井下使用的纤维增强工具发明背景
本公开涉及井下使用的增强工具，包括(但不限于)纤维增强钻
头，以及与其相关的生产和使用的相关联方法。
在油气产业中在井下使用多种多样的工具，包括用于形成井筒的
工具、用于完成已经钻探的井筒的工具，以及用于自完井中生成诸如
油气的碳氢化合物的工具。特定而言，频繁使用切削工具来钻探油气
井、地热井和水井。切削工具可以包括牙轮钻头、固定刀具钻头、扩
眼钻头、取芯钻头等等。例如，固定刀具钻头常由基体钻头体形成，
所述基体钻头体具有布置在基体钻头体外部周围的所选位置处的切
削元件或插入件。在钻探期间，这些切削元件接合且移除地下地层的
邻近部分。
复合材料可用于固定刀具钻头的基体钻头体中。这些材料通常耐
腐蚀且展现出高冲击强度。然而，这些复合材料可能是易碎的。结果，
由于制造期间遭受的热应力或钻探期间传送的机械应力可能发生应
力开裂。这在复合材料的腐蚀加速时格外如此。
附图简述
包括附图以说明实施方案的特定方面，且所述附图不应被视为排
外性实施方案。如所属领域技术人员将出现且得益于本公开，所公开
的标的物在形式和功能上具有相当大的修改、替代、组合和等效，而
不脱离本公开的范畴。
图1是示出具有根据本公开的教导的至少一个纤维增强部分的
基体钻头体的钻头的一个实例的横截面图。
图2是图1的钻头的等距视图。
图3是示出用于形成根据本公开的教导的基体钻头体的铸模组
合件的一个实例的横截面图。
图4是示出用于形成根据本公开的教导的基体钻头体的铸模组
合件的一个实例的端视图。
图5是示出根据本公开的教导的基体钻头体的一个实例的横截
面图。
图6是示出根据本公开的教导的基体钻头体的一个实例的横截
面图。
图7是示出根据本公开的教导的基体钻头体的一个实例的横截
面图。
图8是示出根据本公开的教导的基体钻头体的一个实例的横截
面图。
图9是示出适于结合本公开的基体钻头使用的钻探组合件的一
个实例的示意图。
发明详述
本公开涉及纤维增强井下工具，和制造及使用这些纤维增强井下
工具的方法。本公开的教导可适用于可至少部分由复合材料形成且在
与井筒或其它井下装置接触期间遭受磨损的任何井下工具。这些工具
可以包括用于钻井、完井和自井中生产碳氢化合物的工具。这些工具
的实例包括：切削工具，诸如钻头、扩眼钻头、稳定器和取心钻头；
钻探工具，诸如可旋转导向装置、泥浆电机；以及井下使用的其它工
具，诸如窗机、封隔器、工具接头和其它易磨损工具。
举例而言，数个实施方案更特定而言涉及一种具有带至少一个纤
维增强部分的基体钻头体的钻头。具有至少一个纤维增强部分的基体
钻头体由于至少一部分是纤维增强的而或者在本文中称为纤维增强
基体钻头体。在一些实施方案中，可以至少部分用包括粘合剂、基体
颗粒和增强纤维的纤维增强硬复合材料部分形成本公开的井筒工具
或其部分。如本文所用，术语“增强纤维”指纵横比范围从等于临界纵
横比(Ac)至15倍于Ac的纤维，其中Ac＝σf/(2Tc)，σf是增强纤维的
极限拉伸强度，且Tc是增强纤维与粘合剂之间的界面剪切粘结强度
或粘合剂的屈服应力，取所述界面剪切粘结强度和所述屈服应力中较
低的一者。如本文所使用，术语“纤维”涵盖纤维、晶须、棒材、线材、
犬骨型(dogbone)、带、盘、圆片、薄片、环等等，及其杂合体。如
本文所使用，术语“犬骨型”指如纤维、晶须或棒材的细长结构，其中
在结构的端处或附近的直径大于其中任何处的直径。如本文所使用，
2维结构(例如，带、盘、圆片、薄片或环)的纵横比指最长尺寸对厚
度之比。
不受理论的限制，据信多个纤维至少部分由于其组成和纵横比而
将增强周边复合材料以通过井筒工具或其部分的纤维增强硬复合材
料部分抵抗开裂萌生和蔓延。减轻开裂萌生和蔓延可以减少生产期间
的废品率且增加使用之后井筒工具的使用期限。
在一些实施方案中，本文所述的增强纤维可以具有范围在下限2、
5、10、50、100或250到上限500、250、100、50或25的纵横比，
其中增强纤维的纵横比可以在任何下限到任何上限的范围并且涵盖
其中的任何子集。在一些实施方案中，可在本文所述的纤维增强硬复
合材料部分中使用两个或更多个至少在纵横比上有所不同的增强纤
