專利名稱：：將耐磨材料應(yīng)用于地鉆工具外表面的方法及獲得的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明整體涉及旋轉(zhuǎn)鉆頭和其它地鉆工具、制作地鉆工具的方法以及增強(qiáng)地鉆工具耐磨性的方法。
背景技術(shù)：
：地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭通常用于在地層中鉆孔或鉆井。一類旋轉(zhuǎn)鉆頭為固定切削元件鉆頭(經(jīng)常稱作"刮刀"鉆頭)，通常包括多個(gè)固定于鉆頭體表面及保徑區(qū)域的切削元件。通常，固定切割元件類鉆頭的切削元件或者為盤狀，或者在有些情況下為更加細(xì)長(zhǎng)的基本圓柱形狀。在每個(gè)切削元件基底的大致圓形端面上，可能會(huì)有一個(gè)包含硬的、超耐磨材料(例如，形成所謂"金剛石平臺(tái)(diamondtable)"的相互束縛的多晶金剛石顆粒)的切削面。這些切削元件通常被稱為"聚晶金剛石復(fù)合片"(PDC)切削元件或切削件。通常，PDC切削元件與鉆頭體分開制作，然后固定于該鉆頭體外表面上形成的凹窩內(nèi)。粘結(jié)材料(如粘合劑)或更通常地銅鋅合金可能被用于將這些切削元件固定到鉆頭體上。地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭的鉆頭體可以固定于具有美國(guó)石油學(xué)會(huì)(API)標(biāo)準(zhǔn)螺紋的硬化鋼的接頭部分上，以便將鉆頭連接到鉆柱上。鉆柱包括鉆頭和地表其它鉆井設(shè)備之間首尾相連的空心管和設(shè)備段。像轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)裝置這樣的設(shè)備可用于旋轉(zhuǎn)鉆孔內(nèi)的鉆柱和鉆頭。或者，可直接將鉆頭的接頭部分與井下馬達(dá)的傳動(dòng)軸聯(lián)結(jié)，然后將馬達(dá)用于旋轉(zhuǎn)該鉆頭。參照?qǐng)D1，常規(guī)的固定切削元件旋轉(zhuǎn)鉆頭10包括鉆頭體12，該鉆頭體通常具有徑向凸起和縱向延伸的翼或刮刀14，翼或刮刀由排屑槽16分隔開。在刮刀14的表面20上有多個(gè)PDC切削元件18，這些切削元件在鉆頭體12的表面20上延伸。鉆頭體12的表面20包括用于嚙合所鉆地層的刮刀14的表面，以及鉆頭體12位于孔道與排屑槽16內(nèi)的外表面。多個(gè)PDC切削元件18可沿著每個(gè)刮刀14設(shè)置于刮刀14上所形成的凹窩22內(nèi)，并且可由支持物24從后面支撐，該支持物可與鉆頭體12—體形成。鉆頭IO還可包括API螺紋連接部分30，用以將鉆頭IO連接到鉆柱上(未示出)。另外，縱向孔(未示出)縱向延伸穿過鉆頭體12的至少一部分，內(nèi)部流體通道(未示出)提供縱向孔和噴嘴32之間的流體連通，噴嘴32位于鉆頭體12的表面20上，并且與通向排屑槽16的孔道連通。在鉆井操作過程中，鉆頭IO被放置在井眼底部并旋轉(zhuǎn)，同時(shí)鉆井液穿過縱向孔、內(nèi)部流體通道以及噴嘴32被泵送至鉆頭體12的表面20。當(dāng)鉆頭10旋轉(zhuǎn)時(shí)，PDC切削元件18刮削并剪切地下地層。地層切削物與鉆井液混合并懸浮于其內(nèi)，且穿過排屑槽16，經(jīng)鉆孔壁與鉆柱外表面之間的環(huán)形空間升至地層表面
