CN116391070A - 具有多晶金刚石元件的抽油杆联接器和工具接头 - Google Patents

Abstract

本公开包括抽油杆柱、管道保护器和具有定位在其上的多晶金刚石元件的工具接头，以便在井下应用中对接与其他表面的接合。多晶金刚石元件可以定位在抽油杆引导件、抽油杆联接器、管道保护器和工具接头上。

Description

具有多晶金刚石元件的抽油杆联接器和工具接头

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年9月25日提交的题为“Sucker Rod Couplings withPolycrystalline Diamond Elements(具有多晶金刚石元件的抽油杆联接器)”的美国临时专利申请第63/083,252号(待决)的权益，其全部内容以参见的方式纳入本文。本申请也是于2019年8月1日提交的题为“olycrystalline Diamond Tubular Protection(多晶金刚石管状件保护器)”的美国专利申请第16/529,310号(待决)的部分继续专利申请，该申请本身要求于2018年8月2日提交的题为“Polycrystalline Diamond Tubular Protection(多晶金刚石管状件保护器)”的美国临时专利申请第62/713,681号(过期)的权益，其全部内容以参见的方式纳入本文。

技术领域

本公开涉及用作彼此可移动地接合的管状件之间的保护的多晶金刚石元件；涉及设备和包括该设备的系统；以及涉及制造、组装和使用它们的方法。

背景技术

若干个井下油井构造和生产应用涉及相对较小直径的管状件，该相对较小直径的管状件与(例如，内部)相对较大直径的管状件(例如，以滑动、旋转和/或往复接合的方式)可移动地联接。这些应用包括但不限于在套管内操作的钻杆柱和在生产油管内操作的抽油杆柱。

相对较大的外管状件的内直径和相对较小的内管状件的外直径上的磨损，特别是在内管或抽油杆的镦粗联接或连接直径处的磨损，经常是有问题的。这些磨损问题在定向钻井中加速，在定向钻井中，重力导致内管状件及其连接件与较大直径管状件(例如，套管或生产管)的内低侧接合并“叠置(ride)”在该较大直径管状件的内低侧上。此外，具有相对高偏差变化的井会产生内管状件和外管状件的界面的摩擦点。

在钻井操作中，这种磨损可能会导致钻柱失效和钻柱在失效后的丢失。由于套管磨损，这种磨损还会对井的完整性造成问题。在生产操作中，这种磨损可能会导致抽油杆柱失效或导致生产油管磨损。生产油管故障导致操作者不得不提前维修油井，增加了成本并损失了产量。

随着时间的推移，已经开发了通过在内管状柱的外表面周围间隔地附接牺牲保护器或引导件来减少内管状件和外管状件界面处的接触和磨损的技术。在钻井应用中，这些牺牲保护器或引导件通常称为“管道保护器”。在生产应用中，这些牺牲保护器或引导件通常称为“杆引导件”。在钻井和生产应用中，这些牺牲保护器或引导件通常由模制橡胶、尼龙、塑料、聚合物、聚氨酯、合成聚酰胺或聚醚醚酮(PEEK)制成。管道保护器通常安装在金属框架上。杆引导件可以直接模制在杆长度上，并且可以包括或可以不包括金属框架。对于当前用于牺牲保护器或引导件的任何材料，相对较高的温度会导致牺牲保护器或引导件的磨料磨损率增加。

更换钻杆、抽油杆柱和/或生产油管既昂贵又耗时。在生产应用的情况下，避免磨损问题涉及在井上工作，以更换引导件并清除生产油管中的碎屑。在所谓的非常规井中，更换抽油杆引导件的修井频率可能高达每三个月一次。

所需要的是一种延长管道保护器和杆引导件的寿命而不增加或显著增加保护器/引导件与外管状件接合的摩擦系数的技术。

过去，多晶金刚石元件被禁止与套管或生产油管的内表面接合。在不受理论约束的情况下，多晶金刚石，包括热稳定的多晶金刚石和多晶金刚石复合片，已被认为禁止用于与含铁金属和含有超过痕量的金刚石溶剂－催化剂(包括钴、镍、钌、铑、钯、铬、锰、铜、钛或钽)的其他金属、金属合金、复合材料、硬面、涂层或镀层的接合。此外，这种使用多晶金刚石的先前禁忌延伸到了所谓的“超级合金”，包括含有超过痕量金刚石溶剂－催化剂的铁基、钴基和镍基高温合金。典型地,用于加工这种材料的表面速度典型地在大约0.2m/s到大约5m/s的范围内。尽管这些表面速度不是特别高，但诸如在切削尖端处产生的载荷和伴随温度往往超过了金刚石的石墨化温度(即，大约700℃)，这在存在有金刚石溶剂－催化剂的情况下可能导致诸如金刚石尖端工具的部件的快速磨损和失效。在不受理论约束的情况下，具体的失效机制被认为是由含碳金刚石与被加工的吸碳材料的化学相互作用引起的。美国专利第3,745,623号是关于多晶金刚石对含有金刚石溶剂－催化剂的金属或合金加工的禁忌症的示例性参考。多晶金刚石在加工含有金刚石溶剂－催化剂材料中的禁忌长期以来导致在所有与此类材料接触的应用中避免使用多晶金刚石。

发明内容

本公开的一些实施例包括抽油杆组件。该组件包括定位在井筒内的生产油管。该生产油管具有限定生产油管的腔体的内部腔体壁。该内部腔体壁是包括金属的金属表面，该金属包含基于该金属的总重量的至少2wt.％(重量％)的金刚石溶剂－催化剂。抽油杆柱定位在生产油管的腔体内。该抽油杆柱包括第一抽油杆、第二抽油杆和抽油杆联接器。该第一抽油杆与该抽油杆联接器的第一端联接，该第二抽油杆与该抽油杆联接器的第二端联接。多个多晶金刚石元件与抽油杆联接器联接。每个多晶金刚石元件具有多晶金刚石的接合表面。多晶金刚石的接合表面沿着抽油杆柱定位，以对接该抽油杆柱与生产油管的金属表面之间的接合。

本公开的一些实施例包括对接抽油杆柱与生产油管之间的接合的方法。该方法包括提供具有第一抽油杆、第二抽油杆和抽油杆联接器的抽油杆柱。该第一抽油杆与该抽油杆联接器的第一端联接，该第二抽油杆与该抽油杆联接器的第二端联接。该方法包括将多个多晶金刚石元件定位在抽油杆联接器上。每个多晶金刚石元件具有多晶金刚石的接合表面。该方法包括提供定位在井筒内的生产油管。该生产油管具有限定腔体的内部腔体壁。该内部腔体壁是包括金属的金属表面，该金属包含基于该金属的总重量的至少2wt.％的金刚石溶剂－催化剂。该方法包括将抽油杆柱定位在生产油管的腔体内，使得多晶金刚石的接合表面沿着抽油杆柱定位，以对接抽油杆柱与生产油管的金属表面之间的接合。

本公开的一些实施例包括井下管状件组件。该组件包括具有第一端、第二端以及在该第二端处的工具接头的管状件。多个多晶金刚石元件与工具接头联接。每个多晶金刚石元件具有多晶金刚石的接合表面。该组件包括井筒中的套管。该套管具有内部壁，该内部壁具有金属表面。该金属表面包括金属，该金属包含基于金属的总重量的至少2wt.％的金刚石溶剂－催化剂。管状件定位在该套管内，使得多晶金刚石的接合表面定位成对接工具接头与套管的内部壁之间的接合。