维。
在一些实施方案中，本文所述的增强纤维可以具有范围在下限1
微米、10微米或25微米到上限300微米、200微米、100微米或50
微米的直径，其中增强纤维的直径可以在任何下限到任何上限的范围
并且涵盖其中的任何子集。所属领域技术人员应明白，增强纤维的长
度将取决于增强纤维的直径以及增强纤维相对于在其中实施增强纤
维的粘合剂的临界纵横比以及增强纤维的组成。在一些实施方案中，
可在本文所述的纤维增强硬复合材料部分中使用两个或更多个至少
在直径上有所不同的增强纤维。
本文所述的增强纤维可以优选具有与粘合剂粘结的组合物，使得
增加量的热应力和机械应力(或载荷)可被传送到所述纤维。此外，与
粘合剂粘结的组合物可能不太可能在开裂蔓延时从粘合剂中拉出。
此外，增强纤维的组合物可以优选耐受形成几乎不会与粘合剂材
料形成合金或氧化的纤维增强硬复合材料部分(本文更详细描述)时
遭受的温度和压力。然而，在一些情形中，可改变大气状况(例如，
经由减少压力或气体净化而实现的减少的氧含量)以减轻增强纤维的
氧化，而允许可能不适于在标准大气氧浓度中使用的组合物。
在一些实施方案中，增强纤维的组合物可以具有大于粘合剂的熔
点(例如，大于1000℃)的熔点。在一些实施方案中，增强纤维的组合
物可以具有范围在下限1000℃、1250℃、1500℃或2000℃到上限
3800℃、3500℃、3000℃或2500℃的熔点，其中组合物的熔点的范
围可以在任何下限到任何上限并且涵盖其中的任何子集。
在一些实施方案中，对于给定大气状况，增强纤维的组合物可以
具有大于粘合剂的熔点(例如，大于1000℃)的氧化温度。在一些实施
方案中，对于给定大气状况，增强纤维的组合物可以具有范围在下限
1000℃、1250℃、1500℃或2000℃到上限3800℃、3500℃、3000℃
或2500℃的氧化温度，其中组合物的氧化温度的范围可以在任何下
限到任何上限并且涵盖其中的任何子集。
用于结合本文所述实施方案使用的增强纤维的组合物实例可以
包括(但不限于)钨、钼、铌、钽、铼、钛、铬、钢、不锈钢、奥氏体
钢、铁素体钢、马氏体钢、沉淀硬化钢、双相不锈钢、铁合金、镍合
金、铬合金、碳、耐火陶瓷、碳化硅、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、
莫来石、氧化锆、氮化硼、碳化钛、氮化钛等及其任意组合。在一些
实施方案中，可在本文所述的纤维增强硬复合材料部分中使用两个或
更多个至少在组合物上有所不同的增强纤维。
在一些实施方案中，本文所述的纤维增强硬复合材料部分可以包
括浓度按基体颗粒重量计在范围从下限1％、3％或5％到按基体颗粒
重量计上限30％、20％或10％的增强纤维，其中增强纤维的浓度范围
可以从任何下限到任何上限并且包括其中的任何子集。
适于结合本文所述实施方案使用的粘合剂实例可包括(但不限于)
铜、镍、钴、铁、铝、钼、铬、锰、锡、锌、铅、硅、钨、硼、磷、
金、银、钯、铟、其任何混合物或其任何合金，以及其任意组合。粘
合剂的非限制实例可包括铜-磷、铜-磷-银、铜-锰-磷、铜
-镍、铜-锰-镍、铜-锰-锌、铜-锰-镍-锌、铜-镍铟、
铜-锡-锰-镍、铜-锡-锰-镍-铁、金-镍、金-钯-镍、
金-铜-镍、银-铜-锌-镍、银-锰、银铜-锌-镉、银-铜
-锡、钴-硅-铬-镍-钨、钴-硅-铬-镍-钨-硼、锰-镍
-钴-硼、镍-硅-铬、镍铬-硅-锰、镍-铬-硅、镍-硅-
硼、镍-硅-铬-硼-铁、镍-磷、镍-锰、铜-铝、铜-铝-
镍、铜-铝-镍-铁、铜-铝-镍-锌-锡-铁等，以及其任
意组合。市售粘合剂的实例可以包括(但不限于)VIRGINTMBinder
453D(铜-锰-镍-锌，购自BelmontMetals公司)；购自ATIFirth
Sterling的铜-锡-锰-镍和铜-锡-锰-镍-铁等级516、
519、523、512、518和520；及其任意组合。
虽然一些增强纤维的组合物和粘合剂可能会重叠，但是所属领域
技术人员应明白，增强纤维的组合物应被选择为具有大于在或高于粘
合剂的熔点的纤维增强硬复合材料部分生产温度的熔点。
