钻地旋转钻头和制造具有颗粒基体复合钻头体的钻地旋转钻头的方法

专利名称：钻地旋转钻头和制造具有颗粒基体复合钻头体的钻地旋转钻头的方法
技术领域：
本发明通常涉及钻地旋转钻头，以及制造这种钻地旋转钻头的方 法。更特别地，本发明通常涉及包括大体上由颗粒基体复合材料形成 的钻头体的钻地旋转钻头，以及制造这种钻地钻头的方法。
背景技术：
旋转钻头通常用于在地层中钻孔或钻井。旋转钻头包括两种主要 构造。 一种构造是牙轮钻头，其典型地包括安装在从钻头体伸出的支 撑腿上的三个牙轮(roller cones )。每个牙轮构造为绕支撑腿回转或 旋转。切齿典型地设置在每个牙轮的外表面上以切削岩石及其它地层。 切齿通常覆布有超硬研磨("硬质焊敷")料。这种材料通常包括散布 在金属合金基体材料中的碳化鵠颗粒。可选地，在每个牙轮的外表面 上设置凹窝(receptacles)，硬质金属镶嵌件固定在所述凹窝内以形 成切削元件。牙轮钻头可以放入钻孔中，使得牙轮临近要钻进的地层。 当钻头旋转时，牙轮横过地层表面旋转，切齿压碎下伏地层。
第二类旋转钻头是固定牙轮式钻头(通常称作"刮刀"钻头)，其
典型地包括固定到钻头体表面区域上的多个切削元件。通常，固定牙 轮式钻头的切削元件具有盘形或大体圆柱形状。硬质超研磨材料(例 如，相互粘结的聚晶金刚石颗粒)可以设置在每一切削元件的大体圆 形端面上以提供切削表面。这种切削元件通常称作"聚晶金刚石复合
片"(PDC)切削件。典型地，切削元件与钻头体分开制造并且固定 在形成于钻头体外表面上的凹窝中。可以使用例如粘结剂的粘结材料 (或者更典型地，硬钎焊合金)将切削元件固定到钻头体上。固定牙 轮式钻头可以放入钻孔中，使得切削元件临近要钻进的地层。当钻头 旋转时，切削元件横向刮削和切断下伏地层的表面。
旋转钻头的钻头体典型地固定到硬化钢杆上，所述硬化钢杆具有 用于将钻头附接到钻柱上的美国石油学会标准(API)螺紋销。钻柱 包括在钻头和位于地面的其它钻井设备之间首尾相连的管状管件和设 备段。可以使用例如回转工作台或顶部驱动装置的设备使钻柱和钻头 在钻孔内旋转。可选地，钻头杆可以直接联接到井下马达的驱动轴上， 因此，可以使用所述驱动轴使钻头旋转。
旋转钻头的钻头体可由钢制成。可选地，钻头体可以由颗粒基体 复合材料制成。这种材料包括随机散布在基体材料(通常称作"粘结" 材料)中的硬质颗粒。这种钻头体典型地通过将钢坯嵌置在碳化物颗 粒材料(例如，碳化鴒颗粒)中，并且将粒状碳化物材料渗入基体材 料(例如，铜合金)中而形成。相对于具有钢制钻头体的钻头而言， 具有由这种颗粒基体复合材料制成的钻头体的钻头可以具有增强的耐 腐蚀性和耐磨损性，降低的强度和韧性。
图l显示了传统的钻地旋转钻头10，该钻地旋转钻头具有包括颗 粒基体复合材料的钻头体。如图所示，钻头10包括固定到钢杆20上 的钻头体12。钻头体12包括冠部14和嵌置在冠部14中的钢坯16。 冠部14包括颗粒基体复合材料，例如，镶嵌在铜合金基体材料中的碳 化钨颗粒。钻头体12通过螺紋接头22和焊缝24固定到钢杆20上， 所述焊缝围绕钻头10在其外表面上沿钻头体12和钢杆20之间的接合 面延伸。钢杆20包括用于将钻头10附接到钻柱(未显示)上的API
螺紋销28。
钻头体12包括由排屑槽32隔开的刀翼或刀片30。内部流体通道 42在钻头体12的表面18和纵向孔40之间延伸，所述纵向孔延伸穿 过钢杆20并部分地穿过钻头体12。喷管衬套(未显示)可以在钻头 体12的表面18处设置于内部流体通道42内。
多个PDC切削件34设置在钻头体12的表面18上。PDC切削件 34可以沿刀翼30设置在形成于钻头体12的表面18上的凹窝36内， 并且由支肋38从后面支撑，所述支肋可以与钻头体12的冠部14 一体 形成。
图1所示钢坯16通常为圆柱形管状。可选地，钢坯16可以具有 相当复杂的构造，并且可以包括与在钻头体12的表面18上延伸的刀 翼30或其它特征相对应的外部突起。
在钻进操作期间，钻头10定位在钻井孔底部并且在钻井流体通过 纵向孔40和内部流体通道42泵送到钻头体12的表面18上的同时进 行旋转。当PDC切削件34切断或刮削下伏地层时，地层岩屑和碎石 与钻井流体混合并悬浮于其中，钻井流体通过排屑槽32和位于钻井孔 和钻柱之间的环形空间流向地层表面。
通常，通过将硬质颗粒渗入石墨模中的熔融基体材料中而制造包 括颗粒基体复合材料的钻头体，例如在先描述的钻头体12。石墨模的 腔室通常利用五轴机床机加工而成。随后通过手持工具给石墨模腔室 增加细微特征。还需要附加的模型粘土制作来获得钻头体的一些特征 的希望构造。在必要的地方，预成形元件或移动件(其可以包括陶资 材料部件、石墨部件、或涂覆树脂的型砂致密部件)可以位于模型内 部并用于界定内部通道42、切削元件凹窝36、排屑槽32、及钻头体 12的其它外部形貌特征。石墨模的腔室装满硬质粒状碳化物材料(例 如碳化鴒、碳化钛、碳化钽、等等)。预成形钢坯16随后以合适的位 置和朝向放置在模型内。典型地，钢坯16至少部分地嵌置在位于模型 内的粒状碳化物材料中。
随后振动模型或者以其它方式压紧颗粒，从而减少粒状碳化物材
料的相邻颗粒之间的空间。例如铜基合金的基体材料会熔化，并且粒
状碳化物材料可以渗入熔化的基体材料中。使模型和钻头体12冷却以 凝固基体材料。在钻头体12冷却并且基体材料凝固时，钢坯16粘结 到形成冠部14的颗粒基体复合材料上。当钻头体12冷却时，将钻头 体12从模型中取出，并且从钻头体12中取出所有移动件。典型地， 需要破坏石墨模以取出钻头体12。
如前所述，典型地，需要破坏石墨模以取出钻头体12。在钻头体 12从模型中取出之后，钻头体12可以固定到钢杆20上。由于形成冠 部14的颗粒基体复合材料较为坚硬并且不易进行机加工，因此使用钢 坯16将钻头体固定到钢杆上。可以在钢坯16的暴露表面上加工出螺 紋以提供钻头体12和钢杆20之间的螺紋接头22。钢杆20可以旋接 到钻头体12上，随后可以沿钻头体12和钢杆20之间的接合面设置焊 缝24。
在钻头体12通过例如硬钎焊、机械固定或粘接固定铸成之后， PDC切削件34可以粘结到钻头体12的表面18上。可选地，如果使 用热稳定的人工合成金刚石或天然金刚石的话，PDC切削件34可以 在钻头体渗入或锻烧期间布置在模型内并粘结到钻头体12的表面18 上。
用于铸造钻头体的模型由于其尺寸、形状和材料成分而难以进行 机加工。而且，通常需要使用手持工具进行手动操作以形成模型和在 从模型中取出钻头体之后形成钻头体上的某些特征，这使钻头体的再 生产性变得更加复杂。这些事实连同利用单个模型只能铸造一个钻头 体的事实一起使具有一致尺寸的多个钻头体的再生产性变得复杂。因 此，会改变切削件在钻头体表面内或钻头体表面上的位置。由于这些变 化，在每个钻头体钻进期间的形状、强度和最终性能可以改变，这使 确定给定钻头的预期寿命变得困难。因此，典型地，钻柱上的钻头比 人们所希望的更为频繁地更换，以免发生意外的钻头故障，从而导致 额外的费用。
从前述说明可以容易地认识到，制造包括颗粒基体复合材料的钻 头体的方法是在可以铸成最终产品(钻头体)之前需要单独制造中间 产品(模型)的略显昂贵、复杂的多步骤劳动密集型方法。而且，必 须分别设计和制造坯件、模型和所用的任何预成形件。尽管包括颗粒 基体复合材料的钻头体可以在耐磨损和耐腐蚀方面明显优于现有技术 的钢制钻头体，但是这种钻头体的低强度和低韧度限制了它们在某些 应用中使用。
因此，人们希望提供一种制造包括颗粒基体复合材料的钻头体的 方法，所述方法无需使用模型，并且提供了可以容易地附接到钻柱的 钻杆或其它部件上的具有较大强度和韧度的钻头体。
而且，用于形成包括颗粒基体复合材料的钻头体的已知方法需要 将基体材料加热到基体材料熔点以上的温度。具有对基体材料而言良 好的物理性能的某些材料由于颗粒与基体之间的有害作用而不适合使 用，所述有害作用可能在颗粒由特定的熔融基体材料浸没时发生。因 此，有限数量的合金适合作基体材料。因此，人们希望提供一种制造 适于生产包括颗粒基体复合材料的钻头体的方法，所述复合材料无需 硬质颗粒渗入熔化的基体材料中。

发明内容
在一个方面，本发明包括形成钻地钻头的钻头体的方法。提供和 组装多个生坯粉末部件以形成单一生坯部件。至少一个生坯粉末部件 构造为形成钻头体的一区域。单一生坯结构至少部分地烧结。
在另一个方面，本发明包括形成钻地钻头的钻头体的另一方法。
少一个生坯:末部件构造为形成钻头;的冠部区域。半生坯^件组装 成单一半生坯结构，其烧结到最终密度。