本公开的一些实施例包括对接工具接头与套管之间的接合的方法。该方法包括提供具有第一端、第二端以及在该第二端处的工具接头的管状件。该方法包括将多个多晶金刚石元件与工具接头联接。每个多晶金刚石元件具有多晶金刚石的接合表面。该方法包括在井筒中提供套管。该套管具有内部壁，该内部壁具有金属表面。该金属表面包括金属，该金属包含基于金属的总重量的至少2wt.％的金刚石溶剂－催化剂的。该方法包括将管状件定位在套管中，使得多晶金刚石的接合表面定位成对接工具接头与套管的内部壁之间的接合。

附图说明

为了可以更详细地理解本公开的系统、设备和/或方法的特征和优点的方式，可以通过参考构成本说明书一部分的附图中所示的其实施例来获得上面简要概括的更具体的描述。然而，应注意，附图仅示出了各种示例性实施例，因此不应被视为对所公开概念的限制，因为其还可以包括其他有效的实施例。

图1A是管状件接合界面的侧视图，该管状接合界面包括在管状件接合界面的主体的接合表面上方延伸的多晶金刚石元件。

图1B是管状件接合界面的侧视图，该管状接合界面包括与管状件接合界面的主体的接合表面齐平的多晶金刚石元件。

图1C是管状件接合界面的侧视图，该管状件接合界面包括定位在管状件接合界面的主体的接合表面下方的多晶金刚石元件。

图1D是包括多晶金刚石元件的管状件接合界面的俯视图。

图2A是中空管状件的立体图；

图2B是图2A的中空管状件的端视图。

图2C是直径小于图2A的中空管状件的立体图。

图2D是实心管状件的立体图；

图2E是可移动地接合在相对较大直径的管状件内的相对较小直径的管状件的立体图，其中管状件接合界面联接在相对较大直径的管状件上并对接其间的接合。

图2F是可移动地接合在相对较大直径的管状件内的相对较小直径的管状件的立体图，其中管状件接合界面联接在相对较小直径的管状件上并对接其间的接合。

图3A是在发生磨损之前的管状件接合界面的侧视图，该管状件接合界面包括定位在管状件接合界面的主体的接合表面下方的多晶金刚石元件。

图3B是管状件接合界面的侧视图，该管状件接合界面包括与管状件接合界面的主体的接合表面齐平的多晶金刚石元件，其中该多晶金刚石元件定位在主体中的承窝内。

图3C是管状件接合界面的侧视图，该管状件接合界面包括在管状件接合界面的主体的接合表面上方延伸的多晶金刚石元件，其中该多晶金刚石元件定位在主体的承窝内。

图3D是发生磨损后的图3A的管状件接合界面的侧视图。

图4A是在其上具有多晶金刚石元件的抽油杆和抽油杆引导件的立体图。

图4B是图4A的抽油杆和抽油杆引导件的侧视图。

图4C是图4A的抽油杆和抽油杆引导件的俯视图。

图4D是定位在生产油管内的图4A的抽油杆和抽油杆引导件的俯视图。

图5是在其上具有多晶金刚石元件的另一抽油杆引导件的侧视图。

图6是在其上具有多晶金刚石元件的钻杆保护器框架的局部立体图。

图7A是钻杆上的管道保护器的侧视图，其上包括多晶金刚石元件。

图7B是图7A的管道保护器和钻杆的端视图。

图7C是定位在井筒套管内的图7A的管道保护器和钻杆的端视图。

图8是在其上具有多晶金刚石元件的钻杆保护器的剖视图。

图9是在其上具有多晶金刚石元件的钻杆保护器的另一立体图。

图10描绘了抽油杆。

图11描绘了抽油杆联接器。

图12是定位在生产油管内的抽油杆联接器的端视图。

图13是定位在生产油管内的抽油杆柱的剖视图。

图14描绘了与生产油管隔离的图13的抽油杆柱。

图15A描绘了定位在套管中的管状件，其中所述管状件具有与多晶金刚石元件的工具接头。

图15B描绘了图15A的管状件，其中多晶金刚石元件与套管的表面接合。

具体实施方式

本公开的某些实施例包括用作在彼此可移动地接合的管状件之间的保护的多晶金刚石元件；包括该多晶金刚石元件的保护器或引导件；包括保护器或引导件的管状件组件；包括该管状件组件的设备和系统；以及制造、组装和使用多晶金刚石元件、保护器或引导件、管状件组件以及设备和系统的方法。

接合界面

本公开的某些实施例包括接合界面，该接合界面构造成对接两个不同管状件的接合。参照图1A-1D，示出了示例性接合界面。接合界面10包括主体12。主体12可以是或包括诸如金属(比如，钢)或聚合物(比如，橡胶或塑料)的材料。主体12的一些示例性聚合物可以是或包括尼龙、聚氨酯、聚酰胺(例如，合成聚酰胺)或聚醚醚酮(PEEK)。主体12不限于是或包括这些特定材料中的任何一种。

接合界面10包括多个多晶金刚石元件14。每个多晶金刚石元件14与主体12联接。例如，每个多晶金刚石元件14可以嵌入到主体12内或以其他方式联接到主体12。在主体12为聚合物主体的实施例中，主体12可以经由聚合物模制工艺模制在多晶金刚石元件14上、上方或与多晶金刚石元件14模制在一起。例如，图1B和图1C示出了嵌入到主体12中的多晶金刚石元件14的变型，其中主体12模制在多晶金刚石元件14上方。在主体12为金属主体的实施例中，多晶金刚石元件14可以附接到主体12，比如附接到主体12的表面上或附接到主体12的机加工凹槽内。例如，图1A示出了附接在主体12顶部上的多晶金刚石元件14。在一些实施例中，多晶金刚石元件14相对于主体12是静态的。

主体12包括主体接合表面16，并且每个多晶金刚石元件14包括金刚石接合表面18。如图1A所示，在一些实施例中，多晶金刚石元件14在主体接合表面16上方延伸，使得金刚石接合表面18定位在主体接合表面16上方第一距离20处。在其他实施例中，如图1B所示，金刚石接合表面18与主体接合表面16齐平，使得金刚石接合表面18与主体接合表面16位于同一平面24中(即，与主体接合表面16共面)。在其他实施例中，如图1C所示，主体接合表面16在金刚石接合表面18上方延伸，使得主体接合表面16定位在每个金刚石接合表面18上方第二距离22处。如本文所用，“接合表面”是指材料(例如，多晶金刚石或聚合物或钢)的表面，其定位并布置在组件内(例如，管状件组件内)，使得在组件的操作中，接合表面在管状件组件的两个管状件之间对接接触。本领域技术人员将理解，金刚石接合表面和/或主体接合表面不限于必须与相对的接合表面恒定接合。相反，金刚石接合表面和/或主体接合表面定位成使得金刚石接合表面和/或主体接合表面中的一个或两个将在两个管状件之间的直接的表面对表面的接合之前与相对的接合表面接合。

接合界面10可以在彼此可移动地(例如，滑动地和/或可旋转地)接合的两个不同管状件的界面处提供保护。在一些实施例中，接合界面10是钻杆保护器。在其他实施例中，接合界面10是抽油杆引导件。尽管在此示出和描述为钻杆保护器和抽油杆引导件，但在此公开的接合界面不限于钻杆保护器或抽油杆引导件，并且可以是能够与管状件接合并对接该管状件与另一管状件之间的可移动接合的另一结构。在一些实施例中，接合界面不是与管状件联接，而是与管状件成一体。在一些实施例中，接合界面相对于一个管状件(即，接合界面联接到的管状件)是静态的，并且相对于另一个管状件是可移动的(即，可移动地与另一个管状件接合)。