在某些情形中，适于结合本文所述实施方案使用的基体颗粒可以
包括金属颗粒、金属合金、金属碳化物、金属氮化物、金刚石、高温
合金等等或其任意组合。适于结合本文所述的实施方案使用的基体颗
粒的实例可以包括颗粒，其包括(但不限于)氮化物、硅氮化物、硼氮
化物、立方氮化硼、天然金刚石、人造金刚石、硬质合金、球形碳化
物、低合金烧结材料、铸造碳化物、碳化硅、碳化硼、立方碳化硼、
碳化钼、碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬、碳化钒、碳化铁、碳化
钨、粗晶碳化钨、铸造碳化钨、粉碎烧结碳化钨、渗碳碳化钨、钢、
不锈钢、奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、沉淀硬化钢、双相不锈钢、
陶瓷、铁合金、镍合金、铬合金、![]()
合金(含镍铬合金，
可购自HaynesInternational)、![]()
合金(含奥氏体镍铬超合金，
可购自SpecialMetalsCorporation)、![]()
(奥氏体镍基超合
金)、![]()
合金(含镍铬合金、可购自AltempAlloys，Inc.)、![]()
合金(含镍铬超合金、可购自HaynesInternational)、![]()
合金
(含铁镍超合金，可购自MegaMex)、MP98T(镍-铜-铬合金，可
购自SPSTechnologies)、TMS合金、![]()
合金(镍基超级合金，可
购自C-MGroup)、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，基体颗粒可以
包括涂覆有钛的金刚石。
在一些实施方案中，本文所述的基体颗粒可以具有范围在下限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以在任
何下限到任何上限的范围并且涵盖其中的任何子集。
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这些教导适
用于其它井筒工具或其部分。
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，以及能够并入本公开的教导的任何其它钻头。
对于诸如图1所示的实施方案，基体钻头20可以包括金属坯料
36固定地附接其上(例如，在焊接位置39)的金属杆30。金属坯料36
延伸到基体钻头体50中。金属杆30包括端接金属坯料36的螺纹连
接34。
金属柄30和金属坯料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。金属坯料36的流体腔32可以进一步
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。
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)。
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大致描述的金属坯料36和金属柄
30。
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的外部上彼此隔开以在其中
形成流体流动路径或排屑槽62。
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(例如经由钎焊)在
经定向以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可以在附接钻柱(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)刀具可以用作切削元件60。具有这种
PDC刀具的基体钻头有时可以称为“PDC钻头”。
喷嘴56可以被布置在每个喷嘴开口54中。对于一些应用，喷嘴
56可被描述或以其它方式表征为“可互换”喷嘴。
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。