發(fā)明內(nèi)容在一些實(shí)施例中，本發(fā)明包括具有耐磨材料的地鉆工具，該耐磨材料置于由外表面延伸至鉆體內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)凹部?jī)?nèi)。該耐磨材料的暴露面基本與其附近的鉆頭體外表面齊平。所述的一個(gè)或多個(gè)凹部可沿由鉆頭體外表面之間的相交線所限定的邊緣延伸，鄰近該鉆頭體內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)耐磨嵌入物，和/或鄰近固定于該鉆頭體的一個(gè)或多個(gè)切削元件。在另外一些實(shí)施例中，本發(fā)明包括形成地鉆工具的方法。這些方法包括在鉆頭體外表面內(nèi)的至少一個(gè)凹部?jī)?nèi)提供耐磨材料，并使該耐磨材料的暴露面與鄰近該耐磨材料的鉆頭體的外表面基本齊平。盡管本說明書以特別指出并明確聲明本
發(fā)明內(nèi)容的權(quán)利要求結(jié)束，但本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點(diǎn)可在結(jié)合附圖閱讀下面對(duì)本發(fā)明的描述之后更容易地確定，其中圖1為示例性固定切削元件地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭的透^L圖。圖2為另一個(gè)固定切削元件地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭的側(cè)視圖，該圖示出了形成于鉆頭刮刀內(nèi)的大體縱向延伸的凹部，所述凹部用以容納耐磨材料于其內(nèi)。圖3為圖2所示鉆頭的一個(gè)刮刀的局部側(cè)視圖，該圖示出了刮刀的各部分。圖4為圖2所示鉆頭刮刀的截面視圖，該圖是大體垂直于鉆頭縱軸線截取的，進(jìn)一步示出刮刀內(nèi)形成的、用以容納耐磨材料于其內(nèi)的凹部。圖5為圖2所示的鉆頭刮刀的截面視圖，該圖與圖4所示圖相似，并進(jìn)一步示出放置在預(yù)先設(shè)置于刮刀中的凹部?jī)?nèi)的耐磨材料。圖6為另一個(gè)固定切削元件地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭的側(cè)視圖，與圖2所示相似，示出了形成于鉆頭刮刀內(nèi)的、用于將耐磨材料容納于其內(nèi)的、大體沿周向延伸的凹部。圖7為再一個(gè)固定切削元件地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭的側(cè)視圖，與圖2和圖6所示相似，示出在該鉆頭刮刀內(nèi)形成的用以容納耐磨材料于其內(nèi)的大體周向延伸的凹部和大體縱向延伸的凹部。圖8為與圖4和圖5所示相似的截面視圖，示出了大致圍繞耐磨嵌入物周邊形成的用以容納耐磨材料于其內(nèi)的凹部，耐磨嵌入物位于地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭刮刀的地層接合表面內(nèi)。圖9為固定于地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭刮刀上的切削元件的透視圖，示出了大致圍繞切割元件周邊形成的、用以容納耐磨材料于其內(nèi)的凹部。圖IO為圖9所示的切削元件和刮刀的一部分的截面視圖，該圖大致垂直于該切削元件縱軸線截取，進(jìn)一步示出了大致圍繞該切削元件周邊形成的凹部。圖11為圖9所示的切削元件和刮刀的一部分的另一截面視圖，該圖大致平行于該切削元件縱軸線截取，進(jìn)一步示出大致圍繞該切削元件周邊形成的凹部。圖12為圖9所示的切削元件和刮刀的透視圖，進(jìn)一步示出置于圍繞該切削元件周邊設(shè)置的凹部?jī)?nèi)的耐磨材料。圖13為與圖IO所示類似的切削元件和刮刀的截面視圖，進(jìn)一步示出置于圍繞該切削元件周邊設(shè)置的凹部?jī)?nèi)的耐磨材料。圖14為與圖11所示類似的切削元件和刮刀的截面視圖，進(jìn)一步示出置于圍繞該切削元件周邊形成的凹部?jī)?nèi)的耐磨材料。圖15為又一個(gè)固定切削元件地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭的端視圖，該圖大體上示出了形成于鉆頭刮刀的前部和錐體內(nèi)的、用以容納耐磨材料于其內(nèi)的凹部。