管状件组件

某些实施例包括管状件组件，该管状件组件包括本文公开的接合界面，该接合界面定位成对接管状件组件的管状件之间的接合。参照图2A-2F，示出了第一管状件和第二管状件。第一管状件和第二管状件可以是，例如但不限于，管道、套管、杆、管、井下工具或其他管状件。

管状件30是具有内壁32的中空管状件，该内壁限定了穿过其中的腔体34，比如管道或其他导管。管状件30具有外壁36。管状件30具有由外壁36限定的外直径38和由内壁32限定的内直径31。

在一些实施例中，如图2C所示，管状件40是诸如管道或其他导管的中空管状件，具有限定了穿过其中的腔体44的内壁42。在其他实施例中，如图2D所示，管状件40是诸如杆的实心管状件，没有穿过其中而限定的腔体或导管。管状件40具有外壁46，限定了管状件40的外直径48。

管状件40的外直径48和管状件30的内直径31的尺寸设计成使得管状件40可以至少部分地联接或接合在管状件30的腔体34内，如图2E所示。也就是说，管状件30是直径相对较大的管状件，管状件40是直径相对较小的管状件，使得管状件40的外直径48小于管状件30的内直径31。

如图2E和2F所示，管状件组件100a和管状件组件100b各自包括彼此可移动地接合的管状件30和管状件40。管状件40滑动地接合在管状件30内，使得管状件30和管状件40中的一个或两个可以沿着一个或两个方向50和52移动。如本文所用，“滑动地接合”是指至少两个管状件之间的接合，其允许至少一个管状件相对于另一个管状件滑动。例如，管状件40可以在管状件30内沿着一个或两个方向50和52滑动，管状件30可以绕管状件40沿着一个或两个方向50和52滑动，或其组合滑动。

管状件40可旋转地接合在管状件30内，使得管状件30和管状件40中的一个或两个可以在一个或两个方向54和56上旋转(如图2B所示)。如本文所用，“可旋转地接合”是指至少两个管状件之间的接合，该接合允许至少一个管状件相对于另一个管状件旋转。例如，管状件40可以在管状件30内沿一个或两个方向54和56旋转，管状件30可以绕着管状件40沿一个或两个方向54和56旋转，或其组合旋转。

因此，管状件40可移动地接合在管状件30内，使得管状件30和管状件40中的一个或两个相对于另一个管状件是可移动的。如本文所用，“可移动地接合”指的是接合的管状件，是指至少两个管状件之间的接合，该接合允许至少一个管状件相对于另一个管状件移动。例如，管状件40可以相对于管状件30移动(例如，滑动和/或旋转)，管状件30可以相对于管状件40移动，或其组合移动。

接合界面10可以定位在较大直径的管状件上并与其联接，以对接其与较小直径的管状件的接合，或者接合界面10可以定位在较小直径的管状件上并与其联接，以对接其与较大直径的管状件的接合。在图2E中，接合界面10定位在管状件30上并与管状件30联接，并且与管状件40的相对的接合表面、即外壁46接合。在图2F中，接合界面10定位在管状件40上并与管状件40联接，并与管状件30的相对的接合表面、即内壁32接合。

如本文所用，“相对的管状件”是指与不同的管状件可移动地接合的管状件，其中不同管状件具有联接在其上以与相对的管状件接合的接合界面中的至少一个。

多晶金刚石元件的安装和磨损特性

参照图3A-3D，示出并描述了多晶金刚石元件的安装。接合界面10a-10c的主体12a-12c可以各自是钻杆保护器或抽油杆引导件的主体、其一部分，可以附接到钻杆保护器或抽油杆引导件或与钻杆保护器或抽油杆引导件成一体，描绘成具有三个不同安装的多晶金刚石元件14a、14b和14c，分别如图3A、3B和3C所示。

多晶金刚石元件14a是“暴露不足的(underexposed)”多晶金刚石元件的示例，使得多晶金刚石元件定位在由主体接合表面16a限定的平面24a之下。因此，在操作中，多晶金刚石元件14a将在主体接合表面16a磨损到足以暴露多晶金刚石元件14a的金刚石接合表面18a之后与另一个管状件接合，如图3D所示，图3D描绘了发生磨损之后的接合界面10a，在图3D中描绘为60。因此，在图3A中，金刚石接合表面18a定位在平面23a内，而主体接合表面16a定位在平面23a上方的24a内，并且在操作中更接近相对的管状件表面。然而，在足够量的磨损60之后，主体12a磨损到平面24a与平面23a共面的程度；或者使得平面24a低于平面23a，并且在操作中，平面23a与相对的管状件表面相等或更接近。

如图3B所示，多晶金刚石元件14b是“齐平”安装的多晶金刚石元件的示例，使得金刚石接合表面18b驻留在由主体12b的主体接合表面16b限定的平面24b中。也就是说，由金刚石接合表面18b限定的平面(即，平面23b)与由主体接合表面16b限定的平面(即，平面24b)共面。因此，在操作中，多晶金刚石元件14b将与相对的管状件接合，同时主体接合表面16b与该相对的管状件接合。

如图3C所示，多晶金刚石元件14c是“暴露的”多晶金刚石元件的示例，使得多晶金刚石元件定位在由主体12c的主体接合表面16c限定的平面24c上方，并且定位在平面23c内。因此，在操作中，多晶金刚石元件14c将在主体接合表面16c与相对的管状件之间的接合之前与该相对的管状件接合。

因此，在一些实施例中，本文公开的多晶金刚石元件为相关联的接合界面提供“后备耐磨能力”。如本文所用，“后备耐磨能力”是指多晶金刚石元件相对于主体的布置，使得金刚石接合表面仅在主体发生充分磨损之后才与相对的管状件接合(例如，如图3A和3D所示)。在其他实施例中，本文公开的多晶金刚石元件为相关联的接合界面提供“一致耐磨能力”。如本文所用，“一致耐磨能力”是指多晶金刚石元件相对于主体的布置，使得金刚石接合表面在主体与相对的管状件之间接合时与该相对的管状件接合，而不需要在金刚石接合表面与该相对的管状件之间的接合之前发生磨损(例如，如图3B所示)。在其他实施例中，本文公开的多晶金刚石元件为相关的接合界面提供“主要耐磨能力”。如本文所用，“主要耐磨能力”是指多晶金刚石元件相对于主体的布置，使得金刚石接合表面在主体与相对的管状件之间的接合之前与该相对的管状件接合，而不需要在金刚石接合表面与该相对的管状件之间的接合之前发生磨损(例如，如图3C所示)。因此，多晶金刚石元件14a、14b和14c分别为钻杆或抽油杆保护器提供主要耐磨能力、一致耐磨能力和后备耐磨能力。本文公开的接合界面不限于仅包括暴露的(图1A和3C)、齐平的(图1B和3B)或凹陷的(图1C和3A)安装的多晶金刚石元件中的一种，而是可以包括它们的任何组合。

