專利名稱：：包括鉆頭本體的鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭以及用于形成該鉆頭的方法，該鉆頭本體包括增強(qiáng)鈦或鈦...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明通常涉及鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭，還涉及制造這種鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭的方法。更特別地，本發(fā)明通常涉及包括鉆頭本體的鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭，該鉆頭本體的至少一部分基本由顆?；w復(fù)合材料形成，本發(fā)明還涉及制造這種鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭的方法。
背景技術(shù)：
：旋轉(zhuǎn)鉆頭通常用于在地層中鉆孔或鉆井。旋轉(zhuǎn)鉆頭包括兩種主要結(jié)構(gòu)。一種結(jié)構(gòu)是牙輪(rollercone)鉆頭，它通常包括安裝在從鉆頭本體伸出的支撐腿上的三個(gè)牙輪。各牙輪構(gòu)造為繞支撐腿回轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。齒設(shè)置在各牙輪的外表面上以切割巖石及其它地層。齒通常涂覆有耐磨硬質(zhì)("硬質(zhì)焊敷")材料。這種材料通常包括散布在整個(gè)金屬合金基體材料中的碳化鴒顆粒。也可選擇，在各牙輪的外表面上設(shè)置凹窩(rec印tacles)，》更質(zhì)金屬鑲插入件固定在該凹窩內(nèi)以形成切割元件。在某些情況下，這些插入件包括形成和粘接在金屬基質(zhì)上的超級(jí)耐磨材料。牙輪鉆頭可以放入鉆孔中，使得牙輪抵靠要鉆進(jìn)的地層。當(dāng)鉆頭在向它施加重量的情況下旋轉(zhuǎn)時(shí)，牙輪橫過地層表面旋轉(zhuǎn)，且齒壓碎底側(cè)的地層。旋轉(zhuǎn)鉆頭的第二種主要結(jié)構(gòu)是固定切削刃鉆頭(通常稱作"刮刀，，鉆頭)，它通常包括固定到鉆頭本體表面區(qū)域上的多個(gè)切割元件。通常，固定切削刃型鉆頭的切割元件具有盤形或大體圓柱形狀。硬質(zhì)超級(jí)耐磨材料(例如，相互粘結(jié)的聚晶金剛石顆粒)可以設(shè)置在各切割元件的基本圓形端表面上以提供切割表面。這種切割元件通常稱作"聚晶金剛石復(fù)合片"(PDC)切割件。切割元件可以與鉆頭本體分開制造并且固定在形成于鉆頭本體外表面上的凹部中?？梢允褂谜辰Y(jié)材料例如粘結(jié)劑或者硬釬焊合金而將切割元件固定到鉆頭本體上。固定切削刃鉆頭可以放入鉆孔中，使得切割元件抵靠要鉆進(jìn)的地層。當(dāng)鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，切割元件橫向刮削和切斷下面地層的表面。通常，各主要結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)鉆頭的鉆頭本體可以固定到硬化鋼桿上，該硬化鋼桿具有用于將鉆頭安裝到鉆桿柱上的美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(API)螺紋銷。鉆桿柱包括在鉆頭和位于地面的其它鉆井設(shè)備之間首尾相連的管狀管件和設(shè)備段。可以使用設(shè)備例如回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或頂部驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)使鉆桿柱和鉆頭在鉆孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)。也可選擇，鉆頭的桿可以直接聯(lián)接到井下馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)軸上，可以使用該驅(qū)動(dòng)軸來(lái)使鉆頭旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)鉆頭的鉆頭本體可由鋼形成。也可選擇，鉆頭本體可以由顆?；w復(fù)合材料制成。這種顆?；w復(fù)合材料通常包括隨機(jī)散布在整個(gè)銅或銅基合金基體材料(通常稱作"粘結(jié)劑"材料)中的硬質(zhì)碳化鴒顆粒。這種鉆頭本體通常通過在模具中將鋼坯嵌置在碳化鎢顆粒材料中并使粒狀碳化鵠材料由熔融的銅或銅基合金材料浸透而形成。相對(duì)于具有鋼制鉆頭本體的鉆頭，具有由這種顆粒基體復(fù)合材料形成的鉆頭本體的鉆頭可以具有增強(qiáng)的耐腐蝕性和耐磨損性，但強(qiáng)度和韌性更低。隨著地下鉆孔條件和要求變得越來(lái)越嚴(yán)格，本領(lǐng)域需要一種用于旋轉(zhuǎn)鉆頭的鉆頭本體中的、新穎的顆?；w復(fù)合材料，該顆粒基體復(fù)合材料具有改進(jìn)的物理特性，并可以用于提高鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭的性能。
發(fā)明內(nèi)容在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種用于在地層中鉆孔的鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭。鉆頭包括鉆頭本體，該鉆頭本體包括顆?；w復(fù)合材料，該顆粒基體復(fù)合材料具有散布在整個(gè)鈦或鈦基合金基體材料中的多個(gè)硬顆?；騾^(qū)域。鉆頭還包括在鉆頭本體的表面上的至少一個(gè)切割結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明包括鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭，該鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭包括具有不同材料成分的多個(gè)區(qū)域的鉆頭本體。例如，鉆頭的鉆頭本體可以包括具有第一材料成分的第一區(qū)域和具有第二材料成分的第二區(qū)域，該第二材料成分與第一材料成分不同。第一材料成分可以包括散布在整個(gè)鈦或鈦基合金基體材料上的多個(gè)硬顆?；騾^(qū)域，而第二材料成分可以包括鈦或鈦基合金材料。而且，多個(gè)切割結(jié)構(gòu)可以布置在鉆頭本體的表面上。在還一實(shí)施例中本發(fā)明包括一種形成鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭的方法。該方法包括提供生粉末組分，該粉末組分包括多個(gè)硬顆粒和多個(gè)包括鈦或鈦基合金材料的顆粒；至少部分燒結(jié)該生粉末組分，以便形成包括顆?；w復(fù)合材料的鉆頭本體。設(shè)置成安裝在鉆桿柱上的桿可以直接安裝在鉆頭本體上。通過結(jié)合附圖閱讀下列詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以清楚本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)和附加方面。盡管本申請(qǐng)最后具有特別指出和明確要求的作為本發(fā)明的權(quán)利要求，但是通過結(jié)合附圖閱讀下面對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明將更容易確定本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖l是實(shí)施本發(fā)明教導(dǎo)并包括具有顆?；w復(fù)合材料的鉆頭本體的鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭的局部側(cè)剖圖2是實(shí)施本發(fā)明教導(dǎo)并包括具有顆?；w復(fù)合材料的鉆頭本體的另一鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭的局部側(cè)剖圖3A-3J表示了可以用于形成圖2所示的鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭的鉆頭本體的方法的一個(gè)實(shí)例；圖4A-4C表示了可以用于形成圖2所示的鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭的鉆頭本體的方法的另一實(shí)例；圖5是圖2中所示的桿的側(cè)視圖6是圖5中所示的桿沿圖中所示的剖面線8-8的剖視圖；圖7是包括顆?；w復(fù)合材料和實(shí)施本發(fā)明教導(dǎo)的還一鉆頭本體的側(cè)剖圖8是圖7中所示的鉆頭本體沿圖中所示的剖面線10-10的剖視圖；以及圖9是包括顆?