具體實(shí)施例方式本文所提供的圖示不是任何特定鉆頭、切削元件或鉆頭的其它特征的實(shí)際視圖，僅為用以描述本發(fā)明的理想表示。另外，各圖之間的共同元件可能保留相同的數(shù)字標(biāo)號(hào)。本發(fā)明可用于增強(qiáng)地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭的耐磨性。本發(fā)明的地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭40的一種實(shí)施例在圖2中示出。鉆頭40與之前參考圖1所描述的鉆頭10大體相似，其包括多個(gè)由排屑槽16分隔開的刮刀14。圖3為圖2所示的鉆頭10的一個(gè)刮刀14的局部側(cè)視圖。如圖3所示，每個(gè)刮刀14可包括錐形區(qū)域50(具有倒置錐形形狀的區(qū)域)，前端區(qū)域52、側(cè)翼區(qū)域54、軸肩區(qū)域56，以及保徑區(qū)域58(側(cè)翼區(qū)域54和軸肩區(qū)域56可在本領(lǐng)域內(nèi)合稱為該刮刀的"側(cè)翼"或"軸肩")。在另外一些實(shí)施例中，刮刀14可不包括錐形區(qū)域50。這些區(qū)域中的每一個(gè)區(qū)域都包括一個(gè)暴露的外表面，用以在鉆井過程中與井眼內(nèi)的地層接合。錐形區(qū)域50、前端區(qū)域52和側(cè)翼區(qū)域54用以接命油井鉆孔底部的地層表面，并用于支撐大部分的鉆壓(WOB)。這些區(qū)域承載了用以切削或刮削鉆孔底部地下地層的切削元件18的大部分。軸肩區(qū)域56和保徑區(qū)域58用以接合鉆孔側(cè)面的地層表面。當(dāng)刮刀14的各個(gè)區(qū)域的地層接合表面滑過或刮削地層時(shí)，刮刀14的材料在地層接合表面處就有可能被磨損。刮刀14在地層接合表面處的這種材料磨損會(huì)導(dǎo)致切削元件的損耗和/或鉆頭的不穩(wěn)定性(例如鉆頭渦動(dòng))，這可能會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致鉆頭40的災(zāi)難性故障。為努力減少刮刀14在地層接合表面處的材料磨損，各種耐磨結(jié)構(gòu)和材料被放置在刮刀14的這些暴露外表面上和/或內(nèi)部。例如，將由耐磨材料(例如碳化鴒)制成的諸如磚、柱和耐磨結(jié)等嵌入物嵌入到刮刀14的地層接合表面內(nèi)。再參照?qǐng)D2，多個(gè)耐磨嵌入物26(例如，其中的每一個(gè)都可以包含碳化鎢磚)可在刮刀14的保徑區(qū)域58內(nèi)、于刮刀14的地層接合表面21處嵌入到刮刀14內(nèi)。在另外一些實(shí)施例中，刮刀14可在刮刀14的其它區(qū)域的地層接合表面上或內(nèi)包含耐磨結(jié)構(gòu)，這些其它區(qū)域包括錐體區(qū)域50、前端區(qū)域52、側(cè)翼區(qū)域54和軸肩區(qū)域56(見圖3)。例如，在刮刀的錐體區(qū)域50和前端區(qū)域52中的至少一個(gè)區(qū)域的地層接合表面上或地層接合表面內(nèi)、在一個(gè)或多個(gè)切削元件18的后方以可旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置耐磨嵌入物。常規(guī)地，還可將耐磨材料(例如表面耐磨堆焊材料)應(yīng)用于刮刀14的地層接合表面上的選定位置。例如，可使用氧乙炔炬或孤焊機(jī)至少局部地熔化耐磨材料，隨后可將該熔化的耐磨材料應(yīng)用于刮刀14的地層接合表面，以允許冷卻固化。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在鉆頭40的一個(gè)或多個(gè)地層接合表面內(nèi)可以形成凹部，并且可用耐磨材料填充這些凹部。