如图3A-3D所示，多晶金刚石元件14a-14c可以分别定位在主体12a-12c内的承窝或腔体62a-62c内或与其联接或联接在其内。此外，每个多晶金刚石元件14a-14c分别包括支承件15a-15c和金刚石石层17a-17c。金刚石层17a-17c可以分别与支承件15a-15c联接，并且支承件15a-15c可以与主体12a-12c联接。例如，金刚石层17a-17c可以是或包括热稳定的多晶金刚石或PDC，并且支承件可以是或包括碳化钨。在一些实施例中，本文公开的接合界面包括多个多晶金刚石元件(例如，PDC)，并且每个多晶金刚石元件与该多个多晶金刚石元件中的另一个是离散的。

在描述了接合界面之后，通常，现在将更详细地描述其某些实施例及其应用。

具有引导件的抽油杆

在一些实施例中，本文公开的接合界面设在抽油杆引导件上，比如用于对接可移动地定位在生产油管内的抽油杆柱之间的接合。例如，参照图2F，管状件40可以是具有接合界面10的抽油杆，接合界面10在其上形成抽油杆引导件的至少一部分，并且管状件30可以是抽油杆定位在其中的生产油管。如本领域技术人员将理解的，抽油杆是用于构成有杆抽油系统的地面和井下部件之间的机械组件的杆(例如，钢杆)。抽油杆的长度可以是20到40英尺，或者24到35英尺，或者25到30英尺，并且可以在每一端处带螺纹，以使得井下部件能够容易地运行和回收。本领域技术人员应该理解，取决于特定的应用，抽油杆可以是其他长度。

参照图4A-4D，示出了一个示例性抽油杆组件101a，其包括具有抽油杆引导件104的抽油杆102。抽油杆102与抽油杆引导件104接合。在一些实施例中，抽油杆引导件104的至少一些部分直接模制到抽油杆102上。例如，抽油杆引导件104的主体12可以是或包括可模制材料(例如，聚合物)，比如模制橡胶、尼龙、聚氨酯、合成聚酰胺、聚醚醚酮(PEEK)、或另一塑料或弹性体。这种材料可以通过各种聚合物模塑技术中的任何一种，比如挤出模制，模制到抽油杆102上。抽油杆102可以是金属杆或包括金属杆，比如钢杆。因此，在一些实施例中，抽油杆引导件104与抽油杆102联接。在一些这样的实施例中，抽油杆引导件104相对于抽油杆102是静态的。

抽油杆引导件104的主体12包括周向地围绕抽油杆102的基座13。主体12还包括从基部13远离抽油杆102向外延伸的突出部110。在一些实施例中，突出部110呈从抽油杆102向外延伸的峰部、叶状件、肋部、翅片或叶片的形式。突出部110绕基部13和抽油杆102径向地间隔开，使得腔体或谷部111定位在相邻的突出部110之间。每个突出部110限定了用于与例如生产油管接合的主体接合表面16，以在抽油杆102的操作期间保护和/或引导抽油杆102。

至少一个多晶金刚石元件与本文公开的抽油杆引导件联接。如图4A所示，抽油杆引导件104包括四个突出部110，每个突出部在其上具有两个多晶金刚石元件14。然而，本文公开的抽油杆引导件不限于具有该数量的突出部或多晶金刚石元件，并且可以包括以各种布置中的任何一种布置的任何数量的多晶金刚石元件。

每个多晶金刚石元件14可以嵌入主体接合表面16内或以其他方式附接到抽油杆引导件104，使得多晶金刚石元件14定位成保护并引导抽油杆102与例如生产油管之间的接合。如图所示，多晶金刚石元件14具有用于与生产油管接合的凸出接合表面18，并且是以插入到抽油杆引导件104中的插入件的形式。然而，本文公开的多晶金刚石元件不限于这种特定的布置、形状或数量。

图4D示出了管状件组件103，其包括接合在生产油管109内的抽油杆102和抽油杆引导件104。如图所示，金刚石接合表面18对接抽油杆102与生产油管109的内表面o之间的接合。

图5示出了包括抽油杆102和抽油杆引导件104的抽油杆组件101b的另一个实施例，用相同的附图标记表示相同的元件。抽油杆102与抽油杆引导件104接合，该抽油杆引导件包括突出部110，每个突出部具有插入其中的凸形多晶金刚石元件14。图4A-4D和图5之间的区别在于抽油杆引导件104的形式、形状、布置和定位。因此，在图4A-4D和图5中，本文公开的包括主体12和多晶金刚石元件14的管状件接合界面呈抽油杆引导件的形式，或者形成抽油杆引导件的一部分。

在一些实施例中，本文公开的抽油杆引导件(例如，图4A-4D的抽油杆引导件)是与美国专利第6,152,223号的图1-6中所述的相同或相似的抽油杆引导件，其中添加了本文所述的多晶金刚石元件。

钻杆

在一些实施例中，本文公开的接合界面设在管(例如，钻杆)的管道保护器上，例如用于在钻杆可移动地定位在套管内的钻井操作期间对接钻杆与套管之间的接合。例如，参照图2F，管状件40可以是钻杆，在其上具有形成管道保护器的至少一部分的接合界面10，并且管状件30可以是钻杆定位在其中的套管。

参照图6和图8，将描述根据本公开的一种钻杆保护器。在一些实施例中，所公开的钻杆保护器与美国专利第5,833,019号中所示和描述的管道保护器一致，比如在美国专利第5,833,019号的图1、2和4中所示，其中添加了本文公开的多晶金刚石元件，该多晶金刚石元件结合到管道保护器中。

钻杆保护器820包括主体822，也称为套筒，其限定了磨损表面或主体接合表面16的一部分。如图6所示，框架200嵌入主体822内，形成笼架222。此外，内框架221可以嵌入主体822内。多晶金刚石元件14可以与框架222联接，使得多晶金刚石元件14也至少部分地嵌入主体822内。多晶金刚石元件14可以嵌入主体内，使得接合表面18与主体接合表面16齐平，相对于主体接合表面16凹陷，或者在主体接合表面16上方延伸。

参照图6，框架200包括框架主体224和突出部226。突出部226从框架主体224向外延伸。多晶金刚石元件14附接到突出部226上、嵌入突出部226内、插入突出部226内或以其他方式与突出部226联接，该多晶金刚石元件定位成在钻井操作期间与例如套管接合。框架200包括腔体228，该腔体至少部分地由框架主体224限定。参照图8，钻杆保护器820的剖视图，框架200嵌入主体822内。多晶金刚石元件14定位成在钻井操作期间与例如套管接合。钻杆可以定位在开口828内，使得主体822和钻杆保护器框架200绕着钻杆定位，并且定位在钻杆与套管之间。例如，如图7A-7C所示，钻杆保护器820可以以与钻杆保护器722相同或基本上相同的方式绕着钻杆布置。

图7A示出了管状件组件701的侧视图，该管状件组件包括钻杆700，钻杆保护器722联接在该钻杆周围，该钻杆保护器包括多晶金刚石元件14。图7B描绘了钻杆700和钻杆保护器722的俯视图，示出了由钻杆700的内表面704限定的钻杆700的腔体702，以及绕着钻杆700的外表面706联接的钻杆保护器722。图7C描绘了组件703的俯视图，包括该组件括定位在套管790内的管状件组件701。如图所示，钻杆700和钻杆保护器722定位在套管790的腔体794内。多晶金刚石元件14对接在操作期间可能发生在钻杆700与套管790与内壁791之间的任何接合。