在另一个方面，本发明包括形成钻地钻头的钻头体的另一方法。 提供多个生坯粉末部件并将其烧结到希望的最终密度以提供多个完全 烧结部件。至少一个生坯粉末部件构造为形成钻头体的冠部区域。完 全烧结部件组装成单一结构，其烧结到使完全烧结部件粘结在一起。
在另一个方面，本发明包括形成钻地旋转钻头的方法。该方法包 括提供大体上由颗粒基体复合材料形成的钻头体，提供构造为附接到
钻柱上的钻杆；和将钻杆附接到钻头体上。通过挤压粉末混合物形成 生坯钻头体和部分地烧结所述生坯钻头体而提供钻头体。粉末混合物 包括多个硬质颗粒和多个包括基体材料的颗粒。硬质颗粒可以选自金 刚石、碳化硼、氮化硼、氮化铝、和W、 Ti、 Mo、 Nb、 V、 Hf、 Zr 和Cr的碳化物或硼化物。基体材料可以选自钴基合金、铁基合金、 镍基合金、钴镍基合金、铁镍基合金、铁钴基合金、铝基合金、铜基 合金、镁基合金和钛基合金。
在另一个方面，本发明包括形成钻地旋转钻头的另一方法。该方 法包括提供大体上由包括散布在基体材料中的多个硬质颗粒的颗粒基 体复合材料形成的钻头体，提供构造为附接到钻柱上的钻杆，和将钻 杆附接到钻头体上。通过形成第一半生坯部件，形成至少一个附加半 生坯部件，组装第一半生坯部件和至少一个附加半生坯部件以形成半 生坯钻头体，和将半生坯钻头体烧结到最终密度来提供钻头体。通过 提供第一粉末混合物，挤压第一粉末混合物以形成第一生坯部件，和 部分地烧结第一生坯部件来形成第一半生坯部件。通过提供不同于第 一粉末混合物的至少一个附加粉末混合物，挤压所述至少一个附加粉 末混合物以形成至少一个附加生坯部件，和部分地烧结所述至少一个 附加生坯部件来形成至少一个附加半生坯部件。
在另一个方面，本发明包括形成钻地旋转钻头的钻头体的方法。 该方法包括提供粉末混合物，利用大体等静压力挤压粉末混合物以形 成大体上由颗粒基体复合材料构成的生坯，和烧结所述生坯以提供大 体上由具有希望的最终密度的颗粒基体复合材料组成的钻头体。粉末 混合物包括多个硬质颗粒、多个包括基体材料的颗粒和粘结材料。硬 质颗粒可以选自金刚石、碳化硼、氮化硼、氮化铝、和W、 Ti、 Mo、 Nb、 V、 Hf、 Zr和Cr的碳化物或硼化物。基体材料可以选自钴基合 金、铁基合金、镍基合金、钴镍基合金、铁镍基合金、铁钴基合金、 铝基合金、铜基合金、镁基合金和钛基合金。 在另一个方面，本发明包括钻地旋转钻头，其包括大体上由颗粒 基体复合材料形成的单一结构。所述单一结构包括构造为承载切削地 层的多个切削件的第一区域和构造为将钻头体附接到钻柱上的至少一 个附加区域。所述至少一个附加区域包括螺紋销。
在另一个方面，本发明包括钻地旋转钻头，其具有大体上由颗粒 基体复合材料形成的钻头体和直接附接到所述钻头体上的钻杆。钻杆 包括构造为将该钻杆附接到钻柱上的螺紋部分。钻头体的颗粒基体复 合材料包括随机散布在基体材料中的多个硬质颗粒。硬质颗粒可以选
自金刚石、碳化硼、氮化硼、氮化铝、和W、 Ti、 Mo、 Nb、 V、 Hf、 Zr和Cr的碳化物或硼化物。基体材料可以选自钴基合金、铁基合金、 镍基合金、钴镍基合金、铁镍基合金、铁钴基合金、铝基合金、铜基 合金、镁基合金和钛基合金。
通过结合附图阅读下列详细说明，本发明的特征、优点和可选方 案对于本领域的技术人员来说变得显而易见。


尽管说明书末尾的权利要求特别指出和清楚声明了本发明的范 围，但是在结合附图阅读本发明的下列说明的情况下，本发明的优点 将变得易于确定，其中
图l是具有包括颗粒基体复合材料的钻头体的传统钻地旋转钻头 的局部横截面侧视图2是体现本发明教导并具有包括颗粒基体复合材料的钻头体的 钻地旋转钻头的局部横截面侧视图3A-3E显示了形成图2所示钻地旋转钻头的钻头体的方法；
图4是体现本发明教导并具有包括颗粒基体复合材料的钻头体的 另一钻地旋转钻头的局部横截面側视图5A-5K显示了形成图4所示钻地旋转钻头的钻头体的方法；
图6A-6E显示了形成图4所示钻地旋转钻头的钻头体的另一方 法；和
图7是体现本发明教导并具有包括颗粒基体复合材料的钻头体的 另 一钻地旋转钻头的局部横截面侧视图。
具体实施例方式
这里显示的示例不表示任何特殊材料、设备、系统或方法的实际 视图，而仅是用于描述本发明的理想化表示。另外，附图之间共有的 元件可以保持相同的数字编号。
在这里使用的术语"生坯"表示未烧结的。
在这里使用的术语"生坯钻头体"表示未烧结的结构，包括用粘结 剂结合在一起的离散颗粒，所述结构具有这样的大小和形状以允许通 过包括但不限于机加工和致密化的后续制造工艺由该结构制造适用于 钻地钻头的钻头体。
在这里使用的术语"半生坯"表示部分烧结。
在这里使用的术语"半生坯钻头体"表示部分烧结的结构，包括至 少一部分已经部分地长在一起以提供相邻颗粒之间的至少部分粘结的 多个颗粒，所述结构具有这样的大小和形状，以允许通过包括但不限 于机加工和进一步致密化的后续制造工艺由该结构制造适用于钻地钻
头的钻头体。半生坯钻头体可以通过例如至少部分地烧结生坯钻头体 而形成。
在这里使用的术语"烧结"是指颗粒成分的致密化，包括去除利用 聚合结合在一起的起始颗粒之间的至少一部分孔隙(伴随有收缩)和 使相邻颗粒粘结。
当在此使用时，术语"l金属基合金"(其中，[金属为任意金属) 是指除包含金属合金外的商业纯[金属，其中，合金中[金属的重量百 分比大于合金中任何其它成分的重量百分比。
当在此使用时，术语"材料成分"是指材料的化学成分和微观结 构。换句话说，具有相同化学成分但是不同微观结构的材料被认为具 有不同的材料成分。
当在此使用时，术语"碳化鵠"是指包含鵠和碳的化合物的任何材
料组成，例如，wc、 W2C以及wc和W2C的组合。碳化鵠例如包
括铸造碳化鴒、烧结碳化鴒和粗晶碳化鴒。
图2显示了体现本发明教导的钻地旋转钻头50。钻头50包括大 体上由颗粒基体复合材料形成和构成的钻头体52。钻头50还可以包 括附接到钻头体52上的钻杆70。钻头体52不包括与其一体形成、用 于将钻头体52附接到钻杆70上的钢坯。
钻头体52包括由排屑槽32隔开的刀翼30。内部流体通道42在 钻头体52的表面58和纵向孔40之间延伸，所述纵向孔延伸穿过钢杆 70并部分地穿过钻头体52。内部流体通道42可以具有大体上直线形、 片状直线形或弯曲构造。喷管衬套(未显示)或流体端口可以在钻头 体52的表面58处设置于内部流体通道42内。喷管村套可以与钻头体 52—体形成，并且在位于钻头体52的表面58上的开口处包括圆形或 非圆形横截面。
钻头50可以包括布置在钻头体52的表面58上的多个PDC切削 件34。 PDC切削件34可以沿刀翼30设置在形成于钻头体52的表面 58上的凹窝36内，并且由支肋38从后面支撑，所述支肋可以与钻头 体52 —体形成。可选地，钻头50可以包括由例如烧结碳化鴒的研磨、 耐磨材料形成的多个切削件。而且，切削件可以与钻头体52 —体形成， 如下文将要详细讨论的那样。
钻头体52的颗粒基体复合材料可以包括随机散布在基体材料中 的多个硬质颗粒。硬质颗粒可以包括金刚石或陶瓷材料，例如碳化物、 氮化物、氧化物和硼化物(包括碳化硼(B4C))。更具体地，硬质 颗粒可以包括由例如W、 Ti、 Mo、 Nb、 V、 Hf、 Ta、 Cr、 Zr、 Al 和Si的元素组成的碳化物和硼化物。作为实例并且非限制性的，可用 于形成硬质颗粒的材料包括碳化鴒、碳化钛(TiC )、碳化钽(TaC )、 二硼化钛(TiB2)、碳化铬、氮化钛(TiN)、氧化铝(A1203 )、氮 化铝(A1N)和碳化硅(SiC)。而且，不同硬质颗粒的组合可用于调 整颗粒基体复合材料的物理性能和特征。硬质颗粒可以利用本领域技 术人员公知的方法获得。对于硬质颗粒而言最合适的材料为市场上销
售的那些，其余材料的获得在本领域普通技术人员的能力范围之内。 颗粒基体复合材料的基体材料例如可以包括钴基、铁基、镍基、 铁镍基、钴镍基、铁钴基、铝基、铜基、镁基和钛基合金。基体材料 还可以选择商业纯元素，例如，钴、铝、铜、镁、钛、铁和镍。作为 实例并且非限制性的，基体材料可以包括碳钢、合金钢、不锈钢、工
具钢、哈德菲尔德(Hadfidd)锰钢、镍或钴超合金材料以及低热膨 胀铁或镍基合金，例如INVAR⑧。当在此使用时，术语"超合金"是指 具有至少12%重量百分比的铬的铁、镍和钴基合金。可用作基体材料 的其它示例性合金包括奥氏体钢，例如INCONEL⑧625M或Rene 95 的镍基超合金，以及热膨胀系数与特定颗粒基体复合材料中所用硬质 颗粒的热膨胀系数极为相近的INVAR⑥型合金。使基体材料的热膨胀 系数与硬质颗粒的热膨胀系数更为接近是有利的，例如减少与残余应 力和热疲劳相关的问题。另 一示例性基体材料是哈德菲尔德 (Hadfield )奥氏体锰钢(铁具有大约12%重量比的锰，和1.1%重量 比的碳)。