作為一個(gè)非限制性實(shí)例，用以容納耐磨材料于其內(nèi)的凹部42可形成于刮刀14內(nèi)，如圖2所示。凹部42可大致沿一個(gè)或多個(gè)刮刀14縱向延伸。縱向延伸的凹部42可形成于一個(gè)或多個(gè)刮刀14的地層接合表面21和旋轉(zhuǎn)前緣面46的相交線所限定的邊緣處，或者沿著該邊緣設(shè)置，或者鄰近該邊緣設(shè)置。另外，縱向延伸的凹部42可形成于刮刀14的地層接合表面21和旋轉(zhuǎn)后緣面48的相交線所限定的邊緣處，或沿著該邊緣設(shè)置，或鄰近該邊緣設(shè)置。任選地，一個(gè)或多個(gè)凹部42可與一個(gè)或多個(gè)耐磨嵌入物26相鄰地(例如，就旋轉(zhuǎn)方向而言的前方和后方)沿著刮刀14延伸，如圖2所示。圖4為圖2所示的刮刀14沿圖2內(nèi)所示的剖切線4-4截取的截面視圖。如圖4所示，凹部42可具有大致半圓形的橫截面形狀。然而，在另一些實(shí)施例中，凹部42可具有任意橫截面形狀，例如大致三角形、大致矩形(例如正方形)，或任何其它的形狀。凹部42在刮刀14內(nèi)的形成方式或其設(shè)置方式可取決于刮刀14的材質(zhì)。例如，如果刮刀14包含鋼或其他金屬合金，可使用例如標(biāo)準(zhǔn)銑床或其它標(biāo)準(zhǔn)機(jī)加工工具(包括手持機(jī)加工工具)在刮刀14內(nèi)形成凹部42。然而，如果刮刀14包含以相對(duì)更加堅(jiān)硬的、且不易加工的顆粒作為基材的復(fù)合材料，則凹部42可在刮刀14的形成過程中設(shè)置于其內(nèi)。包含以顆粒作為基材的復(fù)合材料的鉆頭的鉆頭體12傳統(tǒng)上通過在模具內(nèi)澆鑄鉆頭體12而形成。為了在這樣的鉆頭體12內(nèi)形成凹部42，可在模具內(nèi)的選定位置處設(shè)置包含有陶瓷或其它耐火材料、并且形狀與待要在鉆頭體12內(nèi)形成的凹部的所需形狀相對(duì)應(yīng)的嵌入物或置換物，所述選定位置對(duì)應(yīng)于鉆頭體12中的將要形成凹部的選定位置。當(dāng)圍繞模具內(nèi)的嵌入物或置換物澆鑄或以其它方式形成鉆頭體12后，可將鉆頭體12從模具中移走，并從鉆頭體12中移走嵌入物或置換物，形成凹部42。另外，可使用超聲波加工技術(shù)在包含以顆粒作為基材的復(fù)合材料的鉆頭體12內(nèi)形成凹部42，該技術(shù)可包括在使用機(jī)加工工具形成鉆頭體12內(nèi)的凹部42時(shí)將超聲波振動(dòng)應(yīng)用于該機(jī)加工工具。本發(fā)明不受凹部42在鉆頭40的鉆頭體12的刮刀14內(nèi)的形成方式的限制，任何能夠用于在某一特定鉆頭40內(nèi)形成凹部42的方法都可用于提供體現(xiàn)本發(fā)明教導(dǎo)的鉆頭。參閱圖5，當(dāng)凹部42在刮刀14的地層接合表面內(nèi)形成后，可在凹部42內(nèi)設(shè)置耐磨材料60。在一些實(shí)施例中，設(shè)置于凹部42內(nèi)的耐磨材料60的暴露外表面可與鄰近的刮刀14的暴露外表面共面延伸。也就是說，該耐磨材料60不會(huì)從刮刀14的表面明顯突出。在這樣的構(gòu)造中，在用耐磨材料60填充凹部42之后的刮刀14的外表面形貌可基本與凹部42形成之前刮刀14的外表面形貌相似。換另外一種表述來說就是在與刮刀14的鄰近耐磨材料60的表面大致垂直的方向上，耐磨材料60的暴露面可與刮刀14的鄰近耐磨材料60的表面基本齊平。通過如上所述地基本維持刮刀14的外表面的最初形貌，施加于刮刀14外表面的力可以以鉆頭設(shè)計(jì)者想要的方式更均勻地分布于刮刀14上。相反地，當(dāng)?shù)貙优c耐磨材料60的從刮刀14的外表面突出的部分接合時(shí)，在刮刀內(nèi)與任何從刮刀14的外表面突出的耐磨材料60相鄰的區(qū)域處會(huì)產(chǎn)生增大的局部應(yīng)力。