专利名称：：形成聚晶复合体的方法
技术领域：
：本公开内容的实施方案总体上涉及形成用于钻地工具的这样的聚晶金刚石复合体切削元件的方法。
背景技术：
：用于在地下地层中形成井眼的钻地工具通常包括固定到本体的多个切削元件。例如，固定切削刀钻地旋转钻头(也称作“刮刀钻头”)包括固定地连接到该钻头的钻头本体的多个切削元件。类似地，牙轮钻地旋转钻头可以包括多个锥体(cone)，所述锥体安装在从钻头本体的腿(leg)伸出的轴承销上从而使每个锥体能够围绕上面安装该锥体的轴承销旋转。可以将多个切削元件安装到钻头的每个锥体。换句话说，钻地工具典型地包括连接切削元件的钻头本体。用在这样的钻地工具中的切削元件通常包含作为聚晶金刚石材料的切削面的聚晶金刚石复合体(通常称作“聚晶金刚石复合体”)。聚晶金刚石材料是包含金刚石材料的相互键合的晶粒或晶体的材料。换句话说，聚晶金刚石材料包含金刚石材料的晶粒或晶体之间的直接的、粒间的键合。术语“晶粒”和“晶体”在本文同义地和互换地使用。聚晶金刚石复合体切削元件典型地在高温和高压条件下在催化剂(例如，钴，铁，镍，或其合金以及其混合物)存在下通过将相对小的金刚石晶粒烧结和键合在一起以形成切削元件基材上的聚晶金刚石材料层(例如，复合体或“台面(table)”)而形成。这些方法通常称作高温/高压(HTHP)方法。切削元件基材可以包括金属陶瓷材料(即，陶瓷-金属复合材料)，例如，钴烧结的碳化钨。在这样的情况下，在切削元件基材中的钴(或其他催化剂材料)可以在烧结期间扫入金刚石晶粒，并用作用于从金刚石晶粒形成粒间金刚石-金刚石键和所形成的金刚石台面的催化剂材料。换句话说，在HTHP方法中在将晶粒烧结在一起之前可以将粉末状催化剂材料与金刚石晶粒混合。—旦使用HTHP方法形成金刚石台面，催化剂材料可能会保留在形成的聚晶金刚石复合体中金刚石晶粒之间的间隙空间中。当在使用期间加热切削元件时，由于切削元件和地层之间的接触点处的摩擦，金刚石台面中催化剂材料的存在可能有助于金刚石台面中的热损害。其中催化剂材料保留在聚晶金刚石复合体内的聚晶金刚石复合体切削元件在高达约七百五十摄氏度(750°C)的温度范围内通常是热稳定的，尽管在温度超过约三百五十摄氏温度(350°C)时切削元件中的内应力可能开始产生。该内应力至少部分是由于金刚石台面和与其结合的切削元件基材之间的热膨胀率的差异。这种热膨胀率的差异可能会在金刚石台面和基材之间的界面处导致相对大的压缩和拉伸应力，并且可能造成金刚石台面从基材上的层离。在约七百五十摄氏度(750°C)及以上的温度，金刚石台面本身内的应力可能由于金刚石材料和金刚石台面中的催化剂材料的热膨胀系数的差异而显著增加。例如，钴的热膨胀显著地快于金刚石，这可能会造成金刚石台面内裂缝的形成和传播，最终导致金刚石台面的劣化和切削元件的失效。此外，在等于或大于约七百五十摄氏度(750°C)的温度聚晶金刚石复合体内的一些金刚石晶体可能与催化剂材料发生反应，引起该金刚石晶体经历化学分解或转化回到碳或其它碳基材料的另一同素异形体。例如，金刚石晶体可以在金刚石晶体边界处石墨化，这可以很大地削弱该金刚石台面。此外，在非常高的温度下，除石墨外，一些金刚石晶体可以转化为一氧化碳和二氧化碳。为减少与热膨胀率差异和聚晶金刚石复合体PDC切削元件中的金刚石晶粒的化学分解相关的问题，已开发所谓的“热稳定的”聚晶金刚石复合体(其也已知为热稳定产品，或“TSP”)。这样的热稳定聚晶金刚石复合体可以通过使用酸或酸的组合(例如，王水)从金刚石台面中的相互键合的金刚石晶体之间的间隙空间中浸提出催化剂材料(例如，钴)而形成。已报导其中基本上所有的催化剂材料已从金刚石台面中浸提出的热稳定聚晶金刚石复合体在高达约一千二百摄氏度(1200°c)的温度时是热稳定的。