在本发明的一个实施例中，颗粒基体复合材料可以包括多个-400 ASTM (美国材料试验协会)目碳化鴒颗粒。例如，碳化鵠颗粒可以 大体上由WC构成。当在此使用时，短语"-400 ASTM目颗粒"是指能 够穿过按照名称为"试验目的用金属丝布和筛网的标准规范"的 ASTM规范E11-04所定义的ASTM No.400网筛的颗粒。这种碳化鴒 颗粒的最大直径小于大约38微米。基体材料可以包括金属合金，其包 括大约50%重量比的钴和大约50%重量比的镍。碳化鴒颗粒可以占颗 粒基体复合材料重量比的大约60%到大约95%，并且基体材料可以占 颗粒基体复合材料重量比的大约5%到大约40%。更具体地，碳化钨 颗粒可以占颗粒基体复合材料重量比的大约70%到大约80%,并且基 体材料可以占颗粒基体复合材料重量比的大约20%到大约30%。
在本发明的另一个实施例中，颗粒基体复合材料可以包括多个 -635 ASTM目碳化鵠颗粒。当在此使用时，短语"-635 ASTM目颗粒" 是指能够穿过按照名称为"试验目的用金属丝布和筛网的标准规范" 的ASTM规范E11-04所定义的ASTM No.635网筛的颗粒。这种碳化 鵠颗粒的直径小于大约20微米。基体材料可以包括钴基金属合金，其 包括大体上工业纯钴。例如，基体材料可以包括高于大约98%重量比 的钴。碳化鵠颗粒可以占颗粒基体复合材料重量比的大约60%到大约 95%,并且基体材料可以占颗粒基体复合材料重量比的大约5%到大 约40%。
继续参考图2,钻杆70包括用于将钻头50连接到钻柱(未显示) 上的阳或阴API螺紋连接部分。钻杆70可以由相对于钻头体52具有 较高韧性和延展性的材料形成和构成。作为实例并且非限制性的，钻 杆70可以包括合金钢。
由于钻头体52的颗粒基体复合材料具有较高的耐磨性和研磨性， 因此钻头体52的机加工变得困难或不切实际。因此，用于将钻杆70 附接到钻头体52上的常规方法不再可行，这种方法例如为，在钻头体 52和钻杆70的配合表面上机加工配合定位的螺紋，随后形成焊缝24。
作为将钻杆70附接到钻头体52上的常规方法的替代方案，可以 通过硬钎焊或软钎焊钻头体52和钻杆70的邻接表面之间的接合面而 将钻头体52附接和固定到钻杆70上。作为实例并且非限制性的，可 以在钻头体52的表面60和钻杆70的表面72之间的接合面处布置钎 焊合金74。而且，钻头体52和钻杆70的大小和结构设置成在表面60 和表面72之间提供可以设置钎焊合金74的预定撑离间隙。
可选地，钻杆70可以利用设置于钻头体52和钻杆70之间的焊缝 24附接到钻头体52上。焊缝24可以围绕钻头50在其外表面上沿着 钻头体52和钻杆70之间的接合面延伸。
在可选实施例中，钻头体52和杆70的大小和结构可以设置成在 表面60和表面72之间提供压配合或冷缩配合以将钻杆70附接到钻头 体52上。
而且，可以在钻头体52的表面60和钻杆70的表面72上形成干 涉的非平面特征。例如，可以在钻头体52的表面60和钻杆70的表面 72上设置螺紋或纵向延伸的花键、杆或键(未显示)以防止钻头体52
相对于钻杆70旋转。
图3A-3E显示了形成钻头体52的方法，所述钻头体大体上由颗 粒基体复合材料形成和构成。该方法通常包括提供粉末混合物，挤压 粉末混合物以形成生坯，和至少部分地烧结粉末混合物。
参见图3A,可以在模具或容器80内利用大体上等静压力挤压粉 末混合物78。粉末混合物78可以包括多个如前所述的硬质颗粒和多 个同样如前所述的包括基体材料的颗粒。选择性地，粉末混合物78 进一步包括在挤压粉末混合物时通常使用的添加剂，例如，用于在挤 压期间提供润滑和给挤压粉末成分提供结构强度的粘结剂，用于使粘 结更为柔韧的增塑剂以及用于减少内部颗粒摩擦的润滑剂或压缩助 剂。
容器80可以包括可变形的流体密封构件82。例如，可变形的流 体密封构件82可以是包括可变形聚合物材料的大体圆柱形袋。容器 80可以进一步包括大体上刚性的密封板84。可变形构件82例如可以 由弹性体形成，所述弹性体例如为橡胶、氯丁橡胶、硅酮或聚亚安酯。
可变形构件82可以用粉末混合物78装满，并且进行振动以使粉末混 合物78均勻分布在可变形构件82内。至少一个移动件或插入件86 可以设置在可变形构件82内，以便界定钻头体52的特征，例如，纵 向孔40(图2)。可选地，可以不使用插入件86，并且纵向孔40可 以在随后的过程中利用传统的机加工方法形成。密封板84可随后附接 或结合到可变形构件82上，以便在其间提供流体密封。
容器80 (具有容纳于内部的粉末混合物78和任何希望的插入件 86)可以设置在压力室90内。可卸盖91可用于提供通向压力室90 内部的入口。例如水、油或气体(例如，空气或氮气)的流体(其为 大体上不可压缩的)利用泵(未显示)经过开口 92在高压下泵入压力 室90中。流体高压导致可变形构件82的壁产生变形。流体压力可以 大体上均匀地传递给粉末混合物78。在等静压压制期间，压力室90 内的压力会大于大约35兆帕(大约5,000磅/平方英寸)。更特别地， 在等静压压制期间，压力室90内的压力会大于大约138兆帕(20,000
磅/平方英寸)。在可选方法中，可以在容器80内提供真空，并且大 于大约0.1兆帕(大约15磅/平方英寸)的压力可以(例如通过大气压) 施加给容器的外表面以压实第一粉末混合物78。等静压制粉末混合物 78可以形成图3B所示的生坯粉末部件或生坯钻头体94，其可以在压 制之后从压力室90和容器80中取出。
在挤压粉末混合物78以形成图3B所示生坯钻头体94的可选方 法中，可以利用粉末加工领域技术人员公知的方法使用机械或液压致 动的柱塞将粉末混合物78单向压入模型或模具(未显示)中。
图3B所示生坯钻头体94可以包括通过提供于粉末混合物78(图 3A)中的粘结剂结合在一起的多个颗粒(硬质颗粒和基体材料颗粒)， 如前所述。可以利用传统机加工方法，例如切削方法、磨削方法和钻 削方法在生坯钻头体94上机加工出某些结构特征。还可以使用手持工 具手动形成或成形位于生坯钻头体94上或内的特征。作为实例并且非 限制性的，可以通过机加工或其它方法在生坯钻头体94上形成刀翼 30、排屑槽32 (图2)和表面60以形成图3C所示的成形生坯钻头体 98。
图3C所示成形生坯钻头体98可以至少部分地烧结以提供图3D 所示的半生坯钻头体102，其密度小于希望的最终密度。在部分地烧 结成形生坯钻头体98之前，成形生坯钻头体98会经受适当升高的温 度以烧尽或去除包括在粉末混合物78 (图3A)内的任何不稳定添加 剂，如前所述。而且，成形生坯钻头体98会经受适当的环境变化以有 助于去除这种添加剂。这种环境例如可以包括大约500。C的氢气。
半生坯钻头体102由于内部残余的孔隙而可以大体上进行机加 工。可以利用传统机加工方法，例如切削方法、磨削方法和钻削方法 在半生坯钻头体102上机加工出某些结构特征。还可以使用手持工具 手动形成或成形位于半生坯钻头体102上或内的特征。可以使用包括 超硬涂层或镶嵌件的工具以方便对半生坯钻头体102进行机加工。另 外，材料涂层可以施加到要进行机加工的半生坯钻头体102的表面上 以减少半生坯钻头体102的切屑。这种涂层可以包4舌固定(fixative)
材料或其它聚合物材料。
作为实例并且非限制性的，可通过机加工或其它方法在半生坯钻
头体102中形成内部流体通道42、切削件凹窝36和支肋38 (图2) 以形成图3E所示的成形半生坯钻头体106。而且，如果钻头50包括 与钻头体52 —体形成的多个切削件的话，切削件可以定位在形成于半 生坯钻头体102中的切削件凹窝36内。在随后烧结半生坯钻头体102 时，切削件可以粘结到钻头体52上并与之一体形成。
图3E所示的成形半生坯钻头体106随后可以完全烧结到希望的 最终密度以提供先前所述的图2所示钻头体52。由于烧结涉及使结构 内的孔隙度致密化和去除，被烧结的结构将在烧结过程中收缩。结构 在从生坯状态到希望的最终密度的烧结期间会产生10%到20%的线 性收缩。因此，当设计未完全烧结的结构内的工具(模型、模具等) 或机加工特征时，必须研究和考虑三维收缩。