；w復(fù)合材料和實(shí)施本發(fā)明教導(dǎo)的還一鉆頭本體的側(cè)剖圖。具體實(shí)施例方式這里的圖示不意味著任何特殊材料、設(shè)備、或方法的實(shí)際視圖，而只是用于描述本發(fā)明的理想化表示。另外，附圖之間共有的元件可以保持相同的數(shù)字編號(hào)。在這里使用的術(shù)語(yǔ)"生"的意思是未燒結(jié)的。在這里使用的術(shù)語(yǔ)"生鉆頭本體"的意思是未燒結(jié)的結(jié)構(gòu)，它包括通過粘結(jié)劑材料保持在一起的大量離散顆粒，該結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀為允許通過后續(xù)制造工藝(包括但不限于機(jī)加工和致密化)而由該結(jié)構(gòu)制造適用于鉆地鉆頭的鉆頭本體。在這里使用的術(shù)語(yǔ)"半成品(brown)"的意思是局部燒結(jié)。在這里使用的術(shù)語(yǔ)"半成品的鉆頭本體"的意思是局部燒結(jié)的結(jié)構(gòu)，它包括至少一些已經(jīng)局部生長(zhǎng)在一起以提供在相鄰顆粒之間的至少部分粘結(jié)的大量顆粒，該結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀允許通過后續(xù)制造工藝(包括但不限于機(jī)加工和進(jìn)一步致密化)而由該結(jié)構(gòu)制造適用于鉆地鉆頭的鉆頭本體。半成品鉆頭本體可以通過例如局部燒結(jié)生鉆頭本體而形成。在這里使用的術(shù)語(yǔ)"材料組分"的意思是材料的化學(xué)組分和微結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)，具有相同化學(xué)組分但是有不同微結(jié)構(gòu)的材料被認(rèn)為是具有不同的材料組分。在這里使用的術(shù)語(yǔ)"燒結(jié)"的意思是顆粒成分的致密化，它包括去除在開始顆粒(伴隨著收縮)之間的至少一部分孔，這與在相鄰顆粒之間的聚結(jié)和粘合進(jìn)行組合。圖l表示了實(shí)施本發(fā)明教導(dǎo)的鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭10。鉆頭10包括鉆頭本體12，該鉆頭本體12包括顆?；w復(fù)合材料15，該顆?；w復(fù)合材料15包括散布在整個(gè)鈦或鈦基合金基體材料上的大量硬相顆粒或區(qū)域。硬相顆?；騾^(qū)域中"硬"的意思是它們比周圍的鈦或鈦基合金基體材料相對(duì)更硬。在一些實(shí)施例中，鉆頭本體12可以主要包括顆?；w復(fù)合材料15，該顆粒基體復(fù)合材料15在后面更詳細(xì)所述。鉆頭本體12可以固定在金屬桿20上，該金屬桿20可以由鋼形成，并包括美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API)規(guī)定的螺紋銷28，用于將鉆頭IO安裝在鉆桿柱(未示出)上。鉆頭本體12可以通過例如使用一個(gè)或多個(gè)保持部件46并結(jié)合硬釬焊和/或焊接而直接固定在桿20上，如后面更詳細(xì)所述。如圖1中所示，鉆頭本體12可以包括翼片或刀片30,它們通過排屑槽32而相互分離。內(nèi)部流體通道42可以在鉆頭本體12的面18和縱向孔40之間延伸，該縱向孔延伸通過鋼桿20和至少部分通過鉆頭本體12。在一些實(shí)施例中，噴嘴插入件(未示出)可以在鉆頭本體12的面18處布置內(nèi)部流體通道42內(nèi)。鉆頭IO可以包括在它的面18上的多個(gè)切割結(jié)構(gòu)。例如和非限定的，多個(gè)聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)切刀34可以布置在各刀片30上，如圖1中所示。PDC切刀34可以沿刀片30布置在形成于鉆頭本體12的面18中的凹部36內(nèi)，并可以由扶壁38從后面支承，該扶壁38可以與鉆頭本體12形成一體。鉆頭本體12的顆粒基體復(fù)合材料15可以包括散布在整個(gè)鈦或鈦基合金基體材料上的多個(gè)硬相區(qū)域或顆粒。例如和非限定的，硬相區(qū)域可以由多個(gè)硬顆粒形成，并可以包括大約20%和大約60%(容積)之間的顆?；w復(fù)合材料15，且基體材料可以包括大約80%和大約40%(容積)之間的顆?；w復(fù)合材料15。在一些實(shí)施例中，鉆頭本體12的顆?；w復(fù)合材料15可以包括陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料(即"金屬陶瓷"材料)。換句話說(shuō)，硬相區(qū)域或顆粒可以包括陶瓷材料。鈦具有兩個(gè)同素異形相六邊形緊密堆積的a相和體心立方p相。在市場(chǎng)上的純鈦中，a相在低于大約882。C的溫度時(shí)穩(wěn)定，而卩相在大約882。C和市場(chǎng)純鈦的大約1668。C熔點(diǎn)之間的溫度下穩(wěn)定。已經(jīng)確定，多種元素可以溶解在鈦中以便形成固溶體，并可以影響a相或p相的穩(wěn)定性。使a相穩(wěn)定的元素在本領(lǐng)域中稱為a穩(wěn)定劑，而使p相穩(wěn)定的元素在本領(lǐng)域中稱為P穩(wěn)定劑。例如，鋁、鎵、氧、氮和碳被認(rèn)為是a穩(wěn)定劑，而釩、鉬、鈮、鐵、鉻和鎳被認(rèn)為是P穩(wěn)定劑。一些元素(包括例如錫和鋅)進(jìn)入具有鈦的固溶體將不會(huì)明顯使a相或p相穩(wěn)定。這些元素可以稱為中性合金元素?？梢灾苽涠喾N鈦基合金，該鈦基合金包括一個(gè)或多個(gè)a穩(wěn)定劑、一個(gè)或多個(gè)P穩(wěn)定劑和/或一個(gè)或多個(gè)中性合金元素。這些鈦基合金通常分類為a合金、近a合金、亞穩(wěn)定p合金、p合金、a+卩合金或鋁化鈦。a合金是單相合金，它是通過添加a穩(wěn)定劑和/或中性合金元素而加強(qiáng)的固溶體。近a合金包括很少量的p穩(wěn)定劑(通常在大約l和大約2原子百分?jǐn)?shù)AT.%)。近a合金可以主要包括a相(a合金)，并有在最終微結(jié)構(gòu)中的一些保留的P相(p合金或亞穩(wěn)定p合金)。亞穩(wěn)定P合金通常包括在大約IO和大約15原子百分?jǐn)?shù)之間的p穩(wěn)定劑，且在室溫下主要包括亞穩(wěn)定(不平衡)p相。p合金包括足夠量的p穩(wěn)定劑(例如大約30原子百分?jǐn)?shù))，以便在室溫下使得p相穩(wěn)定。a+p合金包括大量的a相和p相(例如，a相和p相包括合金容積的至少大約10%)。鋁化鈦基于金屬間化合的化合物Ti3Al(通常稱為012相)和TiAl(通常稱為y相)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，鈦或鈦基基體材料可以包括oHf鈦合金。例如，鈦或鈦基基體材料可以包括至少大約87.5%重量的鈦、大約6.0%重量的鋁和大約4.0%重量的釩(這樣的合金在本領(lǐng)域中通常稱為Ti-6A1-4V或Ti-64合金)。這樣的鈦基合金還可以至少包括微量的以下至少一個(gè)錫、銅、鐵和碳。在一些實(shí)施例中，鈦或鈦基基體材料可以包括大約89.0%重量的鈦(例如在大約88.0%重量和大約卯.0%重量之間)、大約6.0%重量的鋁和大約4.0%重量的釩。下面的表1給出了a+p鈦合金的多種組分實(shí)例，該a+p鈦合金可以用作圖1中所示的鉆頭本體12的顆?；w復(fù)合材料15中的基體材料。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在本發(fā)明的附加實(shí)施例中，鈦或鈦基基體材料可以包括p鈦合金或亞穩(wěn)定P鈦合金。下面的表2給出了p鈦合金的多種組分實(shí)例，該P(yáng)鈦合金可以用作圖1中所示的鉆頭本體12的顆?；w復(fù)合材料15中的基體材料，且下面的表3給出了亞穩(wěn)定p鈥合金的多種組分實(shí)例，該亞穩(wěn)定P鈦合金可以用作圖1中所示的鉆頭本體12的顆?；w復(fù)合材料15中的基體材料。表2(3合金<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表3亞穩(wěn)定p合金<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>平衡在本發(fā)明的還一實(shí)施例中，鉆頭本體12的至少一部分包括鈦或鈦基基體材料，該鈦或鈦基基體材料包括a鈦合金。下面的表4給出了a鈦合金的多種組分實(shí)例(包括近a鈦合金)，該a鈦合金可以用作圖1中所示的鉆頭本體12的至少一部分的顆?；w復(fù)合材料15中的基體材料。表4a合金<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>與表1-4中所提供的實(shí)例類似，鈦基合金能夠有超過1000兆帕(MPa)的最終抗張強(qiáng)度、大于大約100兆帕一平方根米(MPa-m"2)的斷裂韌性和大于大約350(維氏硬度表)的硬度。