常规的酸浸提方法的实例描述于Griffin等人的美国专利号6，410，085(2002年6月25日发布)，Matthias等人的美国专利号6，435，058(2002年8月20日发布)，Matthias等人的美国专利号6，481,511(2002年11月19号发布)，Griffin等人的美国专利号6，544，308(2003年4月8日发布)，Griffin等人的美国专利号6，562，462(2003年5月13日发布)，Griffin等人的美国专利号6，585，064(2003年7月I日发布)，Griffin等人的美国专利号6，589，640(2003年7月8日发布)，Griffin等人的美国专利号6，592,985(2003年7月15日发布)，Matthias等人的美国专利号6，601，662(2003年8月5日发布)，Matthias等人的美国专利号6，739，214(2004年5月25日发布)，Matthias等人的美国专利号6，749，033(2004年6月15日发布)和Matthias等人的美国专利号6，797，326(2004年9月28号发布)中。然而，这样的酸浸提方法是有问题的，因为其中使用的酸化合物在使用中难以控制，存储有问题，需要在升高的温度下延长的曝露时间，和此外，产生很多量的有害废物。此外，常规的酸浸提方法经常导致由于酸化合物对聚晶金刚石复合体的聚晶材料的强作用所引起的催化剂材料的不均匀去除。这样的不均匀去除可能损害耐久性和减少具有从其中只部分去除催化剂材料的聚晶金刚石复合体的温度忍受性。例如，使用常规的酸浸提方法去除催化剂材料可能导致延伸至催化剂材料去除所需的聚晶金刚石复合体的深度之外的尖峰、波谷和变化。
发明内容在一些实施方案中，本公开内容包括形成用于钻地工具的聚晶复合体的方法。这样的方法可以包括至少部分地熔融硅酸盐玻璃，碱金属盐，和稀土元素中的至少一种以形成反应性材料，和将反应性材料引入到含有位于聚晶材料的相互键合的晶体之间的间隙空间内的催化剂材料的聚晶复合体以除去至少一部分催化剂材料。在另外的实施方案中，本公开内容包括形成用于钻地工具的聚晶复合体切削元件的方法。这样的方法可以包括形成含聚晶材料和位于聚晶材料的相互键合的晶体之间的间隙空间内的催化剂材料的切削元件，和通过使至少部分聚晶材料暴露于含乙酸的溶液和含惰性气体或氧化剂的化学等离子体中的至少一种从而从间隙空间中去除至少部分催化剂材料。通过考虑随后的描述、相应的附图，和所附的权利要求，本公开内容的其它特征和优点对那些本领域技术人员将变得显而易见。虽然以权利要求形成观点的说明书特别指出和清楚地要求哪些作为本公开内容的实施方案，当与相应的附图一起阅读时，本公开内容的实施方案的优点可能更容易地从本公开内容下面的实施方案的描述确定，其中附图I是形成根据本公开内容的聚晶复合体切削元件的方法的实施方案的流程图；附图2A至2C是描绘形成根据附图I的实施方案的聚晶复合体切削元件的方法的说明；附图3A为简化图，说明附图2A和2B所示的切削元件的聚晶材料的区域或层的微结构在放大倍率下如何显示；附图3B为简化图，说明附图2C所示的切削元件的聚晶材料的区域或层的微结构在放大倍率下如何显示；附图4是本公开内容的钻地工具的实施方案的透视图，其包含根据本公开内容的实施方案而形成的多个切削元件。具体实施例方式本文出现的插图并不意味着是任何特定的材料，装置，系统或方法的实际视图，而仅仅是用来描述本公开内容的理想化代表。此外，附图之间的共同元素可以保持相同的数值标识。在一些实施方案中，本公开内容可以用来制造用于钻探工具，例如钻头的聚晶金刚石复合体(roc)切削元件。该方法利用非酸性的，反应性的材料以从形成切削元件的roc聚晶材料中去除催化剂材料。可使用高温/高压(HTHP)方法形成聚晶材料。在一些实施方案中，聚晶材料可以在切削元件基材上形成，或者聚晶材料可以与任何切削元件基材分开形成，并随后连接到切削元件基材。反应性材料可以包括，例如，熔融玻璃，离子化合物，浸提液体或化学等离子体。使用本文所公开的非酸性的，反应性材料从聚晶材料中去除催化材料可提供在去除催化剂材料的深度处的改进的控制。如本文所使用，术语“催化剂材料”指的是在HTHP下能够基本上催化硬材料的晶粒之间的粒间键的形成，但至少在升高的温度，压力和在用于形成地下地层中井眼的钻井操作过程中可能遇到的其它条件下有助于粒间键和颗粒材料降解的任何材料。例如，用于金刚石的催化剂材料包括，仅作为示例，钴，铁，镍，元素周期表的珊A族的其它元素，和它6们的合金。如本文所使用，术语“钻头”是指并包括在井眼的形成或扩大期间用于钻孔的任何类型的钻头或工具，并包括，例如，旋转钻头，冲击式钻头，取芯钻头，偏心钻头，双中心钻头，钻孔器，铣(mill)，刮刀钻头，牙轮钻头，混合钻头和本领域中已知的其它钻头和工具。