在所有的烧结和部分烧结过程中，可以使用耐火结构或移动件(未 显示)以在烧结过程中支撑钻头体的至少一部分，从而在致密化过程 中保持希望的形状和尺寸。可以使用这种移动件例如在烧结过程中保 持切削件凹窝36和内部流体通道42的尺寸和几何结构方面的一致性。 这种耐火结构例如由石墨、硅石或矾土形成。由于矾土比石墨的活性 差，因此人们希望使用矾土移动件代替石墨移动件，从而将烧结期间 的原子扩散减到最少。另外，例如矾土、氮化硼、氮化铝或其它市售 材料的涂层可以施加到耐火结构上以防止耐火结构中的碳或其它原子 在致密化期间扩散到钻头体中。
在可选方法中，图3B所示生坯钻头体94可以部分地烧结以形成 没有进行预先机加工的半生坯钻头体，并且可以在将半生坯钻头体完 全烧结到希望的最终密度之前在半生坯钻头体上进行所有必需的机加 工。可选地，可以在图3B所示生坯钻头体94上进行所有必需的机加 工，所述生坯钻头体随后完全烧结到希望的最终密度。
这里描述的烧结方法包括真空炉内的普通烧结法，真空炉内烧结 之后进行传统的高温等静压工艺，并且烧结之后立即在接近烧结温度
的温度下进行等静压压制(通常称作烧结HIP)。而且，这里描述的 烧结方法可以包括液相线下(subliquidus)金相烧结。换句话说，可 以在接近但低于基体材料金相图的液相线的温度下执行烧结工艺。例 如，可以利用本领域普通技术人员已知的许多不同方法实施这里描述 的烧结方法，所述方法例如为快速全方向压紧(ROC)方法、CeraconTM 方法、高温等静压(HIP)、或这类方法的改进。
概括地并且仅仅举例来说，利用ROC方法烧结生坯粉末压块涉 及在较低温度下将生坯粉末压块仅预烧结到产生足以对粉末压块进行 处理的强度的足够程度。最终的半生坯结构包裹在例如石墨薄膜的材 料中以密封半生坯结构。包裹的半生坯结构放入容器中，所述容器充 满陶瓷、聚合物或玻璃材料制成的颗粒，其熔点远低于半生坯结构中 的基体材料的熔点。容器加热到希望的烧结温度，其高于陶瓷、聚合 物或玻璃材料制成的颗粒的熔融温度，但是低于半生坯结构内基体材 料的液相线温度。容纳有熔化的陶瓷、聚合物或玻璃材料(和浸没于 其中的半生坯结构)的受热容器放到用于给熔化的陶资或聚合物材料 加压的机械压力机或液压机，例如锻压机中。熔化陶资、聚合物或玻 璃材料中的等静压力有利于半生坯结构在高温下压实并烧结在容器 内。熔化的陶瓷、聚合物或玻璃材料用于将压力和热量传递给半生坯 结构。这样，熔化的陶瓷、聚合物或玻璃起到压力传递介质的作用， 压力在烧结期间通过所述压力传递介质施加给所述结构。在减压冷却 之后，烧结构造从陶瓷、聚合物或玻璃材料中取出。美国专利 Nos.4，094,709、 4,233,720、 4,341,557、 4，526，748、 4,547,337、 4,562,990、 4，596，694、 4,597,730、 4,656,002、 4,744,943和5,232,522更为详细地 描述了 ROC工艺及实施该工艺的适用设备。
与上述ROC工艺类似的CeraconTM工艺也适合于在本发明中使 用，从而将半生坯结构完全烧结到最终密度。在CeraccmTM工艺中， 半生坯结构涂覆有例如矾土、氧化锆或氧化铬的陶资涂层。还可以使 用其它类似的、硬质的、通常惰性的、保护性的和可去除的涂层。通 过利用陶瓷颗粒(代替ROC工艺中的流体介质)给覆层半生坯结构
施加至少大体上等静压力而使覆层半生坯结构完全加固。美国专利
No.4，499，048对CeraconTM工艺进行了更为详细地描述。
而且，在颗粒基体复合钻头体中使用碳化鴒的具体实施例中，这 里描述的烧结工艺可以包括适于改进碳化鴒材料的化学计量的碳控制 周期。作为实例并且非限制性的，如果碳化钨材料包括WC,则这里 描述的烧结方法可以包括使碳化鵠材料在高温下经受包括氢气和甲烷 在内的气体混合物。例如，碳化鵠材料可以在大约1000。C下经受包括 氢气和甲烷的气体流。
如前所述，可以使用若干种不同的方法将钻杆70附接到钻头体 52上。在图2所示实施例中，可以通过硬钎焊或软钎焊钻头体52的 表面60和钻杆70的表面72之间的接合面而将钻头体52附接到钻杆 70上。钻头体52和钻杆70的大小和结构设置成在表面60和表面72 之间提供可以设置钎焊合金74的预定撑离间隙。而且，可以利用炉热 硬焊工艺或焊炬硬焊工艺将钎焊合金74施加到钻头体52的表面60 和钻杆70的表面72之间的接合面上。硬钎焊合金74例如包括银基或 镍基合金。
如前所述，在本发明的可选实施例中，可以在钻杆70和钻头体 52之间提供冷缩配合。作为实例并且非限制性的，可以加热钻杆70 以使钻杆热膨胀，同时，可以冷却钻头体52以使钻头体52热收缩。 随后，钻杆70压配合到钻头体52上，并且钻杆70和钻头体52的温 度达到平衡。当钻杆70和钻头体52的温度达到平衡时，钻杆70的表 面72可以接合或抵靠钻头体52的表面60，从而将钻头体52至少部 分地固定到钻杆70上并且防止钻头体52与钻杆70分离。
可选地，可以在钻头体52和钻杆70之间提供摩擦焊接。可以在 钻杆70和钻头体52上提供配合表面。可以使用机器将钻杆70压在钻 头体52上，同时使钻头体52相对于钻杆70旋转。由钻杆70和钻头 体52之间摩擦产生的热量可以至少部分地熔化钻杆70和钻头体52 的配合表面处的材料。相对旋转停止，并且钻头体52和钻杆70可以 冷却，同时保持钻头体52和钻杆70之间的轴向压缩，提供钻杆70
和钻头体52的配合表面之间的摩擦焊接接合。
还可以使用市售粘合剂将钻杆70固定到钻头体52上，所述粘合 剂例如为环氧材料(包括内渗透网状(IPN)环氧树脂)、聚脂材料、 氰基丙烯酸盐或酯(cyanacrylate)材料、聚亚安酯材料和聚酰亚胺材 料。
如前所述，可以在钻头体52和钻杆70之间提供焊缝24，其围绕 钻头50在其外表面上沿着钻头体52和钻杆70之间的接合面延伸。可 以使用保护金属极电弧焊(SMAW)方法、气体保护金属极弧焊 (GMAW)方法、等离子转移弧(PTA)焊接方法、潜弧焊方法、电 子束焊接方法、激光焊接方法焊接钻头体52和钻杆70之间的接合面。 而且，可以利用本领域已知的方法对钻头体52和钻杆70之间的接合 面进行软钎焊或硬钎焊以进一步将钻头体52固定到钻杆70上。
再次参考图2，可以给钻头体52和/或钻杆70的选定表面施加耐 磨表面硬化材料(未显示)。例如，表面硬化材料可以施加给钻头体 52和钻杆70的外表面的选定区域，以及易于腐蚀的钻头体52和钻杆 70的内表面(例如，内部流体通道42内的表面)上的选定区域。这 种表面硬化材料可以包括颗粒基体复合材料，其例如包括散布在连续 的基体材料中的碳化鵠颗粒。可以使用传统的火焰喷射技术以将这种 表面硬化材料施加到钻头体52和/或钻杆70的表面上。还可以使用已 知的焊接技术将表面硬化材料施加到钻头体52和/或钻杆70的表面 上，所述已知方法例如为氧炔、金属惰性气体(MIG)、鴒极隋性气 体(TIG)和等离子转移弧焊接(PTAW)方法。
冷喷涂方法提供了将表面硬化材料施加到钻头体52和/或钻杆70 的表面上的另一方法。在冷喷涂方法中，利用保存在高压压缩气体中 的能量高速(500到1500米/秒)推动位于基底上的细粉颗粒。压缩气 体通过加热单元送至喷枪，气体通过特殊设计的喷嘴以极高速度离开 所述喷枪。压缩气体还通过高压粉末加料器供给以将粉末材料引入高 速气体射流。粉末颗粒;故适当加热并高速喷向基底。在/f並撞时，颗粒 变形并粘结以形成表面硬化材料涂层。
用于将表面硬化材料施加给钻头体52和/或钻杆70的选定表面的 另 一方法涉及利用低温粘合剂将包括碳材料的第 一布或织物施加给钻 头体52和/或钻杆70的选定表面，将含有硬钎焊料或基体材料的第二 布层或织物层施加到碳材料织物上，以及在熔炉中将最终结构加热到 基体材料熔化温度以上的温度。熔化的基体材料通过毛细作用吸入碳 化鵠布中，将碳化鴒布以冶金方法粘结到钻头体52和/或钻杆70上和 形成表面硬化材料。可选地，可以使用包括碳材料和硬钎焊或基体材 料的单层布将表面硬化材料施加到钻头体52和/或钻杆70的选定表面 上。例:ft口，这种布和织物可从New Albany, Indiana的Conforma Clad， Inc.购得。
还可以将由包括金刚石的表面硬化材料制成的适用片材施加到钻 头体52和/或钻杆70的选定表面上。
图4显示了体现本发明教导的另一种钻地旋转钻头150。钻头150 包括单一结构151，其包括钻头体152和螺紋销154。单一结构151 大体上由颗粒基体复合材料形成和构成。在这种构造中，无需使用单 独的钻杆将钻头150附接到钻柱上。