任意鈦基合金(除了在表1-4中的實(shí)施例所提出的這些合金)可以用作在實(shí)施本發(fā)明教導(dǎo)的鉆頭本體(例如圖1中所示的鉆頭10的鉆頭本體12)的顆?；w復(fù)合材料15中的基體材料。在一些實(shí)施例中，顆?；w復(fù)合材料15的基體材料的至少一部分可以熱處理，以便精制或調(diào)節(jié)基體材料的微結(jié)構(gòu)，并根據(jù)需要使基本材料(因此顆?；w復(fù)合材料15)具有一個(gè)或多個(gè)合適的物理特性。例如和非限定的，鈦或鈦基合金基體材料的至少一部分可以處于退火狀態(tài)。通過退火鈦或鈦基合金基體材料，顆?；w復(fù)合材料15的斷裂韌性可以增大或以其它方式進(jìn)行選擇地調(diào)節(jié)。作為另一實(shí)例，鈦或鈦基合金基體材料的至少一部分可以處于固溶處理(ST)狀態(tài)或者處于固溶和老化(STA)狀態(tài)。通過固溶處理和老化鈦或鈦基合金基體材料，顆粒基體復(fù)合材料15的強(qiáng)度可以增大或以其它方式進(jìn)行選擇地調(diào)節(jié)。由于硬相(即陶瓷相)的相對(duì)穩(wěn)定，這些熱處理技術(shù)通常可以在顆?；w復(fù)合材料15的鈦或鈦基合金基體材料上進(jìn)行，而不會(huì)對(duì)顆?；w復(fù)合材料15的硬相和/或在顆?；w復(fù)合材料15的硬相和金屬相之間的包圍界面區(qū)域產(chǎn)生不利影響。顆?；w復(fù)合材料15的硬相區(qū)域可以包括多個(gè)碳化鈦(TiC)顆粒、二硼化鈦(TiB2)顆粒和鎢(W)顆粒中的至少一種。例如和非限定的，硬相區(qū)域可以包括大約20%容積和大約60%容積之間的顆?；w復(fù)合材料15。在附加實(shí)施例中，硬相區(qū)域可以包括硅化鈦(例如TisSb和/或Ti3Si)顆粒，該硅化鈦顆粒例如通過在顆?；w復(fù)合材料15的燒結(jié)和/或退火過程中使氮化硅(Si3N4)顆粒分解而形成。除了這里特別所述，在本發(fā)明實(shí)施例中可以使用增大顆?；w復(fù)合材料15的耐磨性和與基體材料化學(xué)相容的任意硬相區(qū)域。在一些實(shí)施例中，硬相區(qū)域可以有不同尺寸。而且，在一些實(shí)施例中，多個(gè)硬相區(qū)域可以包括或有多種形式的顆粒尺寸分布(例如兩種形式、三種形式、四種形式、五種形式等)，而在另外的實(shí)施例中，硬相區(qū)域可以有基本均勻的顆粒尺寸。例如和非限定的，多個(gè)硬相區(qū)域可以包括多個(gè)-20ASTM(美國(guó)測(cè)試和材料協(xié)會(huì))網(wǎng)狀硬相區(qū)域。這里使用的術(shù)語(yǔ)"-20ASTM網(wǎng)狀顆粒"的意思是通過ASTMNo.20ILS.A標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試篩網(wǎng)(在ASTM規(guī)范E11-04中確定，它的標(biāo)題是StandardSpecificatonforWireClothandSievesforTestingPurposes)的顆粒。各硬相區(qū)域可以有大致球形、矩形、立方形、五邊形、六邊形等的三維形狀。而且，在一些實(shí)施例中，各硬相區(qū)域可以包括單晶。繼續(xù)參考圖i,鉆頭本體12的外表面的至少一部分可以涂覆有耐磨涂層(未示出)。例如和非限定的，耐磨涂層可以包括形成于顆?；w復(fù)合材料15的至少鈦或鈦基合金基體材料的暴露表面上或暴露表面中的一層氮化鈦。該層氮化鈦可以形成于顆?；w復(fù)合材料15的、設(shè)置成與由鉆頭10鉆孔的地層接合的暴露表面上或暴露表面中。在附加實(shí)施例中，耐磨涂層可以包括二硼化鈦或者設(shè)置成提高顆?；w復(fù)合材料15的耐磨性的任意其它材料。而且耐磨涂層可以關(guān)鍵性地布置在鉆頭本體的暴露表面的各個(gè)區(qū)域，以便保護(hù)顆?；w復(fù)合材料15的、可能在鉆孔過程中受到相對(duì)更大磨損的區(qū)域。例如，鉆頭本體12的面18(即刀片30的地層接合表面)可以至少局部涂覆或以其它方式提供有氮化鈦或其它耐磨材料的涂層。特別是，刀片30的、在相鄰切刀34之間的表面和切刀30的、沿旋轉(zhuǎn)方向在切刀34后面的表面可以至少局部涂覆或以其它方式提供有氮化鈦或其它耐磨材料的涂層。在鉆孔操作過程中，鉆頭10可以位于井孔的底部并旋轉(zhuǎn)，同時(shí)鉆井液通過縱向孔40和內(nèi)部流體通道42而泵送至鉆頭本體12的面18。當(dāng)PDC切刀34剪切或刮去底側(cè)地層時(shí)，地層的切屑和巖屑與鉆井液混合并懸浮在該鉆井液中，該鉆井液通過排屑槽32和在井孔和鉆桿柱之間的環(huán)形空間而通向地層表面。圖2中表示了實(shí)施本發(fā)明教導(dǎo)的另一鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭70。旋轉(zhuǎn)鉆頭70大致與前述旋轉(zhuǎn)鉆頭10類似，并具有包括顆?；w復(fù)合材料的鉆頭本體72，該顆?；w復(fù)合材料包括散布在整個(gè)鈦或鈦基合金基體材料上的多個(gè)硬相區(qū)域或顆粒。鉆頭70還可以包括直接安裝在鉆頭本體72上的桿20。桿20包括大致柱形的外壁，該外壁有外表面和內(nèi)表面。桿20的外壁包圍穿過鉆頭70延伸的縱向孔40的至少一部分。桿20的外壁的至少一個(gè)表面可以設(shè)置成用于將桿20安裝在鉆頭本體72上。桿20還可以包括外螺紋或內(nèi)螺紋的API螺紋連接部分28，用于將鉆頭70安裝在鉆桿柱(未示出)上。一個(gè)或多個(gè)孔21可以穿過桿20的外壁延伸。這些孔將在后面更詳細(xì)介紹。鉆頭70的鉆頭本體72包括具有不同材料組分的多個(gè)區(qū)域。例如和非限定的，鉆頭本體72可以包括具有第一材料組分的第一區(qū)域74和具有第二不同材料組分的第二區(qū)域76。第一區(qū)域74可以包括鉆頭本體72的縱向底側(cè)和橫向外側(cè)的區(qū)域(即鉆頭本體72的冠區(qū)域)。第一區(qū)域74可以包括鉆頭本體72的面18(該面18可以設(shè)置成承載多個(gè)切割元件，例如PDC切刀34)。例如，多個(gè)凹部36和扶壁38可以布置在鉆頭本體72的面18上或面18中，用于承載和支承PDC切刀34。而且，多個(gè)刀片30和排屑槽32可以布置在鉆頭本體72的第一區(qū)域74中。第二區(qū)域76可以包括鉆頭本體72的縱向上側(cè)和橫向內(nèi)側(cè)的區(qū)域?？v向孔40可以至少部分穿過鉆頭本體72的第二區(qū)域76延伸。第二區(qū)域76可以包括設(shè)置成用于將鉆頭本體72安裝在桿20上的至少一個(gè)表面78。例如和非限定的，至少一個(gè)槽16可以形成于第二區(qū)域76的、設(shè)置成用于將鉆頭本體72安裝在桿20上的至少一個(gè)表面14中。各槽16可以與穿過桿20的外壁延伸的孔21相對(duì)應(yīng)和對(duì)齊。保持部件46可以布置在桿20內(nèi)的各孔21中和各槽16中。在桿20、20縱向分離，并可以防止鉆頭本體72相對(duì)于桿20繞旋轉(zhuǎn)鉆頭70的縱向軸線L70旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)鉆頭70的鉆頭本體72可以主要包括顆?；w復(fù)合材料。而且，顆?；w復(fù)合材料的組分可以在鉆頭本體72內(nèi)選擇地變化，以便在鉆頭本體72內(nèi)提供具有不同的、定制調(diào)節(jié)的物理特性或特征的各種區(qū)域。在圖2所示的實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)鉆頭70包括兩個(gè)保持部件46。例如和非限定的，各保持部件46可以包括細(xì)長(zhǎng)的柱形桿，該柱形桿穿過桿20中的孔21和形成于鉆頭本體72的表面78中的槽16而延伸。在桿20、保持部件46和鉆頭本體72之間的機(jī)械干涉也可以在桿20的表面和鉆頭本體72的第二區(qū)域76中的表面14之間提供基本均勻的空隙或間隙。例如和非限定的，當(dāng)保持部件46布置在桿20的孔21中和鉆頭本體72的槽16中時(shí)，可以在桿20和鉆頭本體72之間提供在大約50微米(0.002英寸)和大約150微米(0.006英寸)之間的基本均勻間隙。硬釬焊材料26(例如銀基或鎳基金屬合金)可以布置在桿20和鉆頭本體72的第二區(qū)域76的表面14之間的基本均勻間隙中。作為硬釬焊的代替方式或者除了硬釬焊，可以環(huán)繞旋轉(zhuǎn)鉆頭70在它的外表面上沿在鉆頭本體72和鋼桿20之間的交界面提供焊縫24。焊縫24和硬釬焊材料26可以用于進(jìn)一步將桿20固定在鉆頭本體72上。在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)鉆頭70在鉆孔操作過程中位于井孔的底部時(shí)，如果在桿20和鉆頭本體72的第二區(qū)域76中的表面14之間的基本均勻間隙中的硬釬焊材料26以及焊縫24失效，保持部件46可以防止鉆頭本體72與桿20縱向分離，從而防止鉆頭本體72在井孔中的損失。