如本文所使用，术语“熔融”是指并包括其中材料是粘性且处于软化或熔化状态的状态，材料经过该状态从固态转变到液态。如本文所使用，术语“硬材料”是指并包括具有约3000Kgf/mm2(29，420MPa)或更大的Knoop硬度值的任何材料。硬材料包括，例如，金刚石和立方氮化硼。如本文所使用，术语“粒间键”是指并包括材料的相邻晶粒中的原子之间的任何直接的原子键(例如，共价键，金属键等)。如本文所用，术语“聚晶复合体”是指并包括含由涉及施加压力(例如，压实)到用于形成聚晶材料的前体材料的方法而形成的聚晶材料的任何结构。如本文所使用，术语“聚晶材料”是指并包括含通过粒间键直接键合在一起的材料的多个晶粒或晶体的任何材料。材料的单个晶粒的晶体结构可以在聚晶材料内的空间中任意取向。如本文所使用，术语“浸提”是指并包括从固体材料(例如聚晶材料)去除或萃取材料到载体中，例如通过将材料溶解到载体中或者通过将材料转换为盐。如本文所使用的，关于将催化剂从聚晶复合体的表面下方去除的深度或水平、或深度水平的数值，术语“标准偏差”是指并包括通过提取从它们的频率分布的平均值观察到的值的平方偏差的平均值的平方根获得的分散或变化的度量。低标准偏差表明数据点趋向于非常接近平均值，而高标准偏差表明数据点分布在大范围的值。降低的标准偏差可表明观察到的催化剂去除的深度更接近平均值，因此，在本文中可称作标准偏差的改进(即，“改进的标准偏差”)。为确定标准偏差的改进，聚晶复合体表面下方的催化剂去除的深度可以使用常规的方法确定，例如，电子显微镜。使用本文中描述的方法，标准偏差可以改进，例如，高达约80%，和更具体地，在约5%-约20%。如本文所使用的，关于聚晶复合体的表面下方的深度或水平，或深度水平的数值，术语“基本均匀的”和“基本均匀地”是指和包括表面下方区域的深度基本上缺少明显的偏离例如超过这样深度的通常数值的尖峰和/或波谷。更具体地，当指聚晶复合体的表面下方的催化剂去除的深度时，“基本均匀的深度”是指和包括基本上没有明显偏离的这样的去除深度，例如在表面下方区域中的尖峰、波谷和其它的变化。换句话说，如果将催化剂去除至例如聚晶复合体的切削面下方的基本均匀的深度，则将催化剂从切削面的表面下方的区域去除至一定的深度，该深度与含这样催化剂的复合体的剩余部分的边界虽然不一定是常量，但没有例如尖峰，波谷和/或其它的变化的明显偏离。附图I是本公开内容的方法的实施方案的流程图。在附图I所示的过程期间形成的相关结构在附图2A至2C中说明。参照上述的附图，在第一步I中，在催化剂材料11存在下使用HTHP方法使包含聚晶材料14的切削元件10(附图2A)由硬材料颗粒形成，例如金刚石颗粒(也称为“磨料”)。在一些实施方案中，聚晶材料14可以在支承基材12上形成，或者可以在聚晶材料14形成之后连接到支撑基材12。基材12可以包括金属陶瓷材料，如钴烧结的碳化钨。在第二步2中，掩模，例如固定装置20(附图2B)，可以在基材12和任选的切削元件10的部分聚晶材料14上形成。在第三步3中，使用非酸性的反应性材料，如熔融玻璃材料，离子化合物，浸提液或化学等离子体可以将至少一部分催化剂材料11从聚晶材料14的暴露区域中去除，如将在本文叙述(附图2C)。使用反应性材料控制的催化剂材料11的去除可以改进(即，降低)将催化剂材料14从PCD切削元件，例如切削元件10的表面下方去除的深度的标准偏差。如本文所使用的，应用于聚晶材料14中的催化剂材料11的术语“去除”，是指和包括从聚晶材料14内的间隙空间，和由组成聚晶材料14的键合颗粒表面基本去除催化剂11，并且不排除在已被去除催化剂材料11的聚晶材料14的区域或多个区域中一些少量的催化剂材料11的存在。换种方式说，聚晶材料14可以具有根据本公开的实施方案的去除方法使得其基本上没有催化剂材料11的区域或多个区域，或者甚至整个聚晶材料14。例如，可以将催化材料11去除的深度的标准偏差改进约5%-约80%，更具体地，约10%-约20%，仍更具体地，约15%。通过实例和非限制方式，反应性材料可以能够使催化剂材料11基本上均匀地从聚晶材料14去除。