钻头体152包括由排屑槽32隔开的刀翼30。内部流体通道42在 钻头体152的表面158和纵向孔40之间延伸，所述纵向孔至少部分地 延伸穿过单一结构151。喷管衬套(未显示)可以在钻头体152的表 面158处设置于内部流体通道42内。
钻头150可以包括布置在钻头体52的表面58上的多个PDC切削 件34。 PDC切削件34可以沿刀翼30设置在形成于钻头体152的表面 158上的凹窝36内，并且由支肋38从后面支撑，所述支肋可以与钻 头体152—体形成。可选地，钻头150可以包括由例如烧结碳化鴒的 研磨、耐磨材料形成的多个切削件。
单一结构151可以包括多个区域。每一区域可以包括颗粒基体复 合材料，其具有不同于所述多个区域中的其它区域的材料成分。例如，
钻头体152可以包括具有第一材料成分的颗粒基体复合材料，螺紋销 154可以包括具有第二材料成分的颗粒基体复合材料，所述第二材料
成分不同于第一材料成分。在这种构造中，钻头体152的材料成分具 有与螺紋销154的材料成分所呈现的物理性能不同的物理性能。例如， 第一材料成分相对于第二材料成分具有更高的耐腐蚀性和耐磨性，第 二材料成分相对于第一材料成分具有更高的抗裂韧性。
在本发明的一个实施例中，钻头体152的颗粒基体复合材料(第 一成分)可以包括多个-635 ASTM目碳化鵠颗粒。更特别地，钻头 体152的颗粒基体复合材料(第一成分)可以包括平均直径为大约0.5 微米到大约20微米范围内的多个碳化鵠颗粒。第一成分的基体材料可 以包括钴基金属合金，其包括高于大约98%重量比的钴。碳化鴒颗粒 可以占颗粒基体复合材料的第一成分重量比的大约75%到大约85%, 并且基体材料可以占颗粒基体复合材料的第一成分重量比的大约 15%到大约25%。螺紋销154的颗粒基体复合材料(第二成分)可以 包括多个-635 ASTM目碳化鵠颗粒。更特别地，螺紋销154的颗粒 基体复合材料可以包括平均直径为大约0.5微米到大约20微米范围内 的多个碳化鴒颗粒。第二成分的基体材料可以包括钴基金属合金，其 包括高于大约98%重量比的钴。碳化鴒颗粒可以占颗粒基体复合材料 的第二成分重量比的大约65%到大约70%，并且基体材料可以占颗粒 基体复合材料的第二成分重量比的大约30%到大约35%。
图4所示钻头150包括两个不同的区域，每个区域包括具有独特 材料成分的颗粒基体复合材料。在可选方案中，钻头150可以包括三 个或以上的不同区域，每一区域具有独特的材料成分。而且，可以辨 别出图4所示钻头150的两个不同区域之间的不连续边界。在可选方 案中，可以在单一结构151中设置连续的材料成分变化率以提供具有 多个不同区域的钻头，每个区域具有独特的材料成分，但是在多个区 域之间缺少可辨别的边界。这样，钻头150内不同区域的物理性能和 特征可以调节以改进钻头150的关键区域的性能，例如，耐磨性、抗 裂韧性、强度或焊接性能。应当理解，钻头的各个区域可以具有选择 或调整为具有任何希望的特定物理性能或特征的材料成分，并且本发 明不局限于选择或调整所述区域的材料成分以具有这里描述的特定物
理性能或特征。
现在将参照图5A-5K描述用以形成图4所示钻头150的一种方 法。该方法涉及分别形成处于半生坯状态的钻头体152和螺紋销154， 装配处于半生坯状态的钻头体152与螺紋销154以提供单一结构151， 以及将单一结构151烧结到希望的最终密度。钻头体152在烧结过程 中粘结和固定到螺紋销154上。
参考图5A-5E，可以利用等静压制方法形成处于生坯状态的钻头 体152。如图5A所示，可以利用大体上等静压力在模具或容器164 内挤压粉末混合物162。粉末混合物包括多个硬质颗粒和多个包括基 体材料的颗粒。硬质颗粒和基体材料可以与参考图2所示钻头50描述 的那些材料大体上相同。选择性地，粉末混合物162可进一步包括在 压制粉末混合物时通常使用的添加剂，例如，用于在压制期间提供润 滑和给压制粉末成分提供结构强度的粘结剂，用于使粘结更为柔韧的 增塑剂以及用于减少内部颗粒摩擦的润滑剂或压缩助剂。
容器164可以包括可变形的流体密封构件166和密封板168。例 如，可变形的流体密封构件166可以是包括可变形聚合物材料的大体 圆柱形袋。可变形构件166例如由可变形聚合物材料形成。可变形构 件166可以充注粉末混合物162。可变形构件166和粉末混合物162 可以振动以使粉末混合物162均匀分布在可变形构件166内。至少一 个移动件或插入件170可以设置在可变形构件166内，以便界定例如 纵向孔40 (图4)的特征。可选地，可以不使用插入件170,并且纵 向孔40可以在随后的过程中利用传统的机加工方法形成。密封板168 随后附接或结合到可变形构件166上，以便在其间提供流体密封。
容器164 (具有容纳于内部的粉末混合物162和任何希望的插入 件170)可以设置在压力室90内。可卸盖91可用于提供通向压力室 90内部的入口。例如水、油或气体(例如，空气或氮气)的流体(其 为大体上不可压缩的)利用泵(未显示)通过开口 92泵入压力室90 中。流体高压导致可变形构件166的壁产生变形。流体压力可以大体 上均匀地传递给粉末混合物162。在等静压压制期间，压力室内的压 力会大于大约35兆帕(大约5,000磅/平方英寸)。更特别地，在等静 压压制期间，压力室内的压力会大于大约138兆帕(20，000磅/平方英 寸)。在可选方法中，可以在容器164内提供真空，并且大于大约O.l 兆帕(大约15磅/平方英寸)的压力可以(例如通过大气压)施加给 容器的外表面以压实粉末混合物162。等静压制粉末混合物162可以 形成图5B所示的生坯粉末部件或生坯钻头体174，其可以在压制之后 从压力室卯和容器164中取出。
在挤压粉末混合物162以形成图5B所示生坯钻头体174的可选 方法中，可以利用粉末加工领域技术人员公知的方法使用机械或液压 致动的柱塞将粉末混合物162单向压入模型或容器(未显示)中。
图5B所示生坯钻头体174可以包括由提供于粉末混合物162(图 5A)中的粘结剂结合在一起的多个颗粒。可以利用传统机加工方法， 例如切削方法、磨削方法和钻削方法在生坯钻头体174上机加工出某 些结构特征。还可以使用手持工具手动形成或成形位于生坯钻头体 174上或内的特征。
作为实例并且非限制性的，可以在生坯钻头体174上形成刀翼30、 排屑槽32 (图4)和任何其它特征以形成图5C所示的成形生坯钻头 体178。
图5C所示成形生坯钻头体178可至少部分地烧结以提供图5D所 示的半生坯钻头体182，其密度小于希望的最终密度。在烧结之前， 成形生坯钻头体178会经受高温以烧尽或去除包括在如前所述的粉末 混合物162(图5A)内的任何不稳定添加剂。而且，成形生坯钻头体 178会经受适当的环境变化以有助于去除这种添加剂。这种环境例如 可以包括大约50(TC的氢气。
半生坯钻头体182由于内部残余的孔隙而可以大体上进行机加 工。可以利用传统才几加工方法，例如切削方法、磨削方法和钻削方法 在半生坯钻头体182上机加工出某些结构特征。还可以使用手持工具 手动形成或成形位于半生坯钻头体182上或内的特征。而且，可以使 用包括超硬涂层或镶嵌件的切削刀具以方便地加工半生坯钻头体
182。另外，可以在机加工之前给半生坯钻头体182施加涂层以减少半 生坯钻头体182的切屑。这种涂层可以包括固定材料或其它聚合物材 料。
作为实例并且非限制性的，可通过机加工或其它方法在半生坯钻 头体182中形成内部流体通道42、切削件凹窝36和支肋38 (图4) 以形成图5E所示的成形半生坯钻头体186。而且，如果钻头150包括 与钻头体152 —体形成的多个切削件的话，切削件可以定位在形成于 半生坯钻头体182中的切削件凹窝36内。在随后烧结半生坯钻头体 182时，切削件可以粘结到钻头体152上并与之一体形成。
参考图5F-5J，可以利用与形成钻头体152所用方法大体上相同 的等静压制方法形成处于生坯状态的螺紋销154。如图5F所示，可以 利用大体上等静压力在模具或容器192内挤压粉末混合物190。粉末 混合物190包括多个硬质颗粒和多个包括基体材料的颗粒。硬质颗粒 和基体材料可以与参考图2所示钻头50描述的那些材料大体上相同。 选择性地，粉末混合物190进一步包括在压制粉末混合物时通常使用 的添加剂，如前所述。