如前所述，鉆頭本體72的第一區(qū)域74可以有第一材料組分，鉆頭本體72的第二區(qū)域76可以有第二不同的材料組分。第一區(qū)域74可以包括顆?；w復(fù)合材料，該顆?；w復(fù)合材料包括散布在整個(gè)鈦或鈦基合金基體材料上的多個(gè)硬相區(qū)域或顆粒。鉆頭本體72的第二區(qū)域76可以包括金屬、金屬合金或顆?；w復(fù)合材料。例如，鉆頭本體72的第二區(qū)域76可以主要包括與在第一區(qū)域74中的顆?；w復(fù)合材料的基體材料基本相同的鈦或鈦基合金材料。在本發(fā)明的另外實(shí)施例中，鉆頭本體72的第一區(qū)域74和第二區(qū)域76可以基本由顆?；w復(fù)合材料形成和至少主要由顆粒基體復(fù)合材料組成。例如和非限定的，鉆頭本體72的第一區(qū)域74可以包括散布在整個(gè)基體材料上的多個(gè)碳化鈦和/或二硼化鈦區(qū)域或顆粒，該基體材料包括在表l中所述的a+l5合金、在表2中所述的p合金或在表3中所述的亞穩(wěn)定P合金中的任意一種，且鉆頭本體72的第二區(qū)域76可以包括在表4中所述的a合金中的任意一種。在附加實(shí)施例中，鉆頭本體72的第二區(qū)域74可以包括在表1中所述的oHf合金、在表2中所述的p合金或在表3中所述的亞穩(wěn)定p合金中的任意一種。在該結(jié)構(gòu)中，第一區(qū)域74的材料組分可以選擇為具有比第二區(qū)域76的材料組分更高的抗腐蝕性和耐磨性。而且，第二區(qū)域76的材料組分可以選擇為增強(qiáng)第二區(qū)域76的可機(jī)械加工性和方便鉆頭本體72安裝在桿20上。機(jī)械特性調(diào)節(jié)成方便第二區(qū)域76的機(jī)械加工的方式可以至少部分取決于使用的機(jī)械加工的方法。例如，當(dāng)希望利用傳統(tǒng)的車削、磨削和鉆孔技術(shù)來(lái)機(jī)械加工第二區(qū)域76時(shí)，第二區(qū)域76的材料組分可以選擇為具有更低的硬度和更高的延展性。當(dāng)希望利用超聲波機(jī)械加工技術(shù)(它可以包括使用傳遞給工具的超聲波引起的振動(dòng))來(lái)機(jī)械加工第二區(qū)域76時(shí)，第二區(qū)域76的組分可以選擇為有更高硬度和更低的延展性。在一些實(shí)施例中，第二區(qū)域76的材料組分可以選擇為具有比第一區(qū)域74的材料組分更高的斷裂韌性。在還一實(shí)施例中，第二區(qū)域76的材料組分可以選擇為具有調(diào)節(jié)成方便第二區(qū)域76的焊接的物理特性。例如和非限定的，第二區(qū)域76的材料組分可以選擇為方便第二區(qū)域76焊接在桿20上。應(yīng)當(dāng)知道，鉆頭本體72的各種區(qū)域可以有選擇或調(diào)節(jié)成具有任意所需的特殊物理特性或特征的材料組分，且本發(fā)明特j或特征:，、，,'、"''復(fù)合材料的某些物理特性和特征(例如硬度)可以利用合適的混合規(guī)則來(lái)確定，如本領(lǐng)域已知。復(fù)合材料的其它物理特性和特征可以不采取混合規(guī)則來(lái)確定。這些物理特性例如可以包括抗腐蝕性和耐磨性。圖3A-3J表示了可以用于形成圖2中所示的鉆頭本體72的一個(gè)方法實(shí)例。通常，旋轉(zhuǎn)鉆頭70的鉆頭本體72可以這樣形成，即通過單獨(dú)形成作為半成品結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域74和第二區(qū)域76，將半成品結(jié)構(gòu)裝配在一起以便提供整體的半成品鉆頭本體，并將整體的半成品鉆頭本體燒結(jié)成合適的最終密度。參考圖3A，第一粉末混合物109可以利用活動(dòng)活塞或柱塞108而在模具或模106中被壓制。第一粉末混合物109可以包括多個(gè)硬顆粒和多個(gè)包括鈦或鈦基合金基體材料的顆粒。例如和非限定的，第一粉末混合物109可以包括多個(gè)碳化鈦和/或二硼化鈦顆粒以及多個(gè)各自包括表1中所述的a+p合金、在表2中所述的p合金或在表3中所述的亞穩(wěn)定P合金中的任意合金的顆粒。也可選擇，粉末混合物109還可以包括通常在壓制粉末混合物時(shí)使用的添加劑，例如用于在壓制過程中提供潤(rùn)滑和用于向壓制的粉末部件提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的粘接劑、用于使粘接劑更有柔韌性的增塑劑以及用于減小顆粒間摩擦的潤(rùn)滑劑或壓緊輔助劑。模具106可以包括內(nèi)部空腔，該內(nèi)部空腔的表面形成和設(shè)置成用于形成鉆頭本體72的第一區(qū)域74的至少一些表面。柱塞108還可以有設(shè)置成形成鉆頭本體72的第一區(qū)域74的至少一些表面的表面。插入件或者置換件107可以定位在模具106中，并用于確定內(nèi)部流體通道42。附加置換件107(未示出)可以用于確定切割元件凹部36、排屑槽32和鉆頭本體72的第一區(qū)域74的其它形態(tài)特征。柱塞108可以利用機(jī)械或液壓設(shè)備或機(jī)器在很高力作用下前進(jìn)至模具106中，以便在模具106中壓緊第一粉末混合物109，從而形成第一生粉末部件IIO,如圖3B中所示。模具106、柱塞108和第一粉末混合物109可以在壓緊處理過程中選擇地加熱。除了壓制粉末混合物109的方法，粉末混合物109可以通過布置在壓力腔室內(nèi)的柔韌、氣密密封容器內(nèi)部的基本均衡壓力來(lái)壓制。圖3B中所示的第一生粉末部件110可以包括通過布置在粉末混合物109中的粘接劑材料(圖3A)而保持在一起的多個(gè)顆粒(硬材料的硬顆粒和基體材料的顆粒)，如前所述。某些結(jié)構(gòu)特征可以利用傳統(tǒng)的機(jī)械加工技術(shù)(例如包括車削技術(shù)、磨削技術(shù)和鉆孔技術(shù))而在生粉末部件110中進(jìn)行機(jī)械加工。手持工具也可以用于在生粉末部件110中或該粉末部件110上手工形成特征。例如和非限定的，排屑槽32(圖2)可以機(jī)械加工或以其它方式形成于生粉末部件110中。圖3B中所示的第一生粉末部件110可以至少部分燒結(jié)。例如，生粉末部件110可以部分燒結(jié)，以便形成圖3C中所示的第一半成品結(jié)構(gòu)111,該第一半成品結(jié)構(gòu)小于所需的最終密度。在燒結(jié)之前，生粉末部件110可以適度升高溫度，以便幫助除去將包含于粉末混合物109(圖3A)中的任意易變的添加劑，如前所述。而且，生粉末部件110可以進(jìn)行合適的氣體調(diào)節(jié)，以便幫助除去該添加劑。這樣的氣體例如可以包括在大約50(TC溫度下的氬氣。某些結(jié)構(gòu)特征可以使用傳統(tǒng)的機(jī)械加工技術(shù)(例如包括車削技術(shù)、磨削技術(shù)和鉆孔技術(shù))而在第一半成品結(jié)構(gòu)111中進(jìn)行機(jī)械加工。手持工具也可以用于在半成品結(jié)構(gòu)111中或該半成品結(jié)構(gòu)111上手工形成特征。例如和非限定的，切刀凹部36可以機(jī)械加工或以其它方式形成于半成品結(jié)構(gòu)111中，以便形成圖3D所示形狀的半成品結(jié)構(gòu)112。參考圖3E,第二粉末混合物119可以利用活動(dòng)活塞或柱塞118而在模具或模116中壓制。第二粉末混合物119可以包括多個(gè)包括鈦或鈦基合金基體材料的顆粒，并可選擇地包括多個(gè)包含硬材料的硬顆粒。例如和非限定的，第二粉末混合物119可以包括多個(gè)各自包括表4中所述的a合金中的任意合金的顆粒。作為附加實(shí)例，第二粉末混合物119可以包括多個(gè)各自包括表1中所述的a+卩合金、在表2中所述的P合金或在表3中所述的亞穩(wěn)定p合金中的任意合金的顆粒。在一些實(shí)施例中，第二粉末混合物119可以基本類似于前面參考圖3A所述的第一粉末混合物109,除了在第二粉末混合物119中沒有多個(gè)硬顆粒(例如碳化鈦和/或二硼化鈦)。也可選擇，粉末混合物119還可以包括通常在壓制粉末混合物時(shí)使用的添加劑，例如用于在壓制過程中提供潤(rùn)滑和用于向壓制的粉末部件提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的粘接劑、用于使粘接劑更有柔韌性的增塑劑以及用于減小顆粒間摩擦的潤(rùn)滑劑或壓緊輔助劑。模具116可以包括內(nèi)部空腔，該內(nèi)部空腔的表面形成和設(shè)置成用于形成鉆頭本體72的第二區(qū)域76的至少一些表面。柱塞118還可以有設(shè)置成形成鉆頭本體72的第二區(qū)域76的至少一些表面的表面。一個(gè)或多個(gè)插入件或者置換件117可以定位在模具116中，并用于確定內(nèi)部流體通道42。附加置換件117(未示出)可以用于根據(jù)需要確定鉆頭本體72的第二區(qū)域76的其它形態(tài)特征。