附图2A至附图2C说明本公开内容的方法的实施方案。附图2A是可以在例如钻地工具中使用的切削元件10的透视图。切削元件10可以包含聚晶材料14，在本领域中也称为“聚晶金刚石台面”或“金刚石台面”。切削元件10的聚晶材料14可以包含催化剂材料11分散遍及其中的多个间隙区域。附图2A至2C所示的切削元件10、10’是以常规类型的方法(通过非限制性实例方式，在Wentorf等人的美国专利号3，745，623(1973年7月17日发布)所描述)在烧结的碳化钨或者本领域中已知的其它适合的材料上的支撑基材12(如图所示)上形成的，或以类似的常规方法(通过非限制性的实例，Bunting等人的美国专利号5，127,923(1992年7月7日发布)所描述)作为独立的聚晶金刚石复合体而形成(即，没有支撑基材12)。聚晶材料14可以在界面16处键合到支撑基材12。聚晶材料14的切削表面18可以作为工作表面相对于界面16而暴露。虽然附图2A中所描述的实施方案中的切削元件10是圆柱形或圆盘形，但是在其它实施方案中，切削元件10可以具有任何所需的形状，例如圆顶，锥形，凿子等。聚晶材料14可以包括天然金刚石，合成金刚石，或者它们的混合物，并且可以使用不同的晶体尺寸的金刚石磨料(即，从金刚石磨料的多个层，每层具有不同的平均晶体尺寸，或者通过使用具有多峰的晶体尺寸分布的金刚石磨料)形成。如附图2B所示，在催化材料11去除期间，切削元件10可被掩蔽以保护或遮蔽基材12，和任选的一部分聚晶材料14。切削元件10可以使用不渗透反应性材料的材料来掩蔽。例如，可以将切削元件10布置在固定装置20中来掩蔽基材12和如果需要的话，一部分聚晶材料14。在一些实施方案中，固定装置20可以从耐热性材料，例如陶瓷材料，金属材料或金属合金形成，或者可以从耐化学品材料，例如聚合物材料或石墨形成。作为非限制性的实例，切削元件10可以通过收缩装配方法安装在固定装置20中的凹部22。可以将切削元件10布置在固定装置20的凹部22中，使得聚晶材料14的切削面18暴露。然后可以施加热到固定装置20中的切削元件10以引起切削元件10的膨胀。当切削元件10和固定装置20冷却至室温时，固定装置20中的凹部22的直径可能比切削元件10的直径略小。当暴露于反应性材料不是所需时，固定装置20可以用来屏蔽部分切削元件10，包括支撑基材12和任选地，一部分聚晶材料14。虽然附图2B中描述的实施方案中切削元件10的基材12和聚晶材料14都布置在固定装置20中，但是在其它实施方案中，切削元件10的聚晶材料14，或其一部分，可以在固定装置20的上方突出，如虚线所示，使得聚晶材料14的侧壁暴露8用于该处催化剂材料的去除，和同时从切削面18的催化剂材料11的去除。在这样的情况中聚晶材料14的所形成的区域，可以认为形成从其中已将催化剂材料11去除的聚晶材料14的“帽状”结构。附图2C说明从至少一部分聚晶材料14去除催化剂材料11(附图2A)后的切削元件10’。在一些实施方案中，至少一部分或者基本上所有的催化剂材料11可以从聚晶材料14中去除。在其它的实施方案中，将催化剂材料11从切削表面18周围的部分聚晶材料14去除，如附图2C所示，聚晶材料14可以包括在界面24处分离的两个一般区域。催化剂填充部分26形成聚晶材料14的下部分，并可能键合到支撑基材12。浸提部分28形成聚晶材料14的上部并且在界面24处与催化剂填充部分26邻接。聚晶材料14的浸提部分28提供热稳定的切削表面18。在一些实施方案中，浸提部分28包括具有间隙区域的聚晶材料14，其中至少一部分基本上不含催化剂材料11。目前公开的方法能够改进从聚晶材料14的催化剂材料11的去除至所需深度或多个深度的标准偏差(即，变化量的降低)。换句话说，在经历常规的酸浸提方法的切削元件中，本公开内容的方法可以提供PDC切削元件的聚晶材料14中催化剂材料11的去除的标准偏差的改进。例如，使用本公开内容的方法形成的切削元件之间的浸提部分28的深度的标准偏差与使用常规的酸浸提方法形成的浸提部分的深度的标准偏差相比可以改进约10%。此外，催化剂材料11可以基本上均匀地从聚晶材料14的切割表面18，和任选地，从聚晶材料14的侧壁去除。