铭、碳化 饥、碳化铁、碳化鹤、粗晶碳化鹤、铸造碳化鹤、粉碎烧结碳化鹤、渗碳碳化鹤、钢、不诱钢、奥 氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、沉淀硬化钢、双相不诱钢、陶瓷、铁合金、儀合金、铭合金、 HASTELLOY液合金（含儀铭合金，可购自化ynes International)、INCONEL?合金 (含奥氏体儀铭超合金，可购自Special Metals Corporation)、WAS-PALOYS? (奥氏体 儀基超合金）、及恩沈E狡合金(含儀铭合金、可购自A1 temp A11 oys，Inc.)、HAYNES⑧合金 (含儀铭超合金、可购自化ynes International)、INCOLOY猿合金(含铁儀超合金，可购 自Mega Mex)、MP98T(儀-铜-铭合金，可购自 SPS Technologies)、TMS合金vCiMS.X參合金 (儀基超级合金，可购自C-M Group)、N-155合金，其任意混合物及其任意组合。在一些实施 方案中，可涂覆基体颗粒。举非限制性实例而言，基体颗粒可W包括涂覆有铁的金刚石。
[0031] 在一些实施方案中，本文所述的基体颗粒可W具有范围在下限1微米、10微米、50 微米或100微米到上限1000微米、800微米、500微米、400微米或200微米的直径，其中基体颗 粒的纵横比可W在任何下限到任何上限的范围并且涵盖其中的任何子集。
[0032] 举非限制实例而言，图1-8提供在基体钻头中实施本文所述纤维增强硬复合材料 的实例。所属领域技术人员应明白如何将运些教导适用于其它井筒工具或其部分。
[0033] 图1是示出用包括根据本公开的教导的纤维增强硬复合材料部分131的基体钻头 体50形成的基体钻头20的一个实例的横截面图。如本文所用，术语"基体钻头"涵盖旋转刮 刀钻头、刮刀钻头、固定刀具钻头，W及能够并入本公开的教导的任何其它钻头。
[0034] 对于诸如图1所示的实施方案，基体钻头20可W包括金属巧料36固定地附接其上 (例如，在焊接位置39)的金属杆30。金属巧料36延伸到基体钻头体50中。金属杆30包括端接 金属巧料36的螺纹连接34。
[0035] 金属柄30和金属巧料36是至少部分限定彼此流体连通的对应流体腔32的大致圆 柱形的结构。金属巧料36的流体腔32可W进一步延伸到基体钻头体50中。至少一个流动通 道(示出为两个流动通路42和44)可从流体腔32延伸到基体钻头体50的外部。喷嘴开口 54可 限定在流动通道42和44的端部在基体钻头体50的外部处。
[0036] 多个凹陷或凹口 58形成于基体钻头体50的外部处且成形为接收对应切削元件（图 2所示）。
[0037] 图2是示出用包括根据本公开的教导的纤维增强硬复合材料部分的基体钻头体50 形成的基体钻头20的一个实例的等距图。如所示，基体钻头20包括如上文参考图1大致描述 的金属巧料36和金属柄30。
[0038] 基体钻头体50包括形成于基体钻头体50的外部上的刀具刀片52。刀具刀片52可在 复合基体钻头体50的外部上彼此隔开W在其中形成流体流动路径或排屑槽62。
[0039] 如所示，在选择的位置于刀具刀片52中形成的多个凹口 58接收对应切削元件60 (还称为切削插入件），固定地安装(例如经由针焊)在经定向W在钻探操作期间接合且移除 地下地层的邻近部分的位置中。更特定而言，切削元件60可W在附接钻柱(未示出）旋转基 体钻头20期间从井筒的底部和侧部刮擦且挖凿地层材料。对于一些应用，各种类型的多晶 金刚石复合片(PDC)刀具可W用作切削元件60。具有运种PDC刀具的基体钻头有时可W称为 "roc钻头"。
[0040] 喷嘴56可W被布置在每个喷嘴开口 54中。对于一些应用，喷嘴56可被描述或W其 它方式表征为"可互换"喷嘴。
[0041] 多种多样的铸模可用于根据本公开的教导形成复合基体钻头体和相关联基体钻 头。
[0042] 图3是示出用于形成并入本公开的教导的基体钻头体的铸模组合件100的一个实 例的端视图。多个铸模插入件106可被放置在铸模组合件100限定或W其它方式提供在所述 铸模组合件100内的腔104内。铸模插入件106可用于形成基体钻头体的刀片中的各自凹口。 铸模插入件106在腔104中的位置与用于在相关联刀片中安装切削元件所希望的位置对应。 铸模插入件106可W由各种类型的材料形成，诸如(但不限于)固结砂和石墨。