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限定或以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可以由各种类型的材料形成，诸
如(但不限于)固结砂和石墨。
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可以包括若干组件，诸如
如铸模102、规环或连接器环110以及漏斗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
石墨坯料以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可以具有与刀片
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。
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)可以由各
种材料(例如，固结砂和/或石墨)形成且可布置在铸模腔104内。这种
铸模插入件可以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。
移位材料(例如，固结砂)可以安装在铸模组合件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。这种移
位材料可以具有各种构造。例如，可以选择固结砂腿142和144的定
位和构造以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)中以形
成喷嘴开口的联接其各自喷嘴的螺纹。
相对大型、大致圆筒形固结砂芯150可被放置在腿142和144上。
芯150以及腿142和144有时可以被描述为具有“乌鸦脚”的形状。芯
150还可称为“柄”。自芯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
144以及芯150还可以由石墨或其它适当材料形成。
在包括芯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然后可以被放置在铸模组合件100
内或以其它方式引入其中。在一些实施方案中，基体材料130可以包
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可以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。
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
属坯料36然后可以被放置铸模组合件100内。金属坯料36优选包括
大于砂芯150的外径154的直径37。各种夹具(未明确示出)可以用来
将金属坯料36定位在铸模组合件100内的希望位置处。然后，基体
材料130可以在腔104内被填充到希望水平。
粘合剂材料160可以被放置在基体材料130、金属坯料36和芯
150的顶部上。在一些实施方案中，粘合剂材料160可以覆盖有焊剂
层(未明确示出)。盖或盖子(未明确示出)可以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。当炉温度到达粘合剂材料160的熔点时，粘合剂
材料160可液化并渗入基体材料130。
在分配预定量时间给液化粘合剂材料160以渗入基体材料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就可以被剖开以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以用来生成包括基
体钻头体的基体钻头。
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。