在一些实施方案中，催化剂材料11可从离聚晶材料14的切割表面18或侧壁具有基本均匀深度的区域去除。因此，使用如本文所述的反应性材料去除催化材料11可以减少或消除延伸超过该催化剂填充部分26和浸提部分28之间的界面24的深度的浸提部分28的尖峰或变化的数目和深度。例如，如果聚晶材料14具有约Imm-约3_的深度，在一个实施方案中，可将催化剂材料11从聚晶材料14去除或浸提至小于约一百微米(ΙΟΟμπι或O.Imm)的深度，更具体地，约二十五微米(25μm或O.025mm)-约九十五微米(95μm或O.095mm)。在另一实施方案中，可将催化剂材料去除至大于约一百微米(100μm或O.Imm)的深度,例如，至高达五百微米(500μm或O.5mm),或者，在一种情况中，至选自约二百五十微米(250μηι或O.25mm)-约三百微米(300μm或O.3mm)的深度。通过将聚晶材料14暴露于反应性材料，可将催化剂材料11从聚晶材料14的间隙部分去除以形成热稳定的切削表面18。反应性材料可以包括，例如，熔融玻璃，熔盐，浸提液，低共熔液或者化学等离子体。在一些实施方案中，聚晶材料14或其切削表面18可以暴露于反应性材料，而将切削元件10布置在固定装置20中以防止该反应性材料和聚晶材料14的屏蔽区域，以及如果存在的话，和支撑基材12之间的接触。在一些实施方案中，反应性材料可以包括在熔融状态的玻璃材料。玻璃材料可以是硅酸盐玻璃，例如硼硅酸盐玻璃，铝硅酸盐玻璃，高二氧化硅玻璃，磷硅酸盐玻璃(PSG)或硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)。在一些实施方案中，可以将钠材料(也称作熔剂材料)加入到玻璃材料中以显著降低该玻璃材料的熔点。钠材料可以包括，例如氢氧化钠，碳酸钠，硼氢化钠或者氯化钠。通过非限制性实例方式，该玻璃材料可以具有小于或等于约一千摄氏度(1，000°C)，和更具体地，约二十摄氏度(20°C)_约九百摄氏度(900°C)，和仍更具体地，约三百摄氏度(300°C)-约七百五十摄氏度(750°C)的熔点。在一些实施方案中，可将该玻璃材料在大于或等于约该玻璃材料的熔点的温度下引入到切削元件10中。通过非限制性实例方式，可以将玻璃材料引入至传统加热炉或反应器的隔室(未示出)中的切削元件10的聚晶材料14。可控制隔室内的温度以在从聚晶材料14中去除催化剂材料11期间保持玻璃材料处于熔融状态。在其它实施方案中，可将玻璃材料加热至熔融状态，可将切削元件10的聚晶材料14浸入在熔融的玻璃材料中或者翻转并浸溃至熔融的玻璃材料中。在熔融状态，玻璃材料可腐蚀，溶解或者另外地从部分聚晶材料14去除催化剂材料11，使得部分聚晶材料14的至少部分的间隙部分基本上不含催化剂材料11。在其它实施方案中，反应性材料可以包括离子化合物，例如，盐，盐的混合物，或者可以产生盐的化合物的混合物。可选择离子化合物以关于聚晶材料14而选择性地溶解催化剂材料11。离子化合物可以是，例如，碱金属(即，元素周期表第I族的元素)，如锂，钠，钾，铷，铯，和钫的盐，或者可以是钙，硅(silica)或铝的盐。离子化合物也可以是硝酸盐，氟硼酸盐，乙酸盐，六氟磷酸盐或者卤化物。离子型化合物可以具有小于或等于四百摄氏度(400°C)，和更具体地，约二十摄氏度(20°C)-约三百摄氏度(300°C)的熔融温度。切削元件10可以在小于或等于五千巴(5kbar)，和更具体地，约半千巴(O.5kbar)_约三千巴(3kbar)的压力下暴露于离子化合物。为从聚晶材料14去除催化剂材料11，可将离子化合物在大于或等于该离子化合物熔点的温度引入到聚晶材料14。例如，可将离子化合物加热到熔融状态，和可将切削元件10浸入或浸溃到熔融态的离子化合物中。该熔融的离子化合物可以腐蚀，溶解或者另外地从部分聚晶材料14去除催化剂材料11，使得部分聚晶材料14的间隙部分基本上不含催化剂材料11。在另外的实施方案中，反应性材料可以包括可溶解催化剂材料11从而能够从切削元件10去除催化剂材料11的浸提液。如本文所使用的，术语“浸提液”是指并包括通过例如，溶解催化剂材料11或者将催化剂材料转化为可溶解的盐从而可以从聚晶材料14去除催化剂材料11的液体。