参照图9，示出了钻杆保护器920，该钻杆保护器包括钻杆保护器主体922，其可以由任何材料形成，比如模制橡胶、尼龙、塑料、聚合物、聚氨酯、合成聚酰胺或聚醚醚酮(PEEK)。钻杆保护器主体922包括基座924和从基座924向外延伸的突出部926。多晶金刚石元件14附接到突出部926、嵌入突出部926内或插入突出部926内，该多晶金刚石元件定位成在钻井作业期间与例如套管接合。钻杆可以定位在开口928内，使得钻杆保护器主体922绕着钻杆定位，并且定位在钻杆与套管之间。

图9中的钻杆保护器920是楔形提升钻杆保护器。如本领域技术人员将理解的，钻杆保护器920可以经由闩锁销联接到钻杆，使得钻杆定位在开口928内。钻杆保护器920可与钻杆滑动地接合，使得在钻杆操作期间，钻杆保护器920可沿着钻杆的长度轴向地移动。在钻井期间，钻杆在钻杆保护器920内并相对于钻杆保护器920旋转。钻杆保护器920的突出部926远离钻杆向外延伸一段距离，该距离足以防止钻头、底部钻具组件和钻柱的其他部件与套管接合。也就是说，突出部926远离钻杆向外延伸，使得突出部926和/或其上的多晶金刚石元件14与套管接合，同时保持钻头、底部钻具组件和钻柱的其他部件与套管间隔开。例如，在钻杆与诸如钻头的井下工具联接的情况下，钻杆通常在其中包括螺纹以与工具联接。钻杆的包括螺纹的部分通常比钻杆的其他部分厚，以补偿由于螺纹的存在而造成的金属损失。在钻杆的这个较厚的部分，称为“镦粗(upset)”，由于额外的厚度，钻杆具有较大的外直径。在这种实施例中，突出部926向外延伸并远离钻杆一段距离，该距离足以防止钻杆的镦粗与套管接合。因此，在操作中，当钻杆偏离套管或井筒的中心时，本文公开的钻杆保护器接触井(例如，套管)的内直径，以在钻杆旋转期间保护套管或井筒免于与钻杆或其部分接触。在一些实施例中，本文公开的钻杆保护器是根据美国专利法第6,378,633号的图7的钻杆保护器，其中添加了本文公开的多晶金刚石元件。

多晶金刚石

本申请的技术优选地采用凸形多晶金刚石元件，优选地为抛光的多晶金刚石致密体(PDC)元件，以向钻杆或抽油杆的保护器提供主要耐磨能力、同时耐磨能力或后备耐磨能力。然而，本技术的多晶金刚石元件可以替代地为具有圆角或高圆角边缘的平面。当前申请的多晶金刚石元件可以是例如热稳定的多晶金刚石或PDC。在一些实施例中，多晶金刚石元件诸如由碳化钨背衬(例如，支承)或无背衬(例如，无支承)。如本领域技术人员将理解的，本文公开的多晶金刚石元素可以全部通过本领域已知的方法进行非浸取、浸取、浸取和回填、或涂覆(例如，通过CVD)。

在一些实施例中，本文公开的多晶金刚石元件可以具有例如小至3毫米(大约1/8英寸)或大至75毫米(大约3英寸)的直径，这取决于应用以及接合表面的构造和直径。本文公开的一些多晶金刚石元件将具有从8毫米(大约5/16英寸)到25毫米(大约1英寸)的直径。本领域技术人员将理解，多晶金刚石元件不限于这些具体尺寸并且可根据具体应用而在尺寸和形状上变化。

在某些应用中，本文所公开的多晶金刚石元件在外多晶金刚石表面和支承碳化钨块之间具有增加的钴含量过渡层。在一些应用中，本文公开的多晶金刚石元件可以不由碳化钨支承，并且可以是直接安装(例如，在管状构件上)的基本上“独立的”、离散的多晶金刚石体。在多晶金刚石元件是平坦面或圆顶的多晶金刚石元件的实施例中，多晶金刚石元件能够以允许多晶金刚石元件绕其自身的轴线旋转的方式安装。参考Shen等人的美国专利第8,881,849号作为提供多晶金刚石元件的方法的非限制性示例，该方法提供了多晶金刚石元件在与金刚石反应材料面接触的同时围绕其自身的轴线旋转。

尽管多晶金刚石元件最常见的形状是圆柱形，但应理解，本申请的技术可以用正方形、矩形、椭圆形、本文参考附图描述的任何形状或本领域已知的任何其他合适的形状的多晶金刚石元件来实践。

在一些实施例中，多晶金刚石元件经受边缘半径处理。在采用平坦的或凹形的多晶金刚石元件的本申请技术的一些实施例中，优选地对这种多晶金刚石元件采用边缘半径处理。采用边缘半径处理的一个目的是减少或避免在给定多晶金刚石元件与相对的管状件(例如，弯曲表面)的线性接合区域的外界限处的外边缘切割或划线的可能性。

本申请的多晶金刚石元件可以以优选排除多晶金刚石元件和它们与之滑动接合的含铁材料(例如，含铁套管或生产油管)之间的任何边缘或尖锐接触的方式展开。边缘接触的排除可以克服含铁材料的加工潜力和金刚石与含铁材料之间的化学相互作用。

多晶金刚石的安装

在一些实施例中，本申请的多晶金刚石元件可以安装在金属框架上，并由热塑性材料或用于保护器的其他常见材料包覆模制。本申请的多晶元件可以相对于保护器或引导件暴露不足、齐平安装或暴露。

在某些实施例中，本申请的多晶金刚石元件可以直接模制成保护材料并保持在其中。这种模制可以直接发生在母管状件上，或者可以与母管状件分开发生，然后模制部件可以在单独的步骤中附接。替代地，承窝可以模制到热塑性材料或替代主体材料中，然后可以使用胶合、或螺纹或本领域已知的其他方法安装多晶金刚石元件。在一些实施例中，多晶金刚石元件可以安装在抽油杆组件的联接器上。在又一替代方案中，本申请的多晶金刚石元件可以附接到金属框架，该金属框架不是包覆模制的，而是作为主框架，多晶金刚石元件提供了保护器的基本上所有的耐磨性和相隔距离。在另一替代实施例中，如本领域已知的，当前技术的多晶金刚石元件可以安装在允许多晶金刚石元件绕其自身轴线旋转的子组件中。

当前技术的多晶金刚石元件可以从用过的保护器或引导件中回收，并重新用于新模制的或部署的保护器或引导件中。回收和再利用多晶金刚石元素的能力降低了使用该技术的最终成本。

研磨或抛光

在某些应用中，对多晶金刚石元件或至少其接合表面进行研磨或抛光，可选地为高度研磨或高度抛光。如本文所用，如果表面的表面光洁度(Ra)为20μRa或大约20μRa，比如表面光洁度(Ra)在大约18μin Ra到大约22μin Ra的范围内，则该表面定义为“高度研磨的”。如本文所用，如果表面的表面光洁度(Ra)小于大约10μin Ra，或大约2μin Ra到大约10μin Ra，则该表面定义为“抛光的”。如本文所用，如果表面的表面光洁度(Ra)小于大约2μinRa，或从大约0.5μin Ra到小于大约2μin Ra，则该表面定义为“高度抛光的”。在一些实施例中，接合表面的表面光洁度(Ra)范围为0.5μin Ra到40μin Ra、或从2μin Ra到30μin Ra、或从5μin Ra to20μin Ra、或从8μin Ra到15μin Ra、或者小于或等于32μin Ra、或小于20μinRa、或小于10μin Ra、或小于2μin Ra、或其间的任何范围。抛光至表面光洁度(Ra)为0.5μin Ra的多晶金刚石的摩擦系数大约为表面光洁度为20-40μin Ra的标准研磨多晶金刚石的一半。Lund等人的美国专利第5,447,208号和第5,653,300号提供了与多晶金刚石抛光相关的公开内容。如本领域技术人员将理解的，表面光洁度可以用轮廓仪或原子力显微镜测量。表面光洁度可根据ASME B46.1-2009确定。