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，局部化可以提供开裂萌生和
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以减轻与使用纤维相关联的腐蚀属
性的任何减少。
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。
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和凹口58。
在一些实施方案中，增强纤维可以通过在纤维增强硬复合材料部
分各处在浓度、纤维类型或两者上有所改变。类似于局部化，在一些
情形中，改变增强纤维的浓度、组成或两者增强纤维可用来减轻开裂
萌生和蔓延，同时最小化可能与一些增强纤维相关联的额外成本。此
外，在基体钻头体内改变增强纤维的浓度、组成或两者可用来减轻与
使用纤维相关联的腐蚀属性的任何减少。
例如，图7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。增强纤维的浓度从基体钻头体50的尖端到杆降低或逐渐降低(如
基体钻头体50的点刻度所示)。如所示，纤维增强硬复合材料部分131
的最高浓度邻近喷嘴开口54和凹口58且其较低浓度邻近金属坯料
36。
在一些情形中，纤维增强硬复合材料部分中的增强纤维的浓度变
化可以是逐渐的。在一些情况中，浓度变化可以是更加明显且类分层
或局部化。例如，图8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被示出定位成接近层131a、131b和131c中的喷嘴开
口54和凹口58。具有最高增强纤维浓度的层131a被示出定位成接
近喷嘴开口54和凹口58。具有最低增强纤维浓度的层131c被示出
定位成接近硬复合材料部分132。具有最高增强纤维浓度的层131a
被示出布置在层131a与131c之间。
或者，层131a、131b和131c的纤维增强硬复合材料部分可以随
增强纤维的类型而不是浓度改变上或除其之外而不同。
所属领域技术人员应明白将适于生成基体钻头体的硬复合材料
部分和纤维增强硬复合材料部分的各个构造和位置(包括不同的增强
纤维浓度)以及具有开裂萌生和蔓延的减少倾向的所得基体钻头。
此外，所属领域技术人员应明白修改图4的基体材料130的组成
以根据图5-8中的以上实例形成基体钻头体和本公开的范围内的其它
构造。
图9是示出适于结合本公开的基体钻头使用的钻探组合件200的
一个实例的示意图。应注意，虽然图9大致描绘路基钻探组合件，但
是所属领域技术人员应容易明白，本文所述原理等效适用于采用浮动
或海基平台和钻机的海上钻探操作，而不脱离本公开的范围。
钻探组合件200包括耦合到钻柱204的钻井平台202。钻柱204
可包括(但不限于)通常如所属领域技术人员已知的钻探管和连续油
管。根据本文所述的实施方案的基体钻头206被附接至钻柱204的远
端并且被井下电机且/或经由钻柱204自井表面的旋转而驱动。当钻
头206旋转时，其创建穿透地下地层210的井筒208。钻探组合件200
还包括使钻探流体循环通过钻柱(如示为流动箭头A)的泵212和其它
管214。
所属领域技术人员应明白，适于结合钻探组合件200使用的其它
设备可包括(但不限于)保持坑、混合器、摇动器(诸如振动筛)、离心
机、水力旋流器、分离器(包括磁和电分离器)、除泥器、除砂器、过
滤器(例如，硅藻土过滤器)、热交换器以及任何流体回收设备。此外，
钻探组合件可以包括一个或多个传感器、计量器、泵、压缩机等等。
在一些实施方案中，本文所述的纤维增强硬复合物可在其它井筒
工具或其部分及其相关系统中实施。在其中可在井筒工具的至少一部
分中实施本文所述纤维增强硬复合物的井筒工具的实例包括(但不限
于)扩眼钻头、取芯钻头、旋转式锥形钻头、扶正器、结合地层评估
使用的垫(例如结合测录工具)、封隔器等等。在一些情形中，在其中
可实施本文所述的纤维增强硬复合物的井筒工具的部分可以包括(但
不限于)耐磨垫、嵌段、刀具、流体端口(例如，本文所述的喷嘴开口)、