适合的浸提液是本领域中已知的，通过非限制性实例方式，在Treyvillyan等人的美国专利号3，673，154(1972年6月27日发布)，在Feld等人的美国专利号4，490，298(1984年12月25日发布)中描述。例如，催化剂材料11可以暴露于在由间或对二甲苯在乙酸溶剂介质的存在下利用氧化催化剂(如，乙酸钴)的液相氧化为间苯二甲酸或者对苯二甲酸而形成的浸提液，其可以溶解催化剂材料11并形成邻苯二甲酸。可将邻苯二甲酸，乙酸和水从反应混合物去除，将所得的混合物可用含水碳酸钠处理，使得形成催化剂材料11的碳酸盐。作为另一非限制性实例，可将催化剂材料11暴露于乙酸和水的溶液中，并且之后，可将草酸或者草酸酯加入至该溶液中以形成催化剂材料11的草酸盐。在另一实施方案中，可以低共熔反应形成液体的形式将反应性材料引入到切削元件10的聚晶材料14。在一些实施方案中，二元低共熔体可以由一种或多种稀土元素形成，例如锗，钇，钕，铈和钆。作为非限制性实例，通过加热该一种或多种元素至大于或等于其熔点的温度而将该一种或多种元素液化。例如，通过加热至约九百三十八摄氏度(938°C)的温度可以将锗金属液化。该液化元素，例如液体锗，可以与约15被％的钴合并，并冷却至约七百三十摄氏度(730°C)的温度以形成低共熔液，如在钴和锗之间的相图关系中所述其保持液体。钴和锗之间的相图关系详细地描述于，例如，K.Ishida和T.Nishizawa,JournalofPhaseEquilibria,Vol.12,No.I,第77-83页(1991)中。切削元件10可以在小于或等于约五千巴(5kbar),和更具体地,约半千巴(O.5kbar)_约三千巴(3kbar)的压力下暴露于低共熔液。为从聚晶材料14去除催化剂材料11，可将低共熔液在大于或等于低共熔液相的熔点的温度引入聚晶材料14。例如，在形成低共熔液之后，可将切削元件10浸入或浸溃到保持在熔融状态的低共熔液中。该熔融的低共熔液可以腐蚀，溶解或者另外地从部分聚晶材料14去除催化剂材料11，使得部分聚晶材料14的间隙部分基本上不含催化剂材料11。仍在另一实施方案中，可以化学等离子体的形式将反应性材料引入切削元件10的聚晶材料14。在一些实施方案中，化学等离子体可以包括一种或多种惰性气体，例如，氩，氮，氦，氣，氪和氡。在其它实施方案中，化学等离子体可以包括氧化剂，例如氧(02)，臭氧(O3),氟(F2),氯(Cl2),过氧化物和类似物。如本领域已知以常规类型的方法(通过非限制性实例方式，在Matsuo等人的美国专利号4,494,620(1985年I月8日)，Morrison等人的美国专利号4，361，472(1982年11月30日)，和H.Conrads和M.Schmidt,“PlasmaGenerationandPlasmaSources,，，PlasmaSourcesSci.Technol.9:441-454(2000)中所描述)可产生化学等离子体。切削元件10可以放置在常规的等离子体反应器的隔室内，而且该隔室可以至少部分地抽真空。然后可将一种或多种惰性气体和氧化剂引入到等离子体反应器和隔室中。化学等离子体可以在降低的压力下在微波电场或高频电场中产生。聚晶材料14可以用作溅射目标，化学等离子体中的离子可轰击催化剂材料11从而导致催化剂材料11从聚晶材料14的间隙区域喷出。作为非限制性实例，可利用电场来引导喷射出的催化剂材料11离开聚晶材料14的切割表面18，并且朝向假镀层材料。通过非限制性实例方式，可使化学等离子体在约三百摄氏度(300°C)-约七百五十摄氏度(750°C)的温度与聚晶材料14接触。尽管可将切削元件10在低于约四百摄氏度(400°C)的温度暴露于反应性材料以防止内应力，可将该反应性材料的温度升至小于或等于约七百五十摄氏度(750°C)来提高催化剂材料11从聚晶材料14的去除速率。与使用传统的酸浸提方法的催化剂材料从PCD切削元件的去除深度的变化相比，根据本公开内容方法的实施方案形成的切削元件10，10’可以提供催化剂材料11从PDC切削元件的聚晶材料14的去除深度的降低的变化(即，标准偏差)。例如，催化剂材料11从整个PDC切削元件(即，切削元件10)的聚晶材料14的去除的深度的标准偏差可以降低约15%-约20%。