這樣增大的局部應(yīng)力的大小大致與這些突出部分從刮刀14的表面沿朝向鉆進(jìn)地層方向延伸的距離成正比。通過使耐磨材料60的暴露外表面與刮刀14在形成凹部42之前的暴露外表面基本相配，可以減少或消除這些增大的局部應(yīng)力，并由此減少磨損并增加鉆頭40的使用壽命。之前結(jié)合圖2、4和5所描述的凹部42相對(duì)于鉆頭40沿基本縱向方向延伸。而且，這些圖中所示的凹部42大致位于鉆頭40的刮刀14的保徑區(qū)域，并且沿刮刀14的地層接合表面21和刮刀14的旋轉(zhuǎn)前緣面46以及刮刀14的地層接合表面21和旋轉(zhuǎn)后緣面48之間的相交線所限定的邊緣延伸。本發(fā)明并不限制于此，根據(jù)本發(fā)明，填充耐磨材料的凹部可設(shè)置于鉆頭的鉆頭體的任何區(qū)域內(nèi)(包括刮刀14的任何區(qū)域以及不在刮刀14上的區(qū)域X另外，在根據(jù)本發(fā)明的鉆頭實(shí)施例中，由耐磨材料填充的凹部可具有任何形狀和任意取向。圖6示出了本發(fā)明的鉆頭90的另一個(gè)實(shí)施例。該鉆頭90基本與之前參考圖2所描述的鉆頭40相似，包括多個(gè)由排屑槽16分隔開的刮刀14。多個(gè)耐磨嵌入物26在刮刀14的保徑區(qū)域58內(nèi)被嵌入到刮刀14的地層接合表面21內(nèi)。鉆頭90還包括多個(gè)凹部92，這些凹部與每個(gè)刮刀14的包含多個(gè)耐磨嵌入物26的區(qū)域相鄰地形成。凹部92可基本類似于之前結(jié)合圖2、4和5中所描述的凹部42。不過，凹部92沿著與鉆井過程中鉆頭90旋轉(zhuǎn)方向平行的方向、大致繞鉆頭90的圓周延伸。圖7示出了本發(fā)明的鉆頭100的又一個(gè)實(shí)施例。鉆頭100基本與鉆頭40和鉆頭90類似，包括多個(gè)刮刀14、排屑槽16以及在鉆頭保徑區(qū)域58內(nèi)嵌入到每個(gè)刮刀14的地層接合表面21內(nèi)的耐磨嵌入物26。不過，鉆頭100同時(shí)包括基本縱向延伸的凹部42(類似于鉆頭40中的那些凹部)和基本周向延伸的凹部92(類似于鉆頭90中的那些凹部)。在這個(gè)構(gòu)造中，多個(gè)耐磨嵌入物26可大體被填充耐磨材料60(圖5)的凹部42、92在外圍包圍，耐磨材料60大致填充至刮刀14的暴露外表面的高度。通過基本包圍刮刀14的每個(gè)包括多個(gè)耐磨嵌入物26的區(qū)域的外圍，刮刀14的鄰近多個(gè)耐磨嵌入物26的材料的磨損可以得到減小或消除，由此可防止在鉆井期間一個(gè)或多個(gè)耐磨嵌入物26受損。在圖7所示的實(shí)施例中，刮刀14的包括多個(gè)耐磨嵌入物26的區(qū)域的外圍大體被可以填充耐磨材料60(圖5)的凹部42、92包圍。在另外的實(shí)施例中，鉆頭的一個(gè)或多個(gè)耐磨嵌入物的外圍可單獨(dú)地被填充耐磨材料的凹部(如凹部42、92)包圍。圖8是本發(fā)明鉆頭的另一個(gè)實(shí)施例的刮刀14的截面視圖。該截面視圖類似于圖4和圖5所示的截面視圖。然而，圖8所示的刮刀14包括被填充耐磨材料60的凹部110在外圍單獨(dú)環(huán)繞的耐磨嵌入物26。這些凹部110可以與之前描述的凹部42、92基本類似，并且可用耐磨材料60填充。在這個(gè)構(gòu)造中，嵌入物26的暴露外表面、耐磨材料60的暴露外表面、以及刮刀14的鄰近耐磨材料60的區(qū)域的暴露外表面可以是共面延伸的并保持在同一平面上，以減少或消除由于任何耐磨材料60從刮刀14朝著鉆進(jìn)地層方向突出所引起的應(yīng)力局部集中。在另外一些實(shí)施例中，可圍繞切削元件形成凹部。圖9為固定于鉆頭刮刀14上的切削元件凹窩22內(nèi)的一個(gè)切削元件18的透視圖，其中的鉆頭類似于之前描述的每一個(gè)鉆頭。如圖9-11中每個(gè)圖所示的，凹部114可在刮刀14內(nèi)形成，大體在外圍環(huán)繞切削元件18。