井筒工具内的会聚点(例如，本文所述的顶点)等等及其任意组合。
一些实施方案可涉及在钻探操作中实施本文描述的基体钻头。例
如，一些实施方案还可以涉及用基体钻头钻探井筒的一部分。
本文公开的实施方案包括(但不限于)：
A.一种至少部分由包括粘合剂、基体颗粒和增强纤维的纤维增
强硬复合材料部分形成的井筒工具，其中所述增强纤维具有范围从等
于临界纵横比(Ac)至15倍于Ac的纵横比，其中Ac＝σf/(2Tc)，σf是
增强纤维的极限拉伸强度，且Tc是所述增强纤维与所述粘合剂之间
的界面剪切粘结强度或所述粘合剂的屈服应力，取所述界面剪切粘结
强度和所述屈服应力中较低的一者；和
B.一种钻头，所述钻头包括：基体钻头体；和多个切削元件，
其耦合到所述基体钻头体的外部，其中所述基体钻头体的至少一部分
包括纤维增强硬复合材料部分，其包括粘合剂、基体颗粒和增强纤维，
其中所述增强纤维具有范围从等于临界纵横比(Ac)至15倍于Ac的纵
横比，其中Ac＝σf/(2Tc)，σf是增强纤维的极限拉伸强度，且Tc是增
强纤维与粘合剂之间的界面剪切粘结强度或所述粘合剂的屈服应力，
取所述界面剪切粘结强度和所述屈服应力中较低的一者其中所述增
强纤维中的至少一些具有1微米到300微米的直径，且其中所述基体
颗粒中的至少一些具有1微米到1000微米的直径。
实施方案A和实施方案B中的每个可以具有任何组合的一个或
多个以下额外要素：要素1：其中所述井筒工具是钻头，所述钻头包
括：基体钻头体，其包括纤维增强硬复合材料部分；和多个切削元件，
其联接到所述基体钻头体的外部；要素2：要素1其中所述基体钻头
体还包括具有所述粘合剂和所述基体颗粒但是不具有增强纤维的硬
复合材料部分。要素3：要素1其中所述基体钻头体还包括硬复合材
料部分，所述硬复合材料部分包括所述粘合剂和第二基体颗粒但是不
具有增强纤维，其中所述纤维增强硬复合材料部分的基体颗粒与所述
第二基体颗粒不同；要素4：要素2或3的钻头还包括流体腔，其限
定在所述基体钻头体内；至少一个流体流动通道，其从所述流体腔延
伸到所述基体钻头体的所述外部；和至少一个喷嘴开口，其限定在邻
近所述基体钻头体的所述外部的所述至少一个流体流动通道的端部，
其中所述纤维增强硬复合材料部分被定位成邻近所述至少一个喷嘴
开口；要素5：要素4的钻头还包括多个刀具刀片，其形成于所述基
体钻头体的所述外部上；和多个凹口，其形成于所述多个刀具刀片中，
其中所述纤维增强硬复合材料部分被定位成邻近所述至少一个喷嘴
开口和所述多个凹口；要素6：要素1其中所述基体钻头体还包括不
具有增强纤维的硬复合材料部分，且其中所述纤维增强硬复合材料部
分位于所述基体钻头体的顶点处；要素7：要素1其中基本上所述整
个基体钻头体由所述纤维增强硬复合材料部分组成；要素8：要素1，
其中所述增强纤维的浓度在整个所述纤维增强硬复合材料部分中是
均匀的；要素9：要素8的钻头还包括流体腔，其限定在所述基体钻
头体内；至少一个流体流动通道，其从所述流体腔延伸到所述基体钻
头体的外部；和至少一个喷嘴开口，其限定在邻近所述基体钻头体的
所述外部的所述至少一个流体流动通道的端部，其中所述增强纤维的
所述浓度在邻近所述至少一个喷嘴开口处最大；要素10：要素9的
钻头还包括多个刀具刀片，其形成于所述基体钻头体的所述外部上；
和多个凹口，其形成于所述多个刀具刀片中，其中所述增强纤维的所
述浓度在邻近所述至少一个喷嘴开口和所述多个凹口处最大；要素
11：要素1其中所述增强纤维的浓度在整个所述纤维增强硬复合材料
部分中是均匀的，且其中所述增强纤维的浓度在所述基体钻头体的顶
点附近最大；要素12：其中所述增强纤维具有2到500的纵横比；
要素13：其中所述增强纤维中的至少一些具有1微米到300微米的
直径；要素14：其中所述增强纤维中的至少一些具有包括选自由以
下项组成的组中的至少一种的组合物：钨、钼、铌、钽、铼、钛、铬、
钢、不锈钢、奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、沉淀硬化钢、双相不
锈钢、铁合金、镍合金、铬合金、碳、耐火陶瓷、碳化硅、二氧化硅、