容器192可以包括可变形的流体密封构件194和密封板196。可 变形构件194例如由弹性体形成，所述弹性体例如为橡胶、氯丁橡胶、 硅酮或聚亚安酯。可变形构件194可以充注粉末混合物190。可变形 构件194和粉末混合物190可以振动以使粉末混合物190均匀分布在 可变形构件194内。至少一个移动件或插入件200可以设置在可变形 构件194内，以4更界定例如纵向孔40 (图4)的特征。可选地，可以 不使用插入件200，并且纵向孔40可以在随后的过程中利用传统的机 加工方法形成。密封板196随后附接或结合到可变形构件194上，以 便在其间提供流体密封。
容器192 (具有容纳于内部的粉末混合物190和任何希望的插入 件200 )可以设置在压力室卯内。可卸盖91可用于提供通向压力室 90内部的入口。例如水、油或气体(例如，空气或氮气)的流体(其 为大体上不可压缩的)利用泵(未显示)通过开口 92泵入压力室90
中。流体高压导致可变形构件194的壁产生变形。流体压力可以大体 上均匀地传递给粉末混合物190。在等静压压制期间，压力室90内的 压力会大于大约35兆帕(大约5，000磅/平方英寸)。更特别地，在等 静压压制期间，压力室90内的压力会大于大约138兆帕(20,000磅/ 平方英寸)。在可选方法中，可以在容器192内提供真空，并且大于 大约O，l兆帕(大约15磅/平方英寸)的压力可以(例如通过大气压) 施加给容器的外表面以压实第一粉末混合物190。等静压制粉末混合 物190可以形成图5G所示的生坯粉末部件或生坯销204，其可以在压 制之后从压力室90和容器192中取出。
在挤压粉末混合物190以形成图5G所示生坯销204的可选方法
的柱i将粉末混合物19o单向压入二型或容器、(未显示)-:-
图5G所示生坯销204可以包括由提供于粉末混合物190(图5F) 中的粘结剂材料结合在一起的多个颗粒。可以利用传统机加工方法， 例如切削方法、磨削方法和钻削方法在生坯销204上机加工出某些结 构特征。在必要时，还可以使用手持工具手动形成或成形位于生坯销 204上或内的特征。
作为实例并且非限制性的，可以在生坯销204的外表面上形成锥 形表面206以形成图5H所示的成形生坯销208。
图5H显示的成形生坯销208在高温下于熔炉中进行至少部分地 烧结。例如，成形生坯销208可以部分地烧结以提供图5I所示的半生 坯销212，其密度小于希望的最终密度。在烧结之前，成形生坯销208 会经受高温以烧尽或去除包括在如前所述的粉末混合物190 (图5F) 内的任何不稳定添加剂。而且，成形生坯销208会经受适当的环境变 化以有助于去除这种添加剂。这种环境例如可以包括大约500。C下的 氢气。
半生坯销212由于内部残余的孔隙而可以大体上进行机加工。可 以利用传统机加工方法，例如切削方法、磨削方法和钻削方法在半生 坯销212上机加工出某些结构特征。还可以使用手持工具手动形成或
成形位于半生坯销212上或内的特征。而且，可以使用包括超硬涂层 或镶嵌件的切削刀具以方便地加工半生坯销212。另外，可以在机加 工之前给半生坯销212施加涂层以减少半生坯钻头体182的切屑。这 种涂层可以包括固定材料或其它聚合物材料。
作为实例并且非限制性的，可以在半生坯销212内形成螺紋214 以形成图5J所示的半生坯螺紋销216。
图5J显示的成形半生坯螺紋销216随后插入图5E显示的预制成 形半生坯钻头体186中以形成图5K显示的单一半生坯结构218。单一 半生坯结构218随后完全烧结到希望的最终密度以提供图4所示和如 前所述的单一结构151。螺紋销154在单一结构烧结到希望的最终密 度时结合和固定到钻头体152上。在所有的烧结和部分烧结过程中， 可以使用耐火结构或移动件(未显示)以在致密化过程中支撑单一结 构的至少一部分，从而在致密化过程中保持希望的形状和尺寸，如前 所述。
在可选方法中，图5H所示的成形生坯销208可以插入图5C所示 的成形生坯钻头体178中或与其装配在一起以形成单一生坯结构。单 一生坯结构可以至少部分地烧结到半生坯状态。随后，可以利用传统 机加工方法，例如切削方法、磨削方法和钻削方法对单一半生坯结构 进行成形。成形的单一半生坯结构烧结到希望的最终密度。在另一个 可选方法中，图5E所示的成形半生坯钻头体186可以烧结到希望的 最终密度。图5J所示的成形半生坯螺紋销216单独烧结到希望的最终 密度。完全烧结的螺紋销(未显示)可以与完全烧结的钻头体(未显 示)装配在一起，所述装配结构再次加热到烧结温度以将螺紋销结合 和附接到钻头体上。
如上所述的烧结方法可以包括如前所述的任何液相线下金相烧结 方法。例如，可以利用快速全方向压紧(ROC)方法、CeraconTM方 法、高温等静压(HIP)、或这类方法的改进执行如上所述的烧结方 法。
现在将参照图6A-6E描述用以形成图4所示钻头150的另一方法。所述方法包括在模具或容器内的不同区域处提供具有不同材料成分的 多种粉末混合物，同时在所述容器内挤压多种粉末混合物以形成单一 生坯粉末部件。
参见图6A-6E，可以利用等静压制方法形成处于生坯状态的单一 结构151(图4)。如图6A所示，第一粉末混合物226设置在模具或 容器232的第一区域内，第二粉末混合物228设置在容器232的第二 区域内。第一区域可以宽松地限定为容器232内位于假想线230外部 的区域，第二区域可以宽松地限定为容器232内由假想线230包围的 区域。
第一粉末混合物226可以包括多个硬质颗粒和多个包括基体材料 的颗粒。硬质颗粒和基体材料可以与参考图2所示钻头50描述的那些 材料大体上相同。第二粉末混合物228还可以包括多个硬质颗粒和包 括基体材料的多个颗粒，如前所述。然而，第二粉末混合物228的材 料成分可以不同于第一粉末混合物226的材料成分。作为实例，第一 粉末混合物226中硬质颗粒的硬度高于第二粉末混合物228内硬质颗 粒的硬度。而且，第二粉末混合物228中基体材料颗粒的抗裂韧性高 于第一粉末混合物226中基体材料颗粒的抗裂韧性。
选择性地，第一粉末混合物226和第二粉末混合物228都进一步 包括在挤压粉末混合物时通常使用的添加剂，例如，用于在压制期间 提供润滑和给压制粉末成分提供结构强度的粘结剂，用于使粘结更为 柔韧的增塑剂以及用于减少内部颗粒摩擦的润滑剂或压缩助剂。
容器232可以包括可变形的流体密封构件234和密封板236。例 如，可变形的流体密封构件234可以是包括可变形聚合物材料的大体 圓柱形袋。可变形构件234例如可以由弹性体形成，所述弹性体例如 为橡胶、氯丁橡胶、硅酮或聚亚安酯。可变形构件232可以充注第一 粉末混合物226和第二粉末混合物228。可变形构件234和粉末混合 物226、 228可被振动以使粉末混合物均匀分布在可变形构件234内。 至少一个移动件或插入件240可以设置在可变形构件234内，以便界 定例如纵向孔40 (图4)的特征。可选地，可以不使用插入件240, 并且纵向孔40可以在随后的过程中利用传统的机加工方法形成。密封 板236随后附接或结合到可变形构件234上，以便在其间提供流体密 封。
容器232(具有容纳于内部的第一粉末混合物226、第二粉末混合 物228和任何希望的插入件240)可以设置在压力室90内。可卸盖91 可用于提供通向压力室90内部的入口。例如水、油或气体(例如，空 气或氮气)的流体(其为大体上不可压缩的)利用泵(未显示)通过 开口 92泵入压力室90中。流体高压导致可变形构件234的壁产生变 形。压力可以大体上均匀地传递给第一粉末混合物226和第二粉末混 合物228。在等静压压制期间，压力室90内的压力会大于大约35兆 帕(大约5,000磅/平方英寸)。更特别地，在等静压压制期间，压力 室90内的压力会大于大约138兆帕(20,000磅/平方英寸)。在可选 方法中，可以在容器232内提供真空，并且大于大约0.1兆帕(大约 15磅/平方英寸)的压力可以(例如通过大气压力)施加给容器232 的外表面以压实第一粉末混合物226和第二粉末混合物228。将第一 粉末混合物226与第二粉末混合物228等静压制在一起可以形成图6B 所示的生坯粉末部件或单一生坯结构244,其可以在压制之后从压力 室90和容器232中取出。
在挤压粉末混合物226、228以形成图6B所示的单一生坯结构244 的可选方法中，可以利用粉末加工领域技术人员公知的方法使用机械 或液压致动的柱塞将粉末混合物226、 228单向压入模型或模具(未显 示)中。
图6B所示的单一生坯结构244可以包括通过提供于粉末混合物 226、 228 (图6A)内的粘结材料结合在一起。可以利用传统机加工方 法，例如切削方法、磨削方法和钻削方法在单一生坯结构244上机加 工出某些结构特征。还可以使用手持工具手动形成或成形位于单一生 坯结构244上或内的特征。