柱塞118可以利用機(jī)械或液壓設(shè)備或機(jī)器在很高力作用下前進(jìn)至模具116中，以便在模具116中壓緊第二粉末混合物119，從而形成第二生粉末部件120,如圖3F中所示。模具116、柱塞118和第二粉末混合物119可以在壓緊處理過程中選擇地加熱。圖3F中所示的第二生粉末部件120可以包括通過布置在粉末混合物119中的粘接劑材料(圖3E)而保持在一起的多個(gè)顆粒(鈦或鈦基合金基體材料顆粒以及可選擇的、包括硬材料的硬顆粒)，如前所述。某些結(jié)構(gòu)特征可以根據(jù)需要利用傳統(tǒng)的機(jī)械加工技術(shù)(例如包括車削技術(shù)、磨削技術(shù)和鉆孔技術(shù))而在生粉末部件120中進(jìn)行機(jī)械加工。手持工具也可以用于在生粉末部件120中或該粉末部件120上手工形成特征。圖3F中所示的第二生粉末部件120可以至少部分燒結(jié)。例如，生粉末部件120可以部分燒結(jié)，以便形成圖3G中所示的第二半成品結(jié)構(gòu)121，該第二半成品結(jié)構(gòu)小于所需的最終密度。在燒結(jié)之前，生粉末部件120可以進(jìn)行適度升高溫度，以便燒掉或除去將包含于粉末混合物119(圖3E)中的任意易變的添加劑，如前所述。某些結(jié)構(gòu)特征可以使用傳統(tǒng)的機(jī)械加工技術(shù)(例如包括車削技術(shù)、磨削技術(shù)和鉆孔技術(shù))而按照需要在第二半成品結(jié)構(gòu)121中進(jìn)行機(jī)械加工。手持工具也可以用于在半成品結(jié)構(gòu)121中或該半成品結(jié)構(gòu)121上手工形成特征。然后，圖3G中所示的半成品結(jié)構(gòu)121可以插入先前形成的半成品結(jié)構(gòu)112(如圖3D中所示)中，以便提供整體的半成品鉆頭本體126，如圖3H所示。然后，整體的半成品鉆頭本體126可以完全燒結(jié)成所需的最終密度，以便提供如前所述的鉆頭本體72，如圖2中所示。因?yàn)闊Y(jié)涉及致密化和除去在結(jié)構(gòu)中的孔隙，因此燒結(jié)的結(jié)構(gòu)將在燒結(jié)處理過程中收縮。結(jié)構(gòu)可能在燒結(jié)過程中經(jīng)歷例如在10%和20%之間的線性收縮。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)(該結(jié)構(gòu)沒有完全燒結(jié))中的工具(模具、模等)或機(jī)械加工特征時(shí)要考慮和說(shuō)明尺寸收縮。在另一方法中，圖3F中所示的生粉末部件120可以插入圖3B中所示的生粉末部件110或與該生粉末部件110進(jìn)行裝配，以便形成生鉆頭本體。然后，生鉆頭本體可以根據(jù)需要機(jī)械加工和燒結(jié)成合適的最終密度。生粉末部件110和生粉末部件120的交界表面可以在燒結(jié)處理過程中熔合和粘接在一起。換句話說(shuō)，生鉆頭本體可以部分燒結(jié)成半成品鉆頭本體。成形和機(jī)械加工處理可以根據(jù)需要在半成品鉆頭本體上進(jìn)行，且這時(shí)形成的半成品鉆頭本體可以燒結(jié)成所需的最終密度。第一區(qū)域74的材料組分(因此圖3A中所示的第一粉末混合物109的組分)和第二區(qū)域76的材料組分(因此圖3E中所示的第二粉末混合物119的組分)可以選擇為在燒結(jié)處理過程中有基本類似的收縮。這里所述的燒結(jié)過程可以包括在真空爐中的普通燒結(jié)，在真空爐中燒結(jié)隨后進(jìn)行普通的熱均衡壓制處理，以及燒結(jié)和隨后立即在接近燒結(jié)溫度的溫度下進(jìn)行均衡壓制(通常稱為燒結(jié)-HIP)。而且，這里所述的燒結(jié)處理可以包括在液相線以下燒結(jié)。換句話說(shuō)，燒結(jié)處理可以在接近但低于基體材料的相圖的液相線的溫度下進(jìn)行。例如，這里進(jìn)行，例如瞬間多向擠壓(ROC)處理、CeraconTM處理、熱等靜壓(HIP)處理或這些處理的改進(jìn)。廣義地說(shuō)，例如，使用ROC處理燒結(jié)生粉末壓緊件包括在相對(duì)較低的溫度預(yù)燒結(jié)該生粉末壓緊件至這樣的程度，即只是形成足夠強(qiáng)度以便能夠處理該粉末壓緊件。所形成的半成品結(jié)構(gòu)包入材料例如石墨箔中以便密封該半成品結(jié)構(gòu)。包裝的半成品結(jié)構(gòu)布置在容器中，該容器充滿硬材料、聚合物材料或玻璃材料的顆粒，該材料具有比半成品結(jié)構(gòu)中的基體材料基本更低的熔點(diǎn)。容器加熱至合適的燒結(jié)溫度，該燒結(jié)溫度高于陶瓷、聚合物或玻璃材料的顆粒的熔融溫度，但是低于半成品結(jié)構(gòu)中的基體材料的液相線溫度。具有熔融的陶瓷、聚合物或玻璃材料(和浸入其中的半成品結(jié)構(gòu))的加熱容器置于機(jī)械或液壓機(jī)中，例如鍛壓機(jī)，它用于向熔融的陶瓷或聚合物材料施加壓力。在熔融陶瓷、聚合物或玻璃材料中的均衡壓力有利于半成品結(jié)構(gòu)在容器內(nèi)在升高溫度下凝固和燒結(jié)。熔融的陶瓷、聚合物或玻璃材料用于向半成品結(jié)構(gòu)傳遞壓力和熱量。這樣，熔融陶瓷、聚合物或玻璃用作壓力傳遞介質(zhì)，壓力在燒結(jié)過程中通過壓力傳遞介質(zhì)施加在結(jié)構(gòu)上。在釋放壓力和冷卻之后，燒結(jié)結(jié)構(gòu)再?gòu)奶沾?、聚合物或玻璃材料中取出。ROC處理的更詳細(xì)解釋和用于實(shí)施該ROC處理的合適設(shè)備在美國(guó)專利No.4094709、4233720、4341557、4526748、4547337、4562990、4596694、4597730、4656002、4744943和5232522中提供。CeraconTM處理(它與前述ROC處理類似)也可以用于本發(fā)明中，以便將半成品結(jié)構(gòu)充分燒結(jié)至最終密度。在CeraconTM處理中半成品結(jié)構(gòu)涂覆有陶瓷涂層例如氧化鋁、氧化鋯或氧化鉻。其它類似的、硬的、大致惰性的、防護(hù)的和可除去的涂層也可以使用。通過利用陶瓷顆粒(代替流體介質(zhì)，與ROC處理中相同)來(lái)將至少基本均衡的壓力傳遞給涂覆的半成品結(jié)構(gòu)，涂覆的半成品結(jié)構(gòu)將充分凝固。CeraconTM處理的更詳細(xì)說(shuō)明將由美國(guó)專利No.4499048來(lái)提供。如前所述，鉆頭本體72的第二區(qū)域76的材料組分可以選擇為即使在完全燒結(jié)狀態(tài)下也有利于在該第二區(qū)域76上執(zhí)行機(jī)械加工操作。在將圖3H中所示的整體半成品鉆頭本體126燒結(jié)成合適的最終密度后，某些特征可以在完全燒結(jié)的結(jié)構(gòu)上機(jī)械加工，以便提供鉆頭本體72，該鉆頭本體72在圖3I中與桿20(圖2)分開表示。例如，鉆頭本體72的第二區(qū)域76的表面14可以進(jìn)行機(jī)械加工，以便提供用于將桿20(圖2)安裝在鉆頭本體72上的元件或特征。例如和非限定的，可以在鉆頭本體72的第二區(qū)域76的表面78中機(jī)械加工兩個(gè)槽16，如圖3I中所示。各槽16例如可以有半圓形截面。而且，各槽16可以繞鉆頭本體72的第二區(qū)域76的一部分徑向延伸，如圖3J所示。在該結(jié)構(gòu)中，鉆頭本體72的第二區(qū)域76的、在各槽16中的表面可以有包括局部環(huán)面的角形部分的形狀。這里使用的術(shù)語(yǔ)"超環(huán)面"的意思是由封閉曲線(例如圓)繞(但是并不相交或包含)布置在包括該封閉曲線的平面中的軸線旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的表面。在另外的實(shí)施例中，鉆頭本體72的第二區(qū)域76的、在各槽16中的表面可以具有大體形成部分柱體的形狀。兩個(gè)槽16可以位于鉆頭本體72的第二區(qū)域76的基本相對(duì)側(cè)，如圖3J中所示。如這里所述，鉆頭本體72的第一區(qū)域74和第二區(qū)域76可以單獨(dú)形成為半成品狀態(tài)，并裝配在一起以便形成整體的半成品結(jié)構(gòu)，該半成品結(jié)構(gòu)可以再燒結(jié)成合適的最終密度。在形成鉆頭本體72的另外方法中，第一區(qū)域74可以這樣形成，即通過在模具中壓制第一粉末混合物以便形成第一生粉末部件，將第二粉末混合物添加至相同模具中，并在該模具中使得第二粉末混合物與第一區(qū)域74的第一粉末成分一起壓制，以便形成單件式生鉆頭本體。而且，第一粉末混合物和第二粉末混合物可以布置在單個(gè)模具中和同時(shí)壓制，以便形成單件式生鉆頭本體。然后，該單件式生鉆頭本體可以根據(jù)需要機(jī)械加工和燒結(jié)成合適的最終密度。在還一方法中，單件式生鉆頭本體可以部分燒結(jié)成半成品鉆頭本體。成形和機(jī)械加工處理可以根據(jù)需要在半成品鉆頭本體上進(jìn)行，且形成的半成品鉆頭本體可以再燒結(jié)成合適的最終密度。