此外，使用本公开内容方法催化剂材料11的去除可以能够形成在聚晶材料14内延伸所需的深度而没有延伸其外的明显尖峰或变化的浸提部分28。根据本公开内容的实施方案而形成切削元件10能够在降低的温度下从聚晶材料14中去除催化剂材料11以防止聚晶材料14的反石墨化。此外，根据本公开的实施方案形成切削元件10显著减少或消除在传统酸浸提方法中产生的危险酸性废物。附图3A是说明附图2A和2B中所示的聚晶材料14的微结构在放大倍率下如何显示的放大视图。如附图3A所示,聚晶材料14包含通过粒间金刚石-金刚石键键合在一起的金刚石晶体30。用于催化粒间金刚石-金刚石键形成的催化剂材料11位于金刚石晶体30之间的间隙区域或空间内。附图3B是说明附图2C中所示的聚晶材料14的微结构在放大倍率下如何显示的放大视图。如附图3B所示，在使用本文中所述方法的实施方案去除至少部分催化剂材料11之后，在金刚石晶体30之间的间隙区域或空间可存在空腔或空隙32。本文所公开的方法能够在小于或等于七百五十摄氏度(750°C)的温度从聚晶材料14去除催化剂材料11，这可以防止由于升高温度而引起的切削元件内的内应力(如，反石墨化)。附图4是本公开内容的钻地旋转钻头100的实施方案的透视图，其包括具有附图2C所示结构的多个切削元件10，或者具有根据本公开内容从其一部分或多部分去除催化剂的其它聚晶材料结构。钻地旋转钻头100包括固定于具有螺纹连接部分106(如，美国石油协会(API)螺纹连接部分)的柄104上的钻头本体102，用于使钻头100连接到钻柱(未示出)。在一些实施方案中，如在附图4所示的那样，钻头本体102可以包含颗粒基质复合材料，并且可以使用延伸段108固定于金属柄104。在其它实施方案中，钻头本体102可以使用嵌在颗粒基复合材料钻头本体102内的金属板料固定于柄104，或者钻头本体102可直接固定于柄104。钻头本体102可以包含在钻头本体102的面103和纵向孔(未示出)之间延伸的内部流体通道(未示出)，该纵向孔延伸穿过柄104，延伸段108，以及部分通过钻头本体102。也可以在内部流体通道内在钻头本体102的面103处提供喷嘴插入部分124。钻头本体102还可以包含由垃圾槽118分离开的多个刀片116。在一些实施方案中，钻头本体102可以包含量规磨损插头(gagewearplug)122和磨损结(wearknot)128。如本文之前所公开的，多个切削元件10’可以安装位于沿着每个刀片116的切削元件开口(pocket)112中的钻头本体102的面103上。切削元件10被放置以切削待钻的地下地层，同时钻头100在井眼中关于中线Lltltl在钻压(WOB)下旋转。本公开的切削元件的实施方案也可以用作量规微调器(trimmers)，而且可以用在其它类型的钻地工具上。例如，本公开内容的切削元件的实施方案也可以用在牙轮钻头的锥体上，铰刀，铣，双中心钻头，偏心钻头，取芯钻头，以及同时包含固定刀具和旋转刀具的所谓的“混合钻头”上。虽然关于某些实施方案本文描述了本公开内容，本领域技术人员将理解和意识到它并不是这样限制的。而是，在不偏离本文之后所要求保护的公开内容的范围，包括法律等效物的条件下，可对所述实施方案进行许多添加，删减和修改。此外，一个实施方案的特征可以和另一个实施方案的特征合并，而如发明人所预期仍然包含在本公开内容的范围之内。1权利要求1.一种用于钻地工具的聚晶复合体的形成方法，所述方法包括至少部分地熔融硅酸盐玻璃，碱金属盐和稀土元素中的至少一种以形成反应性材料；和将反应性材料引入至含有位于聚晶材料的相互键合的晶体之间的间隙空间内的催化剂材料的聚晶复合体，以去除至少部分催化剂材料。2.权利要求I的方法，还包括在将反应性材料引入至聚晶复合体之前，在聚晶复合体的至少一个表面的至少一部分上方形成掩模，所述掩模包含不渗透反应性材料的材料。3.权利要求I的方法，其中至少部分地熔融硅酸盐玻璃，碱金属盐，和稀土元素中的至少一种以形成反应性材料包括，至少部分地熔融硼硅酸盐玻璃，铝硅酸盐玻璃，磷硅酸盐玻璃，和硼磷硅酸盐玻璃中的至少一种以形成反应性材料。4.权利要求I的方法，其中至少部分地熔融硅酸盐玻璃，碱金属盐，和稀土元素中的至少一种以形成反应性材料包括，加热硅酸盐玻璃，碱金属盐，和稀土元素中的至少一种至大于或等于其熔点的温度。