如圖10和圖11所示，凹部114可具有大致為三角形的橫截面形狀，不過在另外一些實(shí)施例中，凹部114可具有任何其它形狀?？墒褂美缯澈蟿┗蜚~焊合金這樣的粘合材料116將切削元件18固定于切削元件凹窩22內(nèi)，所述粘合材料可設(shè)在交界面處，以用來將切削元件18固定和連接到刮刀14上。圖12-14分別與圖9-ll基本相似，但進(jìn)一步示出了設(shè)置于凹部114內(nèi)的耐磨材料60，凹部114圍繞切削元件18設(shè)置在鉆頭體的刮刀14內(nèi)。耐磨材料60的暴露外表面和刮刀14的鄰近耐磨材料60的區(qū)域的暴露外表面可以基本共面延伸。另外，耐磨材料60可以構(gòu)造成延伸不超過刮刀14的鄰近表面，以減少或消除由于任何耐磨材料60從刮刀14朝鉆進(jìn)地層方向突出所引起的應(yīng)力局部集中。另外，在這樣的構(gòu)造中，耐磨材料60可以覆蓋和保護(hù)用于將切削元件18固定在切削元件凹窩22內(nèi)的粘合材料24的至少一部分，這樣可以保護(hù)粘合材料24使之在鉆進(jìn)過程中免受磨損。通過保護(hù)粘合材料24使之在鉆進(jìn)過程中免受磨損，耐磨材料60可以幫助防止切削元件18與刮刀14分離、避免對(duì)鉆頭體的造成損壞、以及防止鉆頭的災(zāi)難性故障。圖15為本發(fā)明的地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭120的另一個(gè)實(shí)施例的正面端視圖。如圖15所示，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以在切削元件18之間設(shè)置用于容納耐磨材料60于其內(nèi)的凹部122。例如，凹部122可以在位于鉆頭120的錐形區(qū)域50(圖3)和前端區(qū)域52(圖3)中的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)的切削元件18之間、繞著鉆頭縱軸線(未示出)大體沿圓周方向延伸。另外，如圖15所示，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在切削元件的就旋轉(zhuǎn)方向而言的后方可以設(shè)置凹部124。例如，凹部124可以在位于鉆頭120的錐形區(qū)域50(圖3)和前端區(qū)域52(圖3)中的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)切削元件18的就旋轉(zhuǎn)方向而言的后方、沿著刮刀14的縱向延伸。在另一些實(shí)施例中，凹部124可以不是細(xì)長(zhǎng)的，而是可具有基本為圓形或矩形的形狀。這樣的凹部124可以緊鄰一個(gè)或多個(gè)切削元件18的就旋轉(zhuǎn)方向而言的后方定位，或與切削元件18相鄰地定位在就其旋轉(zhuǎn)方向而言的后方，但是要定位于相鄰的切削元件18之間的徑向位置處(從鉆頭120的縱軸線進(jìn)行測(cè)量)。本文所描述的耐磨材料60可包括例如以顆粒作為基材的復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括遍布基材的眾多硬質(zhì)相區(qū)域或顆粒。硬陶瓷相區(qū)域或顆?？梢园ɡ缃饎偸蛱蓟铩⒌?、氧化物和硼化物(包括碳化硼(B4C))。作為更具體的實(shí)例，硬陶磁相區(qū)域或顆?？梢园ɡ缬芍T如鎢、鈦、鉬、鈮、釩、鉿、鉭、鉻、鋯、鋁和硅元素制成的碳化物和硼化物。舉例說明但并不限于此，可用于形成硬質(zhì)相區(qū)域或顆粒的材料包括碳化鵠(WC)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)、二硼化鈦(TiB2)、碳化鉻、一氮化鈦(TiN)、氧化鋁(Al203)、氮化鋁(A1N)，以及碳化硅(SiC)。