單件式生鉆頭本體可以利用兩個(gè)不同柱塞而形成于單個(gè)模具中，例如圖3A中所示的柱塞108和圖3E中所示的柱塞118。而且，根據(jù)需要可以提供附加粉末混合物，以便在鉆頭本體72內(nèi)提供具有一定材料組分的任意合適數(shù)目的區(qū)域。圖4A-4C表示了形成鉆頭本體72的另一方法。通常，旋轉(zhuǎn)鉆頭70的鉆頭本體72可以通過壓制前述第一粉末混合物109(圖3A)和前述第二粉末混合物119(圖3E)以便形成大致柱形的單件式生鉆頭本體130或坯料而形成，如圖4A中所示。例如和非限定的，大致柱形的單件式生鉆頭本體130可以通過使得第一粉末混合物109和第二粉末混合物119一起在壓力腔室內(nèi)基本同時(shí)地均衡壓制而形成。例如和非限定的，第一粉末混合物109和第二粉末混合物119可以布置在容器中。容器可以包括可變形流體密封部件，例如包括可變形聚合物材料的基本柱形包。容器(其中裝有第一粉末混合物109和第二粉末混合物119)可以布置在壓力腔室中。流體例如水、油或氣體(例如空氣或氮?dú)?可以利用泵而泵送至壓力腔室中。流體的高壓使得可變形部件的壁變形。壓力可以基本均勻地傳遞給第一粉末混合物109和第二粉末混合物119。在均衡壓制過程中在壓力腔室中的壓力可以大于大約35兆帕(大約5000磅每平方英寸)。特別是，在均衡壓制過程中在壓力腔室內(nèi)的壓力可以大于大約138兆帕(20000磅每平方英寸)。在另外的方法中，在容器中可以提供真空，且大于大約0.1兆帕(大約15磅每平方英寸)的壓力(例如大氣)可以施加在容器的外表面上，以便壓緊第一粉末混合物109和第二粉末混合物U9。第一粉末混合物109和第二粉末混合物119的均衡壓制可以形成圖4A中所示的大致柱形單件式生鉆頭本體130，它可以在壓制后從壓力腔室中除去。圖4A中所示的大致柱形單件式生鉆頭本體130可以根據(jù)需要機(jī)械加工或成形。例如和非限定的，大致柱形單件式生鉆頭本體130的端部外徑可以減小，以便形成圖4B中所示的成形單件式生鉆頭本體132。例如，大致柱形的單件式生鉆頭本體130可以在車床上進(jìn)行車削，以便形成成形單件式生鉆頭本體132。大致柱形的單件式生鉆頭本體130可以根據(jù)需要進(jìn)行另外的機(jī)械加工或成形。在另外的方法中，大致柱形的單件式生鉆頭本體130可以在車床上進(jìn)行車削，以便保證單件式生鉆頭本體130為基本柱形，而并不減小它的端部的外徑或以其它方式改變單件式生鉆頭本體130的形狀。然后，圖4B中所示的成形單件式生鉆頭本體132可以部分燒結(jié)，以便提供圖4C中所示的半成品鉆頭本體134。半成品鉆頭本體134可以再根據(jù)需要機(jī)械加工，以便形成與圖3H中所示的前述成形整體式半成品鉆頭本體126基本相同的結(jié)構(gòu)。例如和非限定的，縱向孔40和內(nèi)部流體通道42(圖3H)可以通過例如利用機(jī)械加工處理而形成于半成品鉆頭本體134(圖4C)中。也可以在半成品鉆頭本體134(圖4C)中機(jī)械加工用于PDC切刀34的多個(gè)凹部36。而且，可以在半成品鉆頭本體134(圖4C)中機(jī)械加工設(shè)置成用于將鉆頭本體72安裝在桿20上的至少一個(gè)表面78(圖3H)。在圖4C中所示的半成品鉆頭本體134已經(jīng)機(jī)械加工為形成與圖3H中所示的成形單件式半成品鉆頭本體126基本相同的結(jié)構(gòu)之后，該結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步燒結(jié)成合適的最終密度，且某些附加特征可以根據(jù)需要在完全燒結(jié)的結(jié)構(gòu)中機(jī)械加工，以便提供圖31中所示的鉆頭本體72，如前所述。在另外的實(shí)施例中，鉆頭本體72可以利用普通的滲透處理而形成。例如，各自包括硬材料(例如碳化鈦、二硼化鈦等)的多個(gè)顆粒可以定位在石墨模具(或者由任意其它耐火材料形成的模具)的空腔區(qū)域中，該石墨模具設(shè)置成形成鉆頭本體的第一區(qū)域74。預(yù)成形的元件或置換件(它們可以包括陶瓷部件、石墨部件或樹脂涂覆砂壓緊部件)可以布置在模具中，并用于確定內(nèi)部通道42、切割元件凹部36、排屑槽36以及鉆頭本體12的其它外部或內(nèi)部形態(tài)特征。而且，預(yù)成形的元件或置換件可以定位在石墨模具的空腔區(qū)域中，該石墨模具設(shè)置成形成鉆頭本體72的第二區(qū)域。鈦或鈦基合金基體材料可以熔融、灌注至模具空腔中，并使得滲透至包括硬材料的顆粒中，以便形成鉆頭本體72的第一區(qū)域74。模具和局部形成的鉆頭本體可以冷卻，以便使熔融的基體材料固化。預(yù)先定位在石墨模具(該石墨模具設(shè)置成形成鉆頭本體72的第二區(qū)域)的空腔區(qū)域中的預(yù)成形元件或置換件可以從模具空腔中取出，另一預(yù)形成元件或置換件可以定位在石墨模具的、與內(nèi)部縱向孔40相對(duì)應(yīng)的空腔區(qū)域中。然后，鉆頭本體的第二區(qū)域76可以以與前面對(duì)于第一區(qū)域74所述基本類似的方式來(lái)形成。當(dāng)鉆頭本體72的第二區(qū)域76將包括鈦或鈦基合金材料(而沒有任何硬相區(qū)域或顆粒)時(shí)，鈦或鈥基合金材料可以簡(jiǎn)單地熔融和灌注至模具空腔中，而并不向模具空腔預(yù)先裝入或充裝硬顆粒。一旦鉆頭本體72冷卻，鉆頭本體72就可以從模具中取出，且任意置換件也可以從鉆頭本體72中取出?？赡苄枰?dú)氖＞咭员闳〕鲢@頭本體72。圖31中所示的鉆頭本體72的至少一部分可以根據(jù)需要進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)熱處理過程(即熱處理)，以便精制或調(diào)節(jié)鉆頭本體72的材料的微觀結(jié)構(gòu)，并使得鉆頭本體72的材料具有一個(gè)或多個(gè)所需的物理特性(即增大的強(qiáng)度、硬度、斷裂韌性等)。例如和非限定的，鉆頭本體72的至少一部分可以退火，以便增大或以其它方式選擇地調(diào)節(jié)鉆頭本體72的斷裂韌性。通常，鈦合金可以退火以便增大斷裂韌性、在室溫下的延展性、尺寸和熱穩(wěn)定性以及抗蠕變性。用于任意退火處理的時(shí)間和溫度取決于要退火的特殊鈦合金和希望使材料具有的微觀結(jié)構(gòu)和物理特性，且用于確定使得材料具有這樣的微觀結(jié)構(gòu)和物理特性的合適退火時(shí)間和溫度的總體過程為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知。作為另一實(shí)例，包括a+p合金、p合金或亞穩(wěn)定p合金的鉆頭本體72的至少一部分可以根據(jù)需要進(jìn)行溶液處理(ST)或溶液處理和老化(STA)，以便精煉或調(diào)節(jié)鉆頭本體72的材料的微觀結(jié)構(gòu)，并使得鉆頭本體72的材料具有一個(gè)或多個(gè)所需的物理特性(例如增大強(qiáng)度)。通常，鈦基合金可以通過將鈦基合金加熱至接近(稍微高于或稍微低于)Ptransus溫度(例如在大約690。C和大約1060。C之間)的溶液溫度在大約四分之一小時(shí)至大約兩小時(shí)之間而進(jìn)行溶液處理，以便使得相在溶液溫度下平衡。然后，材料可以利用空氣和/或水而從溶液溫度淬火(即快速冷卻)至室溫。通過淬火，包括高溫(p)相的至少一些區(qū)域可以以亞穩(wěn)定、不平衡的狀態(tài)捕獲或保存在鈦基合金材料的微觀結(jié)構(gòu)中。通過老化，這些亞穩(wěn)定、不平衡相的至少一部分可以分解成穩(wěn)定和平衡的相。溶液處理的鈦基合金在低于溶液溫度的溫度下(大致在大約390。C和大約760。C之間)老化，持續(xù)時(shí)間為從大約兩小時(shí)直到幾百小時(shí)。再有，用于任意溶液處理和/或老化處理的時(shí)間和溫度取決于進(jìn)行處理的特殊鈦合金以及希望使材料具有的微觀結(jié)構(gòu)和物理特性，且用于確定使得材料具有這樣的微觀結(jié)構(gòu)和物理特性的合適處理時(shí)間和溫度的總體過程為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知。通常，當(dāng)鈦合金進(jìn)行氧化時(shí)，任意熱處理可以在控制的惰性環(huán)境中進(jìn)行。也可選擇，在鉆頭本體72根據(jù)需要進(jìn)行熱處理之前或之后，鉆頭本體72的外表面的至少一部分可以進(jìn)行氮化，這可以增大在鉆頭本體72的、暴露的地層接合表面處的顆粒基體復(fù)合材料15的硬度和/或耐磨性。例如和非限定的，鉆頭本體72可以利用等離子體氮化處理而在等離子體腔室中進(jìn)行氮化。用于進(jìn)行鈦和它的合金的等離子體氮化的處理溫度在從大約425。C至大約725。C的范圍內(nèi)變化，最佳溫度取決于特定材料組分和其他參數(shù)。在鉆頭本體72的外表面上的任意氧化鈦可以在氮化之前除去。例如和非限定的，鉆頭本體72的外表面可以在包括氮?dú)夂蜌錃獾幕旌衔?例如在大約20%和大約60%容積之間的氮?dú)?