：向所述形状记忆材料施加另一刺激以从所述工具主体释放所述至少一个切割元件。
实施方案22：如实施方案21所述的方法，其中向所述形状记忆材料施加另一刺激包括：使所述形状记忆材料冷却至低于预先选择的温度。
实施方案23：如实施方案15至22中任一项所述的方法，其还包括：在将所述保持构件设置在所述空间中之前对所述形状记忆材料进行训练。
实施方案24：如实施方案15至23中任一项所述的方法，其中所述刺激包括热刺激。
实施方案25：如实施方案15至24中任一项所述的方法，其中所述形状记忆材料包括合金，其中通过施加刺激使所述形状记忆材料从第一固相转变到第二固相包括：使所述合金从马氏体相转化到奥氏体相。
实施方案26：如实施方案15至25中任一项所述的方法，其还包括：在使所述形状记忆材料从所述第一固相转变到所述第二固相之前，将填充材料邻近所述所述保持构件设置。
实施方案27：一种形成钻地工具的方法，其包括：将处于第一固相的形状记忆材料训练到第一形状，将处于第二固相的所述形状记忆材料训练到第二形状，使得包括所述形状记忆材料的保持构件表现出在至少一个方向上比在处于所述第一固相时的至少一个方向上大的尺寸；使所述形状记忆材料转变到所述第一固相；将包括处于所述第一固相的所述形状记忆材料的所述保持构件至少部分地设置在切割元件与工具主体之间的空间内；以及使所述形状记忆材料转变到所述第二固相以将所述切割元件固定到所述工具主体。
实施方案28：如实施方案27所述的方法，其中将包括处于所述第一固相的所述形状记忆材料的所述保持构件至少部分地设置在所述空间内包括：将所述切割元件放置在包括所述形状记忆材料的套筒内。
实施方案29：如实施方案27所述的方法，其中将包括处于所述第一固相的所述形状记忆材料的所述保持构件至少部分地设置在所述空间内包括：将包括所述形状记忆材料的所述保持构件设置在所述切割元件内的第一腔体和所述工具主体内的第二腔体中的每一者内。
实施方案30：如实施方案27所述的方法，其还包括：将所述保持构件围绕从所述工具主体的表面延伸的柱销设置。
实施方案31：如实施方案27至30中任一项所述的方法，其中使所述形状记忆材料转变到所述第二固相包括：致使所述保持构件施加与所述切割元件和所述工具主体中的每一者的表面正交的力。
实施方案32：如实施方案27至31中任一项所述的方法，其中使所述形状记忆材料转变到所述第一固相包括：冷却所述形状记忆材料。
实施方案33：如实施方案27至32中任一项所述的方法，其中使所述形状记忆材料转变到所述第二固相包括：加热所述形状记忆材料。
实施方案34：如实施方案27至33中任一项所述的方法，其还包括：选择所述形状记忆材料以包括选自由以下项组成的组的合金：Ni基合金、Cu基合金、Co基合金、Fe基合金、Ti基合金、Al基合金以及它们的混合物。
实施方案35：如实施方案27至34中任一项所述的方法，其还包括：选择所述形状记忆材料以包括聚合物。
实施方案36：一种用于形成或服务于井筒的工具，其包括：第一主体；第二主体；以及保持构件，所述保持构件位于所述第一主体的表面与所述第二主体的表面之间。所述保持构件相对于所述第一主体至少部分地保持所述第二主体。所述保持构件包括形状记忆材料，所述形状记忆材料被构造成响应于刺激的施加而从第一固相转变到第二固相。
实施方案37：如实施方案36所述的工具，其中当处于所述第一固相时，所述保持构件包括圆柱形主体。
实施方案38：如实施方案36或实施方案37所述的工具，其中当所述形状记忆材料处于所述第二固相时，所述保持构件的至少一部分受到物理约束。
实施方案39：如实施方案38所述的工具，其中当所述形状记忆材料处于所述第二固相时，所述保持构件的一部分不受物理约束。
实施方案40：如实施方案36至39中任一项所述的工具，其中所述形状记忆材料被构造成响应于另一刺激而从所述第二固相转变到所述第一固相以从所述第一主体释放所述第二主体。
实施方案41：如实施方案36至40中任一项所述的工具，其中所述形状记忆材料包括选自由以下项组成的组的至少一种材料：Ni基合金、Cu基合金、Co基合金、Fe基合金、Ti基合金和Al基合金。
实施方案42：如实施方案36至40中任一项所述的工具，其中所述形状记忆材料包括选自由以下项组成的组的至少一种材料：环氧聚合物、热固性聚合物和热塑性聚合物。
实施方案43：如实施方案36至41中任一项所述的工具，其还包括：传感器，所述传感器设置在所述第一主体或所述第二主体中的至少一者中的开口内。