金刚石活性材料

在一些实施例中，相对的管状件或至少其表面是金刚石反应性材料或包括金刚石反应性材料。如本文所用，“金刚石反应材料”是包含多于痕量的金刚石溶剂－催化剂的材料。如本文所用，含有多于“痕量”的金刚石溶剂－催化剂的金刚石反应性材料基于金刚石反应性材料的总重量含有至少2wt.％的金刚石溶剂－催化剂。在一些实施方案中，本文公开的金刚石反应性材料包含2wt.％到100wt.％、或5wt.％到95wt.％、或10wt.％到90wt.％、或15wt.％到85wt.％、或20wt.％到80wt.％、或25wt.％到75wt.％、或25wt.％到70wt.％、或30wt.％到65wt.％、或35wt.％到60wt.％、或40wt.％到55wt.％、或45wt.％到50wt.％的金刚石溶剂－催化剂。已知的金刚石溶剂催化剂(也称为“金刚石催化剂”、“金刚石溶剂”、“金刚石催化剂－溶剂”、“催化剂－溶剂”或“溶剂－催化剂”)的一些实例公开于：美国专利第6,655,845号；美国专利第3,745,623号；美国专利第7,198,043号；美国专利第8,627,904号；美国专利第5,385,715号；美国专利第8,485,284号；美国专利第6,814,775号；美国专利第5,271,749号；美国专利第5,948,541号；美国专利第4,906,528号；美国专利第7,737,377号；美国专利第5,011,515号；美国专利第3,650,714号；美国专利第2,947,609号；以及美国专利第8,764,295号。如本领域技术人员所理解的，金刚石溶剂－催化剂是能够与多晶金刚石反应(例如，催化和/或溶解)的化学元素、化合物或材料(例如，金属)，从而导致多晶金刚石的石墨化，例如在负载下以及温度达到或超过金刚石的石墨化温度(即，大约700℃)的情况下。因此，金刚石反应材料包括在负载下以及温度达到或超过金刚石的石墨化温度的情况下，可导致由多晶金刚石形成的部件的磨损、有时是快速磨损以及失效的材料，比如金刚石尖端工具。金刚石溶剂－催化剂包括但不限于铁、钴、镍、钌、铑、钯、铬、锰、铜、钛和钽。

金刚石反应材料包括但不限于金属、金属合金和含有超过痕量金刚石溶剂－催化剂的复合材料。在一些实施例中，金刚石反应材料是硬表面、涂层或镀层的形式。例如，但不限于，金刚石反应材料可以包含亚铁、钴、镍、钌、铑、钯、铬、锰、铜、钛、钽或其合金。在一些实施例中，金刚石反应材料是钢或铸铁。在一些实施例中，金刚石反应材料是超合金，包括但不限于铁基超合金、钴基超合金和镍基超合金。在一些实施例中，相对的接合表面(即，与多晶金刚石接合表面相对接合的表面)是金属表面。如本文所用，按重量百分比计，金属表面是主要为金属的材料的表面。在一些实施例中，相对的接合表面包含2wt.％到100wt.％、或5wt.％到95wt.％、或10wt.％到90wt.％、或15wt.％到85wt.％、或20wt.％到80wt.％、或25wt.％到75wt.％、或25wt.％到70wt.％、或30wt.％到65wt.％、或35wt.％到60wt.％、或40wt.％到55wt.％、或45wt.％到50wt.％的金刚石溶剂－催化剂。在一些实施例中，相对的接合表面包含2-100wt％、或5-95wt％、或10-90wt％、或15-85wt％、或20-80wt％、或25-75wt％、或25-30wt％，或30-65wt％、或35-60wt％、或40-55wt％、或45-50wt％的铁、钴、镍、钌、铑、钯、铬、锰、铜，钛或钽。在一些实施例中，相对的接合表面包含至少50wt.％、至少55wt.％、至少60wt.％、至少65wt.％、至少70wt.％、至少75wt.％、至少80wt.％、至少85wt.％、至少90wt.％、至少95wt.％或100wt.％的金属，其中该金属是金刚石反应材料。

在某些实施例中，相对的管状件或至少其表面不是和/或不包括(即，具体地排除)所谓的“超硬材料”。如本领域技术人员所理解的，“超硬材料”是由材料硬度定义的一类材料，其可以根据布氏、洛氏、努氏和/或维氏标度确定。例如，超硬材料包括通过维氏硬度试验测量的硬度值超过40吉帕斯卡(GPa)的材料。如本文所用，超硬材料包括至少与碳化钨砖和/或烧结碳化钨一样硬的材料，这种材料比如是根据这些硬度标度中的一个，比如布氏标度确定的材料。本领域技术人员应当理解，布氏标度测试可例如根据ASTM E10-14进行；维氏硬度测试可例如根据ASTM E384进行；洛氏硬度测试可例如根据ASTM E18进行；并且努氏硬度测试可例如根据ASTM E384进行。本文公开的“超硬材料”包括但不限于瓷砖碳化钨(例如，瓷砖或水泥)、渗透碳化钨基体、碳化硅、氮化硅、立方氮化硼和多晶金刚石。因此，在一些实施例中，相对的管状件部分或全部由比超硬材料更软(硬度更低)的(一种或多种)材料(例如，金属、金属合金、复合材料)组成，比如硬度低于碳化钨(例如，瓷砖或水泥)，如根据这些硬度测试之一(比如布氏硬度计)确定的。如本领域技术人员将理解的，硬度可以使用布氏标度来确定，比如根据ASTM E10-14。如本领域技术人员将理解的，“高温合金”是能够承受高温的高强度合金。在某些实施例中，相对的管状件或至少其表面不是和/或不包括(即，具体地排除)金刚石。

本文公开的可以是金刚石反应性材料或包括金刚石反应性材料的表面的一些示例是：图2A、2B、2E和2F所示的内壁32；图2A和2B所示的外壁36；图2C-2F所示的外壁46；图2C所示的内壁42；图4D所示的内表面107；图7A和7B所示的外表面706；图7C所示的内壁791；图12和13所示的相对的接合表面1121；以及图15所示的内部壁。

具有多晶金刚石的杆联接器

在一些实施例中，本文公开的接合界面设在诸如杆(例如，抽油杆)的管状件的联接器上，而不是设在管状件(例如，杆)的引导件上或除了设在管状件(例如，杆)的引导件上之外。在一些这样的实施例中，抽油杆联接器是接合界面或包括接合界面。联接器上的接合界面可以对接可移动地定位在生产油管内的抽油杆柱之间的接合。抽油杆是用于构成有杆抽油系统的地面和井下部件之间的机械组件的杆(例如，钢杆)。抽油杆柱或组件可以包括联接在一起的多个抽油杆。在一些实施例中，多个抽油杆螺纹联接在一起。例如，杆联接器可以与第一抽油杆和第二抽油杆联接，使得该第一抽油杆和该第二抽油杆经由杆联接器联接在一起。示例性抽油杆的长度可以为20到40英尺、或24到35英尺、或25到30英尺，并且可以在每一端处带螺纹，以便能够与杆联接器联接。