5.权利要求I的方法，其中至少部分地熔融硅酸盐玻璃，碱金属盐，和稀土元素中的至少一种以形成反应性材料包括，至少部分地熔融含锂，钠，钾，铷，铯，钫，钙，硅和铝的至少一种的碱金属盐以形成反应性材料。6.权利要求I的方法，其中将反应性材料引入至聚晶复合体以去除至少部分催化剂材料包括，将含熔融锂盐的反应性材料引入至聚晶复合体以去除含钴的催化剂材料的至少一部分。7.权利要求I的方法，其中将反应性材料引入至聚晶复合体以去除至少部分催化剂材料包括，将熔融硅酸盐玻璃引入至聚晶复合体以去除含钴的催化剂材料的至少一部分。8.权利要求7的方法，其中将熔融硅酸盐玻璃引入至聚晶复合体中以去除含钴的催化剂材料的至少一部分包括，在小于约1000°C的温度将熔融硅酸盐玻璃引入至聚晶复合体中。9.权利要求I的方法，其中将反应性材料引入至含催化剂材料的聚晶复合体包括，在小于或等于400°C的温度引入碱金属盐至含催化剂材料的聚晶复合体。10.权利要求I的方法，其中至少部分地熔融硅酸盐玻璃，碱金属盐和稀土元素中的至少一种以形成反应性材料包括，至少部分地熔融多种稀土元素以形成二元低共熔液。11.权利要求10的方法，其中至少部分地熔融多种稀土元素以形成二元低共熔液，包括至少部分地熔融多种稀土元素形成钴-锗低共熔体,钴-钕低共熔体,钴-钇低共熔体，钴-铈低共熔体，和钴-钆低共熔体中的至少一种。12.一种用于钻地工具的聚晶复合体切削元件的形成方法，所述方法包括形成包含聚晶材料和位于所述聚晶材料的相互键合晶体之间的间隙空间内的催化剂材料的切削元件；和通过将至少一部分所述聚晶材料暴露于含乙酸的溶液和含惰性气体或氧化剂的化学等离子体中的至少一种从而从所述间隙空间去除至少一部分催化剂材料。13.权利要求12的方法，其中通过将至少一部分聚晶材料暴露于含乙酸的溶液和含惰性气体或氧化剂的化学等离子体中的至少一种从而从所述间隙空间去除至少一部分催化剂材料包括将至少一部分聚晶材料引入至乙酸和水的溶液中；和向所述溶液中加入草酸和草酸酯中的至少一种。14.权利要求12的方法，其中通过将至少一部分聚晶材料暴露于含乙酸的溶液和含惰性气体或氧化剂的化学等离子体中的至少一种从而从所述间隙空间去除至少一部分催化剂材料包括在乙酸存在下氧化二甲苯以形成溶液；将所述溶液引入至至少一部分所述聚晶材料以溶解催化剂材料。15.权利要求14的方法，还包括将含水碳酸钠引入至所述溶液以形成催化剂材料的碳酸盐。16.权利要求12的方法，其中形成包含聚晶材料和位于聚晶材料的相互键合晶体之间的间隙空间内的催化剂材料的切削元件包括，形成包含聚晶材料和位于聚晶材料的相互键合晶体之间的间隙空间内的含钴的催化剂材料的切削元件。17.权利要求12的方法，其中通过将至少一部分聚晶材料暴露于浸提液和化学等离子体中的至少一种从而从所述间隙空间去除至少一部分催化剂材料包括，将聚晶材料的至少一个表面引入至含氩，氮，氦，氙，氪和氡中的至少一种的化学等离子体。18.权利要求17的方法，其中将聚晶材料的至少一个表面引入至含氩，氮，氦，氙，氪和氡中的至少一种的化学等离子体包括，将聚晶材料的至少一个表面引入至化学等离子体，所述化学等离子体的温度在约300°C-约750°C。19.权利要求12的方法，其中通过将至少一部分聚晶材料暴露于浸提液和化学等离子体中的至少一种从而从所述间隙空间去除至少一部分所述催化剂材料包括，将聚晶材料的至少一个表面引入至含氧，臭氧，氟，氯和过氧化物中的至少一种的化学等离子体。全文摘要用于钻地工具的聚晶复合体的形成方法，该方法包括烧结多个硬颗粒与催化剂材料以形成包含硬材料整体地与催化剂材料形成的多个相互键合的颗粒的聚晶材料，和将至少一部分聚晶材料引入到反应性材料以除出包含在聚晶材料内的至少一部分催化剂材料。该反应性材料可以包括熔融玻璃，离子化合物，浸提液和化学等离子体中的至少一种。该反应性材料可以在大于或等于其熔融点的温度引入到聚晶材料。文档编号E21B10/567GK102918226SQ201180027258公开日2013年2月6日申请日期2011年4月27日优先权日2010年4月27日发明者A·A·迪乔瓦尼申请人:贝克休斯公司