作为实例并且非限制性的，可以在单一生坯结构244中形成刀翼 30、排屑槽32 (图4)、内部流体通道42和锥形表面206以形成图
6C所示的成形单一生坯结构248。
图6C所示的成形单一生坯结构248可以至少部分地烧结以提供 图6D所示的单一半生坯结构252，其密度小于希望的最终密度。在部 分地烧结成形单一生坯结构248之前，成形单一生坯结构248会经受 高温以烧尽或去除包括在第一粉末混合物226或第二粉末混合物228 (图6A)内的任何不稳定添加剂，如前所述。而且，成形单一生坯结 构248会经受适当的环境变化以有助于去除这种添加剂。这种环境例 如可以包括大约50(TC的氢气。
单一半生坯结构252由于内部残余的孔隙而可以大体上进行机加 工。可以利用传统才几加工方法，例如切削方法、磨削方法和钻削方法 在单一半生坯结构252上机加工出某些结构特征。还可以使用手持工 具手动形成或成形位于单一半生坯结构252上或内的特征。而且，可 以使用包括超硬涂层或镶嵌件的切削刀具以方便地加工单 一半生坯结 构252。另外，可以在机加工之前给单一半生坯结构252施加涂层以 减少单一半生坯结构252的切屑。这种涂层可以包括固定材料或其它 聚合物材料。
作为实例并且非限制性的，可在单一半生坯结构252中形成切削 件凹窝36、支肋38 (图4)和螺紋214以形成图6E所示的成形单一 半生坯结构256。而且，如果钻头150 (图4)包括与钻头体152—体 形成的多个切削件的话，切削件可以定位在形成于成形单一半生坯结 构256中的切削件凹窝36内。在随后烧结成形单一半生坯结构256 时，切削件可以粘结到钻头体152 (图4)上并与之一体形成。
图6E所示的成形单一半生坯结构256随后完全烧结到希望的最 终密度以提供图4所示和如前所述的单一结构151。在所有的烧结和 部分烧结过程中，可以使用耐火结构或移动件(未显示)以在致密化 过程中支撑钻头体的至少一部分，从而在致密化过程中保持希望的形 状和尺寸。可以使用这种移动件，例如在烧结和致密化过程中保持切 削件凹窝36和内部流体通道42的尺寸和几何结构方面的一致性。这 种耐火结构例如由石墨、硅石或矾土形成。由于矾土比石墨的活性差，
因此人们希望使用矾土移动件代替石墨移动件，从而将烧结期间的原 子扩散减到最少。另外，例如矾土、氮化硼、氮化铝或其它市售材料 的涂层可以施加到耐火结构上以防止耐火结构中的碳或其它原子在致 密化期间扩散到钻头体中。
而且，可以使用如前所述的任何烧结方法将图6E所示的成形单 一半生坯结构256烧结到希望的最终密度。
在如前所述的方法中，通过成形或机加工图6B所示的单一生坯 结构244和图6D所示的单一半生坯结构252形成单一结构151的特 征。可选地，可以在单一生坯结构或单一半生坯结构上进行所有的成 形和才几加工。例如，图6B所示的单一生坯结构244可以部分地烧结 以形成单一半生坯结构(未显示)，而无需对单一生坯结构244进行 任何成形或机加工。在将单一半生坯结构烧结到希望的最终密度之前， 可以在单一半生坯结构中形成单一结构151(图4)的大体上所有特征。 可选地，可以在图6B所示的单一生坯结构244中形成或机加工单一 结构151 (图4)的大体上所有特征。完全成形和机加工的单一生坯结 构(未显示)随后烧结到希望的最终密度。
图7显示了体现本发明教导的钻地旋转钻头270。钻头270包括 大体上由颗粒基体复合材料形成和构成的钻头体274。钻头270还可 以包括延伸部276，其包括金属或金属合金以及附接到钻头体274上 的钻杆278。作为实例并且非限制性的，延伸部276和钻杆278均包 括钢或任何其它铁基合金。钻杆278包括用于将钻头270连接到钻柱 (未显示)上的API螺紋销28。
钻头体274包括由排屑槽32隔开的刀翼30。内部流体通道42在 钻头体274的表面282和纵向孔40之间延伸，所述纵向孔延伸穿过钻 杆278、延伸部276，并部分地穿过钻头体274。喷管衬套(未显示) 可以在钻头体274的表面282处^殳置于内部流体通道42内。
钻头270可以包括布置在钻头体274的表面282上的多个PDC切 削件34。PDC切削件34可以沿刀翼30设置在形成于钻头体270的表 面282上的凹窝36内，并且由支肋38从后面支撑，所述支肋可以与
钻头体274 —体形成。可选地，钻头270可以包括多个切削件，其包 括例如为颗粒基体复合材料的耐磨的研磨材料。切削件的颗粒基体复 合材料可以具有与钻头体274的颗粒基体复合材料不同的成分。而且， 这种切削件可以与钻头体274 —体形成。
钻头体274的颗粒基体复合材料可以包括随机散布在基体材料中 的多个硬质颗粒。硬质颗粒和基体材料可以与参考图2所示钻头50 描述的那些材料大体上相同。
在本发明的一个实施例中，钻头体274的颗粒基体复合材料可以 包括平均直径为大约0.5微米到大约20微米的多个碳化鵠颗粒。基体 材料可以包括钴镍基金属合金。碳化鵠颗粒可以占颗粒基体复合材料 重量比的大约60%到大约95%,并且基体材料可以占颗粒基体复合材 料重量比的大约5%到大约40%。
钻头体274大体上类似于图2所示的钻头体52，并且可以由之前 参照图3A-3E讨论的任何方法形成。
在具有包括颗粒基体复合材料的钻头体的传统钻头中，使用预制 钢坯将钻头体附接到钢杆上。在粒状碳化物材料渗入模具内的熔融基 体材料中并且使基体材料冷却和固化时，预制钢坯附接到钻头体上， 如前所述。随后可以在钢坯表面上机加工出用于将钢坯附接到钢杆上 的螺紋或其它特征。
当钻头体274不利用传统的渗入方法形成时，在常规方法中，预 制钢坯不与钻头体274 —体形成。作为将钻杆278附接到钻头体274 上的可选方法，延伸部276可以在形成钻头体274之后附接到钻头体 274上。
例如，通过硬钎焊或软钎焊钻头体274的表面275和延伸部276
例如，利用炉热石更焊(furnace brazing)方法或焊炬石更焊(torch brazing)方法硬钎焊钻头体274的表面275和延伸部276的表面277 之间的接合面。钻头体274和延伸部276的大小和结构设置成在表面 275和表面277之间提供其间可以设置硬钎焊合金284的预定撑离间
隙。硬钎焊合金284例如包括银基或镍基合金。
可以在钻头体274的表面275和延伸部276的邻接表面277上或 内形成附接的配合非平面特征(未显示)，例如，可以防止钻头体274 相对于延伸部276旋转的螺紋或通常纵向定位的键、杆或花键。
在可选实施例中，可以使用压配合或冷缩配合将延伸部276附接 到钻头体274上。为了在延伸部276和钻头体274之间提供冷缩配合， 可以在延伸部276和钻头体274之间提供温度差异。作为实例并且非 限制性的，可以加热延伸部276以使延伸部276产生热膨胀，同时， 可以冷却钻头体274以使钻头体274产生热收缩。随后，延伸部276 压到钻头体274上，并且延伸部276和钻头体274之间的温度达到平 衡。当延伸部276和钻头体274的温度达到平衡时，延伸部276的表 面277可以接合或抵靠钻头体274的表面275，从而将钻头体274至 少部分地固定到延伸部276上并防止钻头体274与延伸部276分离。
可选地，可以在钻头体274和延伸部276之间提供摩擦焊接。可 以在延伸部276和钻头体274上设置抵接表面。可以使用机器将延伸 部276压靠在钻头体274上，同时使钻头体274相对于延伸部276旋 转。由延伸部276和钻头体274之间摩擦产生的热量可以至少部分地 熔化延伸部276和钻头体274的配合表面处的材料。相对旋转停止， 并且钻头体274和延伸部276得以冷却，同时保持钻头体274和延伸 部276之间的轴向压缩，提供延伸部276和钻头体274的配合表面之 间的摩擦焊接接合。
另外，可以在钻头体274和延伸体276之间提供焊缝24，其围绕 钻头270在其外表面上沿着钻头体274和延伸部276之间的接合面延 伸。可以使用保护金属极电弧焊(SMAW)方法、气体保护金属极弧 焊(GMAW)方法、等离子转移弧(PTA)焊接方法、潜弧焊方法、 电子束焊接方法或激光焊接方法焊接钻头体274和延伸部276之间的 接合面。
在延伸部276附接和固定到钻头体274上之后，钻杆278可附接 到延伸部276。作为实例并且非限制性的，可以在钢杆278和延伸部