氧化铝、二氧化钛、莫来石、氧化锆、氮化硼、碳化钛、氮化钛及其
任意组合；要素15：其中所述增强纤维以所述基体颗粒的1重量％
至30重量％存在于所述纤维增强硬复合材料部分中；要素16：所述
基体颗粒中的至少一些具有1微米到1000微米的直径；要素17：其
中所述增强纤维包括具有不同组合物的至少两个以上纤维；要素18：
其中所述增强纤维的浓度在整个所述纤维增强硬复合材料部分中是
均匀的；和要素19：其中所述井筒工具书以下项中的一个：扩眼钻
头、取芯钻头、旋转式锥形钻头、扶正器、垫或封隔器。
举非限制性实例而言，可适用于A和B的示例性组合包括：要
素12组合要素13任选组合要素16；要素12组合要素16；要素13
组合要素16；要素15组合要素12；要素15组合要素13；要素15
组合要素16且任选组合要素12-13中的至少一个；要素14组合要素
12；要素14组合要素13；要素14组合要素16且任选组合要素12-13
中的至少一个；前述任一个组合要素17；要素14组合要素17；要素
7组合要素8-11中的至少一个；要素12组合8-11中的至少一个；要
素13组合要素8-11中的至少一个；要素14组合要素8-11中的至少
一个；要素15组合要素8-11中的至少一个；要素16组合要素8-11
中的至少一个；要素17组合要素8-11中的至少一个；要素12-17中
的至少两个组合要素8-11中的至少一个；要素12组合要素1-6中的
至少一个；要素13组合要素1-6中的至少一个；要素14组合要素1-6
中的至少一个；要素15组合要素1-6中的至少一个；要素16组合要
素1-6中的至少一个；要素17组合要素1-6中的至少一个；要素12-17
中的至少两个组合要素1-6中的至少一个；且要素12-19中的至少两
个组合。
本文所述额外实施方案包括一种钻探组合件，其包括：钻柱，其
可从钻探平台延伸且延伸到井筒中；基体钻头，其附接到所述钻柱的
端部；和泵，其流体连接到所述钻柱且被构造成使钻探流体循环到所
述基体钻头且通过所述井筒，其中所述基体钻头可以根据要素A或
B，任选包括要素1-19中的至少一个。
并入本文公开的发明实施方案的一个或多个说明性实施方案在
本文中呈现。本申请出于清晰的原因并未描述和示出实体实施方式的
所有特征。应理解，必须进行并入本发明的实施方案、众多实施方式
专用决策的实体实施方案以实现随实施方式且不时改变的开发者的
目标，诸如兼容系统相关、生意相关、政府相关约束和其它约束。虽
然开发者的努力可能是耗时的，但是这种努力仍将是所属领域且得益
于本公开的技术人员的常规任务。
因此，本发明充分适用于实现所提及的目标和优点以及其中固有
的目标和优点。上文公开的特定实施方案只是说明性的，因为本发明
可以按所属领域技术人员在获益于本文中的教导之后明白的不同但
是等效方式来修改和实践。此外，除了上文权利要求书中所述之外，
无意限制本文所示的构造或设计的细节。因此应明白，上文公开的特
定说明性实施方案可以被更改、组合或修改且所有这些变动均被认为
在本发明的范围内。本发明示意地公开的发明可以在缺少本文中没有
具体公开的任何元件和/或本文中公开的任何选用元件的情况下如以
适当地实践。虽然已就“包括”、“包含”“含有”各个组件或步骤描述了
组成和方法，但是所述组成和方法也可“基本上由各个组件和步骤组
成”或“由各个组件和步骤组成”。上文公开的所有数字和范围可以改
变一定量。无论何时公开具有下限和上限的数字范围，均具体公开属
于所述范围内的任何数字和任何所含范围。特定而言，本文中公开的
(“从a到b”、“从大约a到大约b”或等效地“从近似a到b”或等效地“从
近似a-b”的形式的)值的每个范围应被视为说明涵盖在更广泛的值范
围内的每个数字和范围。此外，除非专利权人另外明确且清晰地限定，
权利要求书中的术语具有其朴实、普通的含义。此外，如权利要求书
中使用的不定冠词“一”在本文中被定义来意指其引入的一个或多个
元件而非一个元件。如果此说明书和可以通过引用并入本文中的一个
或多个专利或其它文档中的单词或术语的使用之间存在任何冲突，那
么应采用符合此说明书的定义。