实施方案44：一种形成用于形成或服务于井筒的工具的方法。所述方法包括：将包括形状记忆材料的保持构件设置在第一主体与第二主体之间的空间中；以及通过施加刺激使所述形状记忆材料从第一固相转变到第二固相，以致使所述保持构件在所述第一主体、所述保持构件和所述第二主体之间产生机械干涉，以将所述第一主体固定到所述第二主体。
实施方案45：如实施方案44所述的方法，其中使所述形状记忆材料从第一固相转变到第二固相包括：约束所述形状记忆材料的至少一部分。
实施方案46：如实施方案44或实施方案45所述的方法，其中使所述形状记忆材料从第一固相转变到第二固相包括：形成所述形状记忆材料的不受约束部分。
实施方案47：如实施方案44至46中任一项所述的方法，其还包括：在所述保持构件中形成沟槽。
实施方案48：如实施方案44至47中任一项所述的方法，其还包括：将所述第一主体按压到所述第二主体内的开口中。
实施方案49：如实施方案44至48中任一项所述的方法，其中使所述形状记忆材料从第一固相转变到第二固相包括：施加热刺激、电刺激、磁刺激或化学刺激。
实施方案50：如实施方案44至49中任一项所述的方法，其还包括：在将所述保持构件设置在所述空间中之前对所述形状记忆材料进行训练。
实施方案51：如实施方案44至50中任一项所述的方法，其中所述形状记忆材料包括合金，并且其中通过刺激使所述形状记忆材料从第一固相转变到第二固相包括：使所述合金从马氏体相转化到奥氏体相。
实施方案52：如实施方案44至51中任一项所述的方法，其还包括：在使所述形状记忆材料从所述第一固相转变到所述第二固相之前，将填充材料邻近所述所述保持构件设置。
实施方案53：一种紧固设备，其包括主体，所述主体包括形状记忆材料。所述主体至少具有垂直于所述主体的纵轴测量的第一横截面积和第二横截面积。所述第二横截面积小于所述第一圆形横截面积。所述形状记忆材料被构造成响应于刺激的施加而从第一固相转变到第二固相。
实施方案54：如实施方案53所述的紧固设备，其中所述形状记忆材料包括合金。
实施方案55：如实施方案53所述的紧固设备，其中所述形状记忆材料包括聚合物。
实施方案56：如实施方案53至55中任一项所述的紧固设备，其中所述主体具有垂直于所述主体的所述纵轴测量的第三横截面积，其中所述第二横截面积介于所述第一横截面积与所述第三横截面积之间，并且其中所述第一横截面积等于所述第三横截面积。
实施方案57：如实施方案53至56中任一项所述的紧固设备，其中所述第一横截面积和所述第二横截面积中的至少一者包括圆形横截面。

Claims (11)

1.一种紧固设备，其包括：
包括形状记忆材料的保持构件，所述保持构件具有第一横截面形状的轴向横截面；
位于主体内的孔洞，所述保持构件设置在所述孔洞中，所述孔洞具有第二横截面形状的轴向横截面；
其中所述形状记忆材料被构造成响应于刺激的施加而从第一固相转变到第二固相；并且
所述形状记忆材料到所述第二固相的转变将使所述保持构件抵抗旋转和轴向运动固定在所述孔洞内。
2.如权利要求1所述的紧固设备，其中所述第二横截面形状是非圆形的。
3.如权利要求2所述的紧固设备，其中所述第一横截面形状是矩形的。
4.如权利要求1所述的紧固设备，其中所述第一横截面形状是圆形的。
5.如权利要求1所述的紧固设备，其中所述第一横截面形状是非圆形的。
6.如权利要求5所述的紧固设备，其中所述第一横截面形状是矩形的。
7.如权利要求6所述的紧固设备，其中所述第一横截面形状是方形的。
8.如权利要求3所述的紧固设备，其中所述第二横截面形状是方形的。
9.如权利要求1所述的紧固设备，其中所述保持构件通过在所述保持构件与所述孔洞之间提供过盈配合的多个侧接触点而抵抗旋转和轴向运动固定。
10.一种形成用于形成或服务于井筒的工具的方法，所述方法包括：
将包括形状记忆材料的保持构件设置在主体内的孔洞中，所述保持构件呈现第一形状的轴向横截面，并且所述孔洞呈现矩形第二形状的轴向横截面；以及
通过施加刺激使所述形状记忆材料从第一固相转变到第二固相，以致使所述保持构件在所述保持构件与所述主体之间产生机械干涉，以将所述保持构件抵抗旋转和轴向运动固定。
11.如权利要求10所述的方法，其中使所述形状记忆材料从第一固相转变到第二固相包括：施加热刺激、电刺激、磁刺激或化学刺激。
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