陶瓷-金屬復(fù)合材料的金屬基材料可包括例如鈷基、鐵基、鎳基、鐵鎳基、鈷鎳基、鐵鈷基、鋁基、銅基、鎂基和鈦基合金?；倪€可選自商用純?cè)兀玮?、鋁、銅、鎂、鈦、鐵和鎳。盡管本文結(jié)合地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭和這些地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭的鉆頭體描述了本發(fā)明的方法和裝置的實(shí)施例，但應(yīng)理解本發(fā)明并不限于此。本文中所用的術(shù)語"鉆頭體"涵蓋地鉆旋轉(zhuǎn)鉆頭(包括固定切削刃鉆頭和滾柱牙輪型鉆頭)的鉆頭體，以及其它地鉆工具的鉆頭體，其它地鉆工具包括但并不限于巖心鉆頭、雙心鉆頭、偏心鉆頭、鉆孔器、擴(kuò)孔器，以及其它鉆進(jìn)和井下工具。盡管本文參照某些優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到并理解本發(fā)明并不限于此。相反地，在不脫離所附權(quán)利要求所述的本發(fā)明范圍的情況下，可以對(duì)這些優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行添加、刪除和修改。另外，一個(gè)實(shí)施例的特征可與另外的實(shí)施例的特征組合，但仍包含在發(fā)明者所設(shè)想的本發(fā)明范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種地鉆工具，包括具有外表面的鉆頭體；和置于從所述外表面延伸到所述鉆頭體中的至少一個(gè)凹部?jī)?nèi)的耐磨材料，所述耐磨材料的暴露面與所述鉆頭體的與所述耐磨材料相鄰的外表面基本齊平。2.如權(quán)利要求l所述的地鉆工具，其中，所述鉆頭體包括多個(gè)刮刀，所述至少一個(gè)凹部延伸到所述多個(gè)刮刀中的至少一個(gè)刮刀的地層接合表面內(nèi)。3.如權(quán)利要求2所述的地鉆工具，其中，所述至少一個(gè)凹部位于所述至少一個(gè)刮刀的前端區(qū)域和錐體區(qū)域中的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)。4.如權(quán)利要求2或3所述的地鉆工具，其中，所述至少一個(gè)凹部沿著由所述多個(gè)刮刀的所述至少一個(gè)刮刀的兩個(gè)外表面之間的相交線限定的邊緣延伸。5.如權(quán)利要求4所述的地鉆工具，其中，所述邊緣由所述至少一個(gè)刮刀的地層接合表面和所述至少一個(gè)刮刀的旋轉(zhuǎn)前緣面之間的相交線限定。6.如權(quán)利要求4所述的地鉆工具，其中，所述邊緣由所述至少一個(gè)刮刀的地層接合表面和所述至少一個(gè)刮刀的旋轉(zhuǎn)后緣面之間的相交線限定。7.如權(quán)利要求l所述的地鉆工具，其中，所述至少一個(gè)凹部與所述鉆頭體的所述外表面內(nèi)的至少一個(gè)耐磨嵌入物相鄰地設(shè)置。8.如權(quán)利要求7所述的地鉆工具，其中，所述至少一個(gè)凹部大體在外圍圍繞所述鉆頭體的所述外表面內(nèi)的所述至少一個(gè)耐磨嵌入物。9.如權(quán)利要求7所述的地鉆工具，其中，所述至少一個(gè)凹部大體在外圍圍繞所述鉆頭體的所述外表面內(nèi)的多個(gè)耐磨嵌入物。10.如權(quán)利要求1所述的地鉆工具，其中，所述至少一個(gè)凹部與固定于所述鉆頭體的所述外表面的至少一個(gè)切削元件相鄰地設(shè)置。11.如權(quán)利要求10所述的地鉆工具，其中，所述耐磨材料覆蓋將所述至少一個(gè)切削元件至少部分地固定于所述鉆頭體的所述外表面的粘合材料。12.