的氣體中在例如從幾毫帕至幾千帕或更大的壓力范圍內(nèi)氮化，且持續(xù)時(shí)間為例如從幾分鐘至幾小時(shí)或更多。在另外的方法中，鉆頭本體72的暴露地層接合表面的選定區(qū)域可以利用激光氮化處理來(lái)氮化。例如和非限定的，鉆頭本體72的外表面可以通過利用強(qiáng)脈沖離子束輻射在室溫下照射鉆頭本體72表面來(lái)氮化，這將使得大部分材料的物理特性保持基本無(wú)影響。這樣的照射例如可以在包括氮?dú)獾臍怏w中在真空條件下(例如在壓力小于大約0.02帕的情況下)進(jìn)行。再參考圖2，桿20可以通過在桿20和鉆頭本體72的第二區(qū)域76的表面14之間的間隙中提供硬釬焊材料26(例如銀基或鎳基金屬合金)而安裝在鉆頭本體72上。作為硬釬焊的代替方式或者除了硬釬焊，的交界面提供焊縫24。硬釬焊材料26和焊縫24可以用于將桿20固定在鉆頭本體72上。在另外的方法中，除了或代替硬釬焊材料26和焊縫24，提供機(jī)械干涉的結(jié)構(gòu)或特征可以用于將桿20固定在鉆頭本體72上。下面將參考圖2和圖5-7介紹將桿20安裝在鉆頭本體72上的方法。參考圖5，兩個(gè)孔21可以穿過桿20來(lái)提供，如前面對(duì)于圖2所述。各孔21的尺寸和形狀可以設(shè)置成在其中接收保持部件46(圖2)。例如和非限定的，各孔21可以有基本柱形截面，并可以沿軸線L^穿過桿20延伸，如圖6中所示。各孔21在桿20中的位置和方位可以為這樣，即各軸線I^處于與鉆頭70的縱向軸線L7o基本垂直的平面中，但是并不與鉆頭70的縱向軸線L7()交叉。當(dāng)保持部件46穿過桿20的孔21和槽16插入時(shí)，保持部件46可以沿接觸線在槽16內(nèi)抵靠鉆頭本體72的第二區(qū)域76的表面(當(dāng)槽16具有包括局部環(huán)面的角形截面的形狀時(shí)，如圖3I和3J所示)。不過，當(dāng)槽16的形狀為基本形成局部柱形時(shí)，保持部件46可以抵靠鉆頭本體72的第二區(qū)域76的表面上的、在槽16內(nèi)的區(qū)域。在一些實(shí)施例中，各保持部件46可以固定在桿20上。例如和非限定的，當(dāng)各保持部件46包括細(xì)長(zhǎng)柱形桿時(shí)，如圖2中所示，各保持部件46的端部可以沿在各保持部件46的端部和桿20之間的交界面而焊接在桿20上。在另外的實(shí)施例中，硬釬焊或釬焊材料(未示出)可以布置在各保持部件46的端部和桿20之間。在還一實(shí)施例中，螺紋可以布置在各保持部件46的各端的外表面上，且配合的螺紋可以布置在桿20的、在孔21內(nèi)的表面上。再參考圖2,硬釬焊材料26(例如銀基或鎳基金屬合金)可以布置在桿20和鉆頭本體72的第二區(qū)域76的表面14之間的基本均勻間隙中?？梢原h(huán)繞旋轉(zhuǎn)鉆頭70在它的外表面上沿在鉆頭本體72和鋼桿20之間的交界面提供焊縫24。焊縫24和硬釬焊材料26可以用于進(jìn)一步將桿20固定在鉆頭本體72上。在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)鉆頭70在鉆孔操作過程中位于井孔的底部時(shí)，如果在桿20和鉆頭本體72的第二區(qū)域76中的表面14之間的基本均勻間隙中的硬釬焊材料26以及焊縫24失效，保持部件46可以防止鉆頭本體72與桿20縱向分離，從而防止鉆頭72在井孔中的損失。在將桿20安裝在鉆頭本體72上的另外方法中，只有一個(gè)保持部件46或者超過兩個(gè)保持部件46可以用于將桿20安裝在鉆頭本體72上。在還一實(shí)施例中，在鉆頭本體72的第二區(qū)域76和桿20之間可以提供螺紋連接。當(dāng)鉆頭本體72的第二區(qū)域76的材料組分可以選擇為即使在完全燒結(jié)狀態(tài)也有利于它的機(jī)械加工時(shí)，具有精確尺寸的螺紋可以機(jī)械加工在鉆頭本體72的第二區(qū)域76上。在另外的實(shí)施例中，在桿20和鉆頭本體72之間的交界面可以基本為錐形。而且，在桿20和鉆頭本體72之間可以提供收縮配合或壓配合。在鉆頭本體或鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭中使用的顆?；w復(fù)合材料通常包括散布在整個(gè)銅基合金基體材料上的碳化鎢顆粒或區(qū)域。銅合金通常有在大約16.0nm/m。C和22.0nm/m。C之間的線性熱膨脹系數(shù)(CTE)(在室溫下)，碳化鴒通常有在大約4.0jun/m。C和7.5fim/m。C之間的線性熱膨脹系數(shù)，且包括散布在整個(gè)銅基合金基體材料上的碳化鴒顆?；騾^(qū)域的普通顆?；w復(fù)合材料通常有在大約12.0nm/nTC的線性熱膨脹系數(shù)(利用Turner方程來(lái)估計(jì))。不過，用于普通滲透方法中的石墨模具和預(yù)成形元件(或置換件)通常有在大約1.2fim/m。C和8.2jim/m。C之間的線性熱膨脹系數(shù)。由于在石墨模具和普通顆粒基體復(fù)合材料之間的熱膨脹系數(shù)不同，使用滲透方法形成的普通顆?；w復(fù)合材料鉆頭本體可能在形成鉆頭本體后有在顆?；w復(fù)合材料中的很大的殘余應(yīng)力。這些應(yīng)力在鉆頭本體的、鄰近石墨模具和/或預(yù)成形元件(或置換件)的區(qū)域中相當(dāng)嚴(yán)重，并可能導(dǎo)致在該區(qū)域中過早產(chǎn)生裂紋(例如在刀片30和/或排屑槽32處或附近的區(qū)域，圖2;鄰近切刀凹部36的區(qū)域，圖2;鄰近內(nèi)部流體通道42的區(qū)域等)。該裂紋可能導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)鉆頭過早失效。鈦和鈦基合金材料通常有在大約7.6^im/nTC和9.8jim/m。C之間的線性熱膨脹系數(shù)，而碳化鈦有大約7.4nm/m'C的線性熱膨脹系數(shù)，二硼化鈦有大約8.2nm/m。C的線性熱膨脹系數(shù)。因此，包括散布在整個(gè)鈦或鈦基合金基體材料上的多個(gè)碳化鈦和/或二硼化鈦顆粒的顆粒基體復(fù)合材料可以有在大約7.5jim/m。C和9.5nm/m。C之間的線性熱膨脹系數(shù)。因此，這里所述的顆粒基體復(fù)合材料可以有與石墨模具(或包括任意其它耐火材料的模具)(鉆頭本體可以使用該顆?；w復(fù)合材料而在該石墨模具中鑄造)的線性熱膨脹系數(shù)基本相等或小于大約兩倍的線性熱膨脹系數(shù)。因此，通過使用這里所述的顆?；w復(fù)合材料來(lái)形成各鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭的鉆頭本體，由于在材料和模具之間的熱膨脹系數(shù)的不匹配而在該鉆頭本體中形成的殘余應(yīng)力可以減小或去除，包括該鉆頭本體的旋轉(zhuǎn)鉆頭的性能可以相對(duì)于目前已知的鉆頭提高。此外，鈦和鈦基合金可以與普通的銅和銅基合金(該銅和銅基合金用于普通鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭的鉆頭本體的顆?；w復(fù)合材料中)相比有提高的抗腐蝕性，這可以進(jìn)一步提高包括由這里所述的材料形成的鉆頭本體的旋轉(zhuǎn)鉆頭的性能(與普通的鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭相比)。前面所述和圖1中所示的鉆頭本體12可以利用這里相對(duì)于圖2所示的鉆頭本體72的任一方法基本類似的方法來(lái)形成(包括滲透方法以及粉末壓制和燒結(jié)方法)。在圖2所示的實(shí)施例中，鉆頭本體72包括兩個(gè)具有材料組分的不同區(qū)域，且在它們之間有可識(shí)別的邊界或交界面。在另外的實(shí)施例中，鉆頭本體72的材料組分可以在鉆頭本體72內(nèi)的區(qū)域之間連續(xù)變化，這樣，在區(qū)域之間沒有很容易識(shí)別的邊界或交界面。在另外的實(shí)施例中，鉆頭本體72可以包括超過兩個(gè)具有材料組分的區(qū)域，且在鉆頭本體72中具有材料組分的多個(gè)區(qū)域的空間位置可以變化。圖7表示了實(shí)施本發(fā)明教導(dǎo)的另外鉆頭本體150。鉆頭本體150包括第一區(qū)域152和第二區(qū)域154。最好如圖8的鉆頭本體150的剖視圖中所示，在第一區(qū)域152和第二區(qū)域154之間的交界面可以大體上沿著第一區(qū)域152的外表面的形態(tài)。例如，交界面可以包括與刀片30和排屑槽32相對(duì)應(yīng)的多個(gè)縱向延伸脊156和凹入部分158,這些脊156和凹入部分158可以布置在鉆頭本體150的外表面上或外表面中。在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)在鉆孔操作過程中力矩施加在包括鉆頭本體150的鉆頭上時(shí)，在鉆頭本體150上的刀片30可以更不容易斷裂。圖9表示了實(shí)施本發(fā)明教導(dǎo)的還一鉆頭本體160。鉆頭本體160也包括第一區(qū)域162和第二區(qū)域164。