[0043] 图4是图3的铸模组合件100的横截面图，其可用于形成并入本公开的教导的基体 钻头体。铸模组合件100可W包括若干组件，诸如如铸模102、规环或连接器环now及漏斗 120。铸模102、规环110和漏斗120可由石墨或所属领域技术人员已知的其它适当材料形成。 各种技术可用于制造铸模组合件100及其组件，包括(但不限于)加工石墨巧料W利用具有 所得基体钻头体所希望的外部特征的负剖面或反剖面的相关联腔104生成铸模102。例如， 腔104可W具有与刀片52和形成于其中的排屑槽62的外剖面或构造对应，如图1-2所示。
[0044] 各种类型的暂时性移位材料可取决于所得基体钻头所希望的构造而安装在铸模 腔104内。额外的铸模插入件(未明确示出）可W由各种材料(例如，固结砂和/或石墨)形成 且可布置在铸模腔104内。运种铸模插入件可W具有对应于基体钻头所希望的外部特征(例 如，排屑槽)的构造。
[0045] 移位材料(例如，固结砂)可W安装在铸模组合件100内形成基体钻头的希望外部 特征(例如流体腔和流动通道)所希望的位置。运种移位材料可W具有各种构造。例如，可W 选择固结砂腿142和144的定位和构造 W与相关联流动通道及其各自喷嘴开口的希望位置 和构造对应。固结砂腿142和144可联接到螺纹接受器(未明确示出）中W形成喷嘴开口的联 接其各自喷嘴的螺纹。
[0046] 相对大型、大致圆筒形固结砂忍150可被放置在腿142和144上。忍150W及腿142和 144有时可W被描述为具有"乌鸦脚"的形状。忍150还可称为"柄"。自忍150延伸的腿142和 144的数量将取决于所得基体钻头体中的流动通道和对应喷嘴开口的希望的数量。腿142和 144W及忍150还可W由石墨或其它适当材料形成。
[0047] 在包括忍150和腿142及144的希望移位材料已经被安装在铸模组合件100内之后， 基体材料130然后可W被放置在铸模组合件100内或W其它方式引入其中。在一些实施方案 中，基体材料130可W包括基体颗粒和用于形成如上所述的硬复合材料部分的增强纤维。然 而，在其它实施方案中，基体材料130可W包括基体颗粒且不包括用于形成硬复合材料部分 的增强纤维。如本文进一步所述，基体材料130的不同的组合物可用于实现具有纤维增强硬 复合材料部分和任选硬复合材料部分的不同构造的纤维增强钻头体。
[004引在充足量的基体材料130已经被添加到铸模组合件100之后，金属巧料36然后可W 被放置铸模组合件100内。金属巧料36优选包括大于砂忍150的外径154的直径37。各种夹具 (未明确示出）可W用来将金属巧料36定位在铸模组合件100内的希望位置处。然后，基体材 料130可W在腔104内被填充到希望水平。
[0049] 粘合剂材料160可W被放置在基体材料130、金属巧料36和忍150的顶部上。在一些 实施方案中，粘合剂材料160可W覆盖有焊剂层(未明确示出）。盖或盖子(未明确示出）可W 被放置在铸模组合件100上。铸模组合件100和布置在其中的材料然后可预热且然后被放置 在炉(未明确示出）中。当炉溫度到达粘合剂材料160的烙点时，粘合剂材料160可液化并渗 入基体材料130。
[0050] 在分配预定量时间给液化粘合剂材料160W渗入基体材料130之后，铸模组合件 100然后可从炉中移除并且在受控速率下冷却。一旦被冷却，铸模组合件100就可W被剖开 W暴露包括纤维增强硬复合材料部分的基体钻头体。根据熟知技术的后续处理可W用来生 成包括基体钻头体的基体钻头。
[0051] 在一些实施方案中，纤维增强硬复合材料部分在如图1-2所示的整个基体钻头体 中可为均匀的。
[0052] 在一些实施方案中，纤维增强硬复合材料部分可在基体钻头体中局部化，其中剩 余部分由硬复合物(例如，包括粘合剂和基体颗粒且不包括增强纤维)形成。在某些情形中， 局部化可W提供开裂萌生和蔓延的减轻，同时最小化可能与一些增强纤维相关联的额外成 本。此外，在一些情形中，在钻头体中包括增强纤维可由于基体颗粒的较低浓度而减少钻头 体的腐蚀属性。因此，在一些情形中，增强纤维只对基体钻头体的一部分的局部化可W减轻 与使用纤维相关联的腐蚀属性的任何减少。
[0053] 例如，图5是示出用基体钻头体50形成的基体钻头20的一个实例的横截面图，所述 基体钻头体50包括根据本公开的教导的硬复合材料部分132和纤维增强硬复合材料部分 131。纤维增强硬复合材料部分131被示出定位成接近喷嘴开口 54和顶点64-基体钻头体中 通常具有增加的开裂倾向的两个区域。如本文使用，术语"顶点"指基体钻头体在钻探期间 接合地层的外表面的中央部分。通常，基体钻头的顶点位于或靠近图2的刀片52中与基体钻 头体在钻探期间接合地层的外表面相遇之处。
[0054] 在另一实例中，图6是示出用基体钻头体50形成的基体钻头20的一个实例的横截 面图，所述基体钻头体50包括根据本公开的教导的硬复合材料部分132