参照图10-14，示出并描述了在其上具有多晶金刚石接合表面的抽油杆联接器。图10示出了抽油杆1002。抽油杆1002包括杆主体1004。杆主体1004可以是诸如钢的金属主体。杆主体1004具有第一端1006和第二端1008。在杆主体1004的每一端处，抽油杆1002包括螺纹端1010a和1010b。螺纹端1010a和1010b允许抽油杆1002与诸如其他抽油杆的其他部件螺纹联接。尽管本文公开的抽油杆示出为包括螺纹端，但其不限于螺纹联接件。尽管本文公开的抽油杆的一些实施例示出为在两端上包括螺纹端，但其仅在杆主体的一端包处括螺纹联接器(或其他联接器)。虽然本文公开的抽油杆的一些实施例的螺纹端1010a和1010b示出为外螺纹，但其包括内螺纹。

图11示出了抽油杆联接器1102。抽油杆联接器1102包括联接器主体1104。联接器主体1104可以是诸如钢的金属主体。抽油杆联接器1102包括形成在联接器主体1104的每个端部1106和1108处的联接器主体1104的内直径上的螺纹1110a和1110b。螺纹1110a和螺纹1110b允许抽油杆联接器1102与两个不同的抽油杆螺纹联接，使得抽油杆联接器1102将两个不同的抽油杆联接在一起。也就是说，第一抽油杆上的螺纹可以与螺纹1110a螺纹联接，第二抽油杆上的螺纹可以与螺纹1110b螺纹联接。例如，与图10所示相同的两个抽油杆1002可以与抽油杆联接器1102螺纹联接。应当注意，图10中的抽油杆和图11中的抽油杆联接器没有相对于彼此按比例绘制。尽管本文公开的抽油杆联接器示出为包括螺纹端，但其不限于螺纹联接器。尽管螺纹1110a和1110b示出为内螺纹，但本文公开的抽油杆联接器的一些实施例包括外螺纹。

抽油杆联接器1102包括联接器主体1104上的多个多晶金刚石元件1114。多晶金刚石元件1114可以与贯穿本公开的那些相同或类似，包括参考图1A-9描述的那些。如图11所示，多晶金刚石元件1114包括支承在支承件1118(例如，碳化钨支承件)上多晶金刚石1116。本文公开的抽油杆联接器不限于包括被支承在支承件上的多晶金刚石元件，并且可以包括未被支承的多晶金刚石元件。每个多晶金刚石1116具有接合表面1120。在一些实施例中，接合表面1120是圆顶形的、弯曲的或其他轮廓的。接合表面1120可以是凸形的。在一些实施例中，接合表面1120的曲率与联接器主体1104的曲率匹配或小于联接器主体1104的曲率。例如，参考图12，联接器主体1104的外部表面示出为具有曲率。接合表面1120可以具有与联接器主体1104相同的表面曲率。在其他实施例中，接合表面1120的表面曲率小于联接器主体1104的表面曲率。在一些实施例中，接合表面1120与联接器主体1104的外部表面齐平。在一些实施例中，接合表面1120升高到联接器主体1104的外部表面上方(如图所示)。在一些实施例中，接合表面1120凹陷在联接器主体1104的外表面之下。如图12所示，联接器主体1104(以及联接器主体所附接的抽油杆)可以是中空的，包括限定流体通过其中的流动路径的腔体1107。在图12中，抽油杆联接器1102和其所附接的抽油杆(未示出)定位在生产油管1111内。在操作中，如果抽油杆柱(即，多个螺纹联接的抽油杆和抽油杆联接器)与生产油管1111接合，接合表面1120将对接该接合。即，接合表面1120将与生产油管(即，生产油管的内直径)的相对的接合表面1121接合。因此，接合表面1120将防止或至少减少抽油杆主体的外表面或抽油杆联接器主体的外表面与生产油管1111接合的发生。因此，防止或减少了由于与生产油管接合而在抽油杆主体的外表面或抽油杆联接器主体的外表面上的磨损。相应地，防止或减少了生产油管内表面上的磨损。

图13示出了抽油杆柱1300，其包括各自与抽油杆联接器1102螺纹接合的两个抽油杆1002a和1002b。抽油杆柱1300定位在生产油管1111内。接合表面1120升高到抽油杆联接器主体1104和抽油杆主体1004a和1004b的外部表面上方，使得接合表面1120定位并布置成对接抽油杆柱1300与生产油管1111之间的任何接合。在一些实施例中，相对的接合表面1121是诸如钢的金刚石反应性材料。图14示出了与生产油管隔离的抽油杆柱1300。本领域技术人员将理解，抽油杆柱通常包括多于两个单独的抽油杆部段和多于一个抽油杆联接器，并且为了解释抽油杆的两个相邻部段之间的联接，简化了图13和14中所示的实施例。图10-14中所示的实施例示出了多晶金刚石元件可以直接安装到抽油杆联接器上。在一些实施例中，参照图10-14描述的概念可以与参照图1-5在此描述的概念相结合，其中抽油杆引导件设有用作接合界面的多晶金刚石元件。在一些实施例中，将抽油杆引导件添加到抽油杆柱上加强了抽油杆柱，补充了由抽油杆引导器上的PDC提供给柱的保护。在这样的实施例中，抽油杆引导件也可以在其上包括PDC，或者可以没有PDC。当抽油杆柱包括抽油杆引导件时，该引导件的直径可以小于传统的杆引导件。在其他实施例中，在抽油杆联接器上具有多晶金刚石元件的抽油杆柱缺少额外的抽油杆引导件，因为抽油杆联接器本身提供抽油杆联接器和抽油杆引导件(杆扶正器)的双重功能。

具有多晶金刚石的管状件接头

在一些实施例中，本文公开的管状件包括用于与其他部件联接的接头，比如与其他管状件或与工具联接(例如，工具接头)。图15A描绘了具有接头的管状件，该接头上定位有多晶金刚石元件。在图15中，可以是钻杆的管1502定位在管3111内，管3111可以是井筒中的套管。管3111具有内部壁3121。管状件1502包括主体1504，该主体在主体部段1506处膨胀成更大直径的接头部段1508。接头部段1508包括在其内直径上的螺纹1511，其允许管状件1502与工具、其他管状件或其他部件联接。如图所示，接头部段1508与工具1510(仅示出了其一部分)联接。工具1510可以是例如钻头。

多个多晶金刚石元件1114定位在接头部段1508上，使得接合表面1120对接管状件1502与相对的接合表面1321之间的接合。图15B描绘了图15A的管状件1502，但在管3111内成一定角度。在管状件1502以一定角度定位在管3111内的情况下，至少一些接合表面1120与管3111的内部壁3121接合。因此，多个多晶金刚石元件1114的接合表面1120与管3111接合，而不是与管状件1502的其他部分接合。抽油杆柱(例如，图13中所示的抽油杆杆柱1300)的接合表面以基本上相同的方式起作用，使得当抽油杆在生产油管内成一定角度时，在其上的多个多晶金刚石元件的接合表面将与生产油管接合，而不是与抽油杆的其他部分接合。