—種形成地鉆工具的方法，所述方法包括在鉆頭體的外表面中形成至少一個(gè)凹部；在所述至少一個(gè)凹部?jī)?nèi)設(shè)置耐磨材料；和使所述耐磨材料的暴露外表面與鄰近所述耐磨材料的鉆頭體外表面大體齊平。13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，在鉆頭體的外表面內(nèi)形成至少一個(gè)凹部的步驟包括在所述鉆頭體的刮刀的地層接合表面內(nèi)形成所述至少一個(gè)凹部。14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，在所述刮刀的地層接合表面內(nèi)形成所述至少一個(gè)凹部的步驟包括在所述刮刀的前端區(qū)域和錐形區(qū)域中的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)形成所述至少一個(gè)凹部。15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，在所述鉆頭體的刮刀的地層接合表面內(nèi)形成所述至少一個(gè)凹部的步驟包括沿著由所述刮刀的地層接合表面和所述刮刀的旋轉(zhuǎn)前緣面之間的相交線所限定的邊緣形成所述至少一個(gè)凹部。16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，在所述鉆頭體的刮刀的地層接合表面內(nèi)形成所述至少一個(gè)凹部的步驟包括沿著由所述刮刀的地所述至少一個(gè)凹部。17.如權(quán)利要求12至16中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，在鉆頭體的外表面內(nèi)形成至少一個(gè)凹部的步驟包括與所述鉆頭體外表面內(nèi)的至少一個(gè)耐磨嵌入物相鄰地形成所述至少一個(gè)凹部。18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，在與所述鉆頭體外表面內(nèi)的至少一個(gè)耐磨嵌入物相鄰地形成所述至少一個(gè)凹部的步驟包括使所述至少一個(gè)凹部大體在外圍環(huán)繞所述鉆頭體外表面內(nèi)的所述至少一個(gè)耐磨嵌入物。19.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，在鉆頭體的外表面內(nèi)形成至少一個(gè)凹部的步驟包括與固定于所述鉆頭體外表面的至少一個(gè)切削元件相鄰地形成所述至少一個(gè)凹部。20.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括^f吏所述至少一個(gè)凹部形成為大體在外圍環(huán)繞固定于所述鉆頭體外表面的至少一個(gè)切削元件，以及使所述至少一個(gè)凹部形成為利用耐磨材料大體覆蓋將所述至少一個(gè)切削元件至少部分地固定于所述鉆頭體外表面的粘合材料。全文摘要本發(fā)明公開了一種地鉆工具，包含置于形成于地鉆工具鉆頭體的外表面的至少一個(gè)凹部?jī)?nèi)的耐磨材料。所述耐磨材料的暴露面基本與鄰近所述耐磨材料的鉆頭體外表面齊平。在一些實(shí)施例中，這些凹部可形成于地鉆旋轉(zhuǎn)工具刮刀的地層接合表面，并且靠近固定于地鉆工具鉆頭體的一個(gè)或多個(gè)鑲嵌體、或靠近固定于地鉆工具鉆頭體的一個(gè)或多個(gè)切削元件。還公開了一種形成地鉆工具的方法，包括用耐磨材料填充在鉆頭體外表面形成的一個(gè)或多個(gè)凹部，并使所述耐磨材料的暴露面基本與鉆頭體的外表面齊平。文檔編號(hào)E21B10/00GK101627177SQ200780040150公開日2010年1月13日申請(qǐng)日期2007年8月30日優(yōu)先權(quán)日2006年8月30日發(fā)明者D·V·羅伯茨,J·L·奧弗斯特里特,K·E·吉爾摩,M·E·莫里斯,M·L·多斯特,R·M·韋爾奇申請(qǐng)人:貝克休斯公司