276的邻接表面上机加工出定位螺紋300。钢杆278随后旋接到延伸部 276上。随后，可以在钢杆278和延伸部276之间提供焊缝24，其围 绕钻头270在其外表面上沿着钢杆278和延伸部276之间的接合面延 伸。而且，可以在钢杆278和延伸部276的邻接表面之间设置软钎焊 料或硬钎焊料，从而将钢杆278进一步固定到延伸部276上。
通过将延伸部276附接到钻头体274上，钢杆278的拆卸和更换 相对于直接附接到大体上颗粒基体复合材料形成和构成的钻头体上的 钻杆(例如，图2所示的钻头50的钻杆70)的拆卸和更换而言变得 容易。
尽管这里参照包括固定切削件的钻地旋转钻头的实施例描述了本 发明的教导，但是其它类型的钻地钻具(例如，取芯钻头、偏心钻头、 双中心钻头、扩眼钻头、铣刀、刮刀钻头、牙轮钻头及本领域已知的 其它这类结构)可以体现本发明的教导并且可以由体现本发明教导的 方法形成。
尽管这里已经相对于特定的优选实施例对本发明进行了描述，但 是本领域的普通技术人员应当考虑和认识到本发明不限于此。相反， 在不脱离如下文要求保护的本发明范围的情况下，可以对优选实施例 进行多种增加、删除和改变。另外， 一个实施例的特征可以与另一个 实施例的特征结合，但仍然处于由本发明人考虑的发明范围内。另外， 本发明在具有不同和各种钻头外形及切削件类型的钻头和取芯钻头中 具有实用性。
权利要求
1.一种用于形成钻地旋转钻头的钻头体的方法，所述方法包括提供多个生坯粉末部件，至少一个生坯粉末部件构造为形成钻头体的一区域；将所述多个生坯粉末部件组装以形成单一结构；和至少部分地烧结所述单一结构。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，组装所述多个生坯粉末部件 以形成单一结构包括至少部分地烧结所述多个生坯粉末部件以形成多个半生坯部件； 组装所述多个半生坯部件以形成半生坯钻头体；和 烧结所述半生坯钻头体到最终密度。
3. 如权利要求1所述的方法，其中，提供多个生坯粉末部件包括 提供第一粉末混合物，所述第一粉末混合物包括多个硬质颗粒，其选自金刚石、碳化硼、氮化硼、氮化铝、 和W、 Ti、 Mo、 Nb、 V、 Hf、 Zr和Cr的碳化物或硼化物；和多个包括基体材料的颗粒，所述基体材料选自钴基合金、铁 基合金、镍基合金、钴镍基合金、铁镍基合金、铁钴基合金、铝基合 金、铜基合金、镁基合金和钛基合金；并且其中，组装所述生坯粉末部件还包括挤压第一粉末混合物以形成生坯钻头体的至少一部分；至少部分地烧结生坯钻头体；提供构造为附接到钻柱上的钻杆；和将所述钻杆附接到钻头体上。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，提供多个生坯粉末部件还包括提供构造为形成钻头体的附接到钻杆上的一区域的第二生坯粉末 构件，所述第二生坯粉末部件包括多个颗粒，其包括选自钴基合金、铁基合金、镍基合金、钴 镍基合金、铁镍基合金、铁钴基合金、铝基合金、铜基合金、镁基合金和钛基合金的材料；并且其中，将所述钻杆附接到钻头体上还包括将所述钻杆附接到 由第二生坯粉末部件形成的钻头体的一部分上。
5. 如权利要求3所述的方法，其中，至少部分地烧结生坯钻头体 包括部分地烧结生坯钻头体以形成半生坯钻头体； 在所述半生坯钻头体上机加工出至少一个特征；和 烧结所述半生坯钻头体到最终密度。
6. 如权利要求5所述的方法，其中，在半生坯钻头体上机加工出 至少一个特征包括在半生坯钻头体中机加工流体通道、排屑槽和切削 件凹窝中的至少之一。
7. 如权利要求2或5所述的方法，其中，烧结所述半生坯钻头体 到最终密度包括液相线下金相烧结。
8. 如权利要求2或5所述的方法，其中，烧结所述半生坯钻头体 到最终密度包括在使半生坯钻头体在真空炉内经受高温之后，使半生 坯钻头体经受大体上等静压力。
9. 如权利要求3所述的方法，其中，挤压粉末混合物包括下述方 式之一利用液体挤压粉末混合物；利用大于大约35兆帕(大约5,000 磅/平方英寸)的大体上等静压力挤压粉末混合物；或者在包括聚合物 材料的袋中提供粉末混合物并给袋外表面施加大体上等静压力。
10. 如权利要求3所述的方法，其中，挤压粉末混合物以形成生坯 钻头体包括挤压第一粉末混合物以形成第一生坯部件；挤压不同于第 一粉末混合物的至少 一种附加粉末混合物以形成至 少一个附加生坯部件；和使所述第一生坯部件与至少一个附加生坯部件组装以形成生坯钻 头体。
11. 如斥又利要求3、 4、 5、 6、 9和10中的任意一项所述的方法， 其中，提供第一粉末混合物包括提供多个-400 ASTM目碳化鴒颗粒， 所述多个碳化鴒颗粒占第 一粉末混合物重量比的大约60%到大约 95%。
12. 如权利要求10所述的方法，其中，第一生坯部件构造为形成 用于承载多个切削件的钻头的至少一部分，并且其中，所述至少一个 附加生坯部件构造为形成用于附接到钻杆上的钻头的至少另一部分。
13. 如权利要求1所述的方法，还包括在与钻头体的第一区域相对应的模具或容器中的第一区域内提供第一粉末混合物；在与钻头体的第二区域相对应的模具或容器中的第二区域内提供第二粉末混合物；和在模具或容器内挤压第一粉末混合物和第二粉末混合物。
14. 如权利要求13所述的方法，其中，提供第一粉末混合物，包括提供平均直径为大约0.5微米到大约20微米范围内的多个碳 化鴒颗粒，所述多个碳化鵠颗粒占第一粉末混合物重量比的大约75% 到85%;和提供多个包括基体材料的颗粒；并且 其中，提供第二粉末混合物包括提供平均直径为大约0.5微米到大约20微米范围内的多个碳 化鵠颗粒，所述多个碳化鴒颗粒占第二粉末混合物重量比的大约65% 到70%;和提供多个包括所述基体材料的颗粒；
15. 如权利要求3、 4、 5、 6、 9、 10、 11和12中任意一项所述的 方法，其中，将所述钻杆附接到钻头体上包括下述方式中的至少一种 给钻头体表面和钻杆表面之间的接合面施加硬钎焊料；焊接钻头体表 面和钻杆表面之间的接合面；将钻杆压配合到钻头体上；将钻杆冷缩 配合到钻头体上；以及将钻头体和钻杆附接到布置于钻头体和钻杆之 间的延伸部上。
16. 如权利要求3、 4、 5、 6、 9、 10、 11和12中任意一项所述的 方法，其中，将所述钻杆附接到钻头体上包括将钻头体附接到延伸部上；在钻杆和延伸部的邻接表面上提供配合螺紋；和 将钻杆旋拧到延伸部上。
17. 如权利要求3、 4、 5、 6、 9、 10、 11、 12、 15和16中任意一 项所述的方法，还包括将表面硬化材料施加到钻头体和钻杆之一的表 面上。
18. —种钻地旋转钻头，包括大体上由颗粒基体复合材料形成的单 一结构，所述单一结构包括构造为承载用于切割地层的多个切削件的 第一区域，和构造为将钻头附接到钻柱上的至少一个附加区域，所述 至少 一 个附加区域包括螺紋销。
19. 如权利要求18所述的钻地旋转钻头，其中所述单一结构包括 随机散布在基体材料中的多个硬质颗粒，所述硬质颗粒选自金刚石、 碳化硼、氮化硼、氮化铝、和W、 Ti、 Mo、 Nb、 V、 Hf、 Zr和Cr 的碳化物或硼化物，所述基体材料选自钴基合金、铁基合金、镍基合 金、钴镍基合金、铁镍基合金、铁钴基合金、铝基合金、铜基合金、 镁基合金和钛基合金。
20. 如权利要求18或19中任意一项所述的钻地旋转钻头，其中， 所述第一区域具有第一材料成分，所述第一材料成分包括基体材料；和随机散布在所述基体材料中的多个-635 ASTM目碳化鴒颗粒，所 述多个碳化钨颗粒占第一材料成分重量比的大约75%到大约85%;并且其中，所述至少一个附加区域具有不同于第一材料成分的第 二材料成分。
全文摘要
用于形成钻地钻头的钻头体的方法包括组装生坯部件、半生坯部件或完全烧结部件，和烧结所述组装部件。其它方法包括等静压制粉末以形成大体上由颗粒基体复合材料构成的生坯，和烧结所述生坯以提供具有所需最终密度的钻头体。形成钻地钻头的方法包括提供大体上由颗粒基体复合材料形成的钻头体(52)和将钻杆附接到钻头体上。通过挤压粉末以形成生坯和烧结所述生坯而提供钻头体。钻地钻头包括大体上由颗粒基体复合材料形成的单一结构。单一结构包括构造为承载切削件的第一区域和包括螺纹销的第二区域。钻地钻头包括直接附接到大体上由颗粒基体复合材料形成的钻头体上的钻杆。
文档编号B22F3/12GK101356031SQ200680050594
公开日2009年1月28日 申请日期2006年11月10日 优先权日2005年11月10日
发明者B·J·克雷斯特, J·A·奥克斯福德, J·D·格拉德尼, J·H·史蒂文斯, J·L·达根, J·W·伊森, N·J·莱昂斯, R·H·史密斯 申请人:贝克休斯公司