因此，在一些实施例中，本文公开的PDC元件定位在工具接头上。工具接头可以在钻杆的一端处，例如，钻杆包括螺纹并且具有比钻杆的其余部分更大的外直径(OD)。在一些实施例中，具有这种工具接头(例如，接头部段1508)的管状件不具有诸如图10-14中所示的联接器，因为用于与其他部件联接的工具接头与管状件是成一体的。因此，一些实施例提供了PDC元件在这种工具接头上和/或周围的定位。

从上面提供的描述和附图可以容易地理解，本申请的技术可以用于广泛的应用中，包括井下环境中的应用。此外，本文提供的技术对其他工业应用具有广泛的应用。本领域技术人员将理解，本公开不限于与钻杆和抽油杆一起使用，或者甚至不限于在井下应用中使用，并且这里公开的概念可以应用于任何表面之间的接合。

尽管已经详细描述了本实施例和优点，但是应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种改变、替换和变更。此外，本申请的范围不限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组合物、手段、方法和步骤的特定实施例。如本领域普通技术人员将从公开内容中容易理解的，根据本公开内容，可以利用执行与这里描述的相应实施例基本相同的功能或实现与这里描述的相应实施例基本相同的结果的当前存在的或以后将要开发的过程、机器、制造、物质组合物、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求书旨在将这样的过程、机器、制造、物质组合物、手段、方法或步骤包括在它们的范围内。

Claims (28)

1.一种抽油杆组件，所述组件包括：

生产油管，所述生产油管定位在井筒内，所述生产油管具有限定所述生产油管的腔体的内部腔体壁，其中，所述内部腔体壁是包括金属的金属表面，所述金属包括基于所述金属的总重量的至少2wt.％的金刚石溶剂－催化剂；

抽油杆柱，所述抽油杆柱定位在所述生产油管的所述腔体内，所述抽油杆柱包括第一抽油杆、第二抽油杆和抽油杆联接器，其中，所述第一抽油杆与所述抽油杆联接器的第一端联接，并且其中，所述第二抽油杆与所述抽油杆联接器的第二端联接；以及

多个多晶金刚石元件，所述多个多晶金刚石元件与所述抽油杆联接器联接，其中，每个多晶金刚石元件具有多晶金刚石的接合表面，并且其中，所述多晶金刚石的所述接合表面沿着所述抽油杆柱定位,以便对接所述抽油杆柱与所述生产油管的所述金属表面之间的接合。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一抽油杆和所述第二抽油杆与所述抽油杆联接器螺纹联接。

3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述抽油杆联接器的外部表面具有第一曲率，其中，多晶金刚石的所述接合表面具有第二曲率，并且其中，所述第二曲率等于或小于所述第一曲率。

4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，多晶金刚石的所述接合表面具有至多32μin Ra的表面光洁度。

5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述金刚石溶剂－催化剂包括铁、钛、钴、镍、钌、铑、钯、铬、锰、铜、钽及其合金。

6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述金属是铁基高温合金、钴基高温合金或镍基高温合金。

7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述金属包括基于所述金属的总重量的45wt.％到100wt.％的所述金刚石溶剂－催化剂。

8.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述金属比碳化钨软。

9.一种对接抽油杆柱与生产油管之间的接合的方法，所述方法包括：

提供抽油杆柱，所述抽油杆柱包括第一抽油杆、第二抽油杆和抽油杆联接器，其中，所述第一抽油杆与所述抽油杆联接器的第一端联接，并且其中，所述第二抽油杆与所述抽油杆联接器的第二端联接；以及

将多个多晶金刚石元件定位在所述抽油杆联接器上，其中，每个多晶金刚石元件具有多晶金刚石的接合表面；

提供定位在井筒内的生产油管，所述生产油管具有限定腔体的内部腔体壁，其中，所述内部腔体壁是包括金属的金属表面，所述金属包括基于所述金属的总重量的至少2wt.％的金刚石溶剂－催化剂；以及

将所述抽油杆柱定位在所述生产油管的所述腔体内，使得多晶金刚石的所述接合表面沿着所述抽油杆柱定位，以便对接所述抽油杆柱与所述生产油管的所述金属表面之间的接合。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，提供所述抽油杆柱包括将所述第一抽油杆和所述第二抽油杆与所述抽油杆联接器螺纹联接。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括为所述多个多晶金刚石元件的所述接合表面提供等于或小于所述抽油杆联接器的外部表面的曲率的曲率。

12.根据权利要求9的方法，其特征在于，所述金刚石溶剂－催化剂包括铁、钛、钴、镍、钌、铑、钯、铬、锰、铜或钽。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述金属包含基于所述金属的总重量的45wt.％到100wt.％的所述金刚石溶剂－催化剂。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述金属比碳化钨软。

15.一种井下管状件组件，所述组件包括：

管状件，所述管状件包括第一端、第二端以及在所述第二端处的工具接头；

多个多晶金刚石元件，所述多个多晶金刚石元件与所述工具接头联接，其中，每个多晶金刚石元件具有多晶金刚石的接合表面；以及

井筒中的套管，所述套管具有内部壁，所述内部壁具有金属表面，所述金属表面包括金属，所述金属包括基于所述金属的总重量的至少2wt.％的金刚石溶剂－催化剂；

其中，所述管状件定位在所述套管内，使得所述多晶金刚石的所述接合表面定位成对接所述工具接头与所述套管的所述内部壁之间的接合。

16.根据权利要求15所述的组件，其特征在于，所述管状件是钻杆。

17.根据权利要求16所述的组件，其特征在于，还包括与所述工具接头联接的钻头。

18.根据权利要求15所述的组件，其特征在于，所述管状件的外直径在所述工具接头处大于所述工具接头与所述第一端之间的所述管状件的直径。

19.根据权利要求15所述的组件，其特征在于，所述多晶金刚石的所述接合表面具有至多32μin Ra的表面光洁度。

20.根据权利要求15的组件，其特征在于，所述金刚石溶剂－催化剂是铁、钛、钴、镍、钌、铑、钯、铬、锰、铜或钽。

21.根据权利要求20所述的组件，其特征在于，所述金属包括铁基高温合金、钴基高温合金或镍基高温合金。

22.根据权利要求15所述的组件，其特征在于，所述金属包括基于所述金属的总重量的45wt.％到100wt.％的所述金刚石溶剂－催化剂。

23.根据权利要求15所述的组件，其特征在于，所述金属比碳化钨软。

24.一种对接工具接头与套管之间的接合的方法，所述方法包括：

提供管状件，所述管状件包括第一端、第二端以及在所述第二端处的工具接头；

将所述多个多晶金刚石元件与所述工具接头联接，其中，每个多晶金刚石元件具有多晶金刚石的接合表面；

提供井筒中的套管，所述套管具有内部壁，所述内部壁具有金属表面，所述金属表面包括金属，所述金属包括基于所述金属的总重量的至少2wt.％的金刚石溶剂－催化剂；以及

将所述管状件定位在所述套管中，使得所述多晶金刚石的所述接合表面定位成对接所述工具接头和所述套管的所述内部壁之间的接合。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述管状件是钻杆，所述方法包括将钻头与所述工具接头联接并在所述井筒中钻孔。

26.权利要求24的方法，其特征在于，所述金刚石溶剂－催化剂是铁、钛、钴、镍、钌、铑、钯、铬、锰、铜或钽。

27.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述金属包括基于所述金属的总重量的45wt.％到100wt.％的所述金刚石溶剂－催化剂。

28.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述金属比碳化钨软。

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