第一區(qū)域162可以包括鉆頭本體160的縱向底側(cè)區(qū)域，第二區(qū)域164可以包括鉆頭本體160的縱向上側(cè)區(qū)域。而且，在第一區(qū)域162和笫二區(qū)域164之間的交界面可以包括多個(gè)徑向延伸的脊和凹入部分(未示出)，這些脊和凹入部分使得鉆頭本體160在鉆孔操作過程中當(dāng)力矩施加在包括鉆頭本體160的鉆頭上時(shí)不容易沿交界面斷裂。盡管這里對(duì)于包括固定切刀的同心鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭的實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但是其它類型的鉆地鉆孔工具(例如，取芯鉆頭、偏心鉆頭、雙中心鉆頭、鉆擴(kuò)器、銑刀、刮刀鉆頭、牙輪鉆頭及本領(lǐng)域已知的其它這種結(jié)構(gòu))可以實(shí)施本發(fā)明的教導(dǎo)并且可以由實(shí)施本發(fā)明教導(dǎo)的方法來(lái)形成。因此，如這里所述，術(shù)語(yǔ)"鉆頭，，包括和包含前述所有的結(jié)構(gòu)。盡管這里已經(jīng)對(duì)于特定的優(yōu)選實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道本發(fā)明不限于此。相反，在不脫離如后面要求保護(hù)的本發(fā)明范圍的情況下，可以對(duì)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行多種增加、刪除和改變。另外，一個(gè)實(shí)施例的特征可以與另一個(gè)實(shí)施例的特征結(jié)合，同時(shí)仍然處于本發(fā)明范圍內(nèi)。而且，本發(fā)明可用于具有各種不同鉆頭外形及切刀類型的鉆頭和取芯鉆頭中。權(quán)利要求1.一種用于對(duì)地層鉆孔的旋轉(zhuǎn)鉆頭，該鉆頭包括鉆頭本體，該鉆頭本體包括顆?；w復(fù)合材料，該復(fù)合材料包括散布在整個(gè)鈦或鈦基合金基體材料中的多個(gè)硬相區(qū)域；以及至少一個(gè)切割結(jié)構(gòu)，該至少一個(gè)切割結(jié)構(gòu)布置在鉆頭本體的表面上。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，還包括桿，該桿直接安裝在鉆頭本體的、包括顆?；w復(fù)合材料的區(qū)域上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，還包括至少一個(gè)保持部件，該保持部件穿過桿的外壁的至少一部分延伸，并抵靠鉆頭本體的至少一個(gè)表面，在桿、保持部件和鉆頭本體之間的機(jī)械干涉至少部分將桿固定在鉆頭本體上。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一個(gè)所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中復(fù)合材料的鈦或鈦基合金基體材料包括a+p鈦合金或p鈦合金。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一個(gè)所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中復(fù)合材料的鈦或鈦基合金基體材料包括至少大約87.5%重量的鈦、大約6.0%重量的鋁和大約4.0%重量的釩。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一個(gè)所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中鈦或鈦基合金基體材料還包括至少微量的錫、銅、鐵和碳中的至少一種。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一個(gè)所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中所述多個(gè)硬相區(qū)域包括散布在整個(gè)鈦或鈦基合金基體材料中的以下組中的至少一種多個(gè)碳化鈦顆粒、多個(gè)硼化鈦顆粒和多個(gè)鴒顆粒。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一個(gè)所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中，鉆頭本體包括第一區(qū)域，該第一區(qū)域具有第一材料組分，第一區(qū)域的表面設(shè)置成承載用于與地層接合的多個(gè)切割元件；以及第二區(qū)域，該第二區(qū)域具有與第一材料組分不同的第二材料組分。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中第一材料組分具有第一硬度，第二材料組分具有第二硬度，該第二硬度小于第一硬度。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中笫一區(qū)域包括硬度大于大約350維氏硬度的a+p合金和p合金中的至少一種，笫二區(qū)域包括斷裂韌性大于大約100MP-m^的a+p合金和卩合金中的至少一種。11.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任意一個(gè)所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中笫二區(qū)域包括鈦基p合金。12.根據(jù)權(quán)利要求ll所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中笫一區(qū)域包括鈦基P合金和鈦基a+p合金中的一種。13.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任意一個(gè)所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中第二區(qū)域包括鈦基tt+p合金。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中第一區(qū)域包括鈦基P合金和鈥基a+p合金中的一種。15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任意一個(gè)所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，還包括布置在旋轉(zhuǎn)鉆頭的表面的至少一部分上的一層氮化鈦，其設(shè)置成在鉆孔過程中與地層接合。16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任意一個(gè)所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中顆粒基體復(fù)合材料在室溫下具有在大約7.5nm/m。C和9.5nm/nTC之間的的線性熱膨脹系數(shù)。17.—種形成鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭的方法，該方法包括提供鉆頭本體，該鉆頭本體包括顆?；w復(fù)合材料，提供鉆頭本體包括提供生粉末部件，該生粉末部件包括各自包括硬材料的多個(gè)顆粒；以及各自包括鈦或鈦基合金材料的多個(gè)顆粒；至少部分燒結(jié)生粉末部件；提供桿，該桿設(shè)置成用于安裝在鉆桿柱上；以及將桿直接安裝在鉆頭本體上。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，至少部分燒結(jié)生粉末部件包括部分燒結(jié)該生粉末部件，以便形成半成品結(jié)構(gòu)；在該半成品結(jié)構(gòu)中機(jī)械加工至少一個(gè)特征；以及將該半成品結(jié)構(gòu)燒結(jié)至所需的最終密度。19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，還包括在鉆頭本體的表面的至少一部分上設(shè)置一層氮化鈦，其設(shè)置成在鉆孔過程中與地層接合。20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任意一個(gè)所述的方法，還包括在至少部分燒結(jié)生粉末部件之前在生粉末部件中機(jī)械加工至少一個(gè)特征。全文摘要一種鉆地旋轉(zhuǎn)鉆頭包括鉆頭本體，該鉆頭本體包括復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有散布在整個(gè)鈦或鈦基合金基體材料中的多個(gè)硬相區(qū)域或顆粒。鉆頭還包括布置在鉆頭本體的面上的切割結(jié)構(gòu)。用于形成這種鉆頭的方法包括至少部分燒結(jié)多個(gè)硬顆粒以及多個(gè)包括鈦或鈦基合金材料的顆粒，以便形成包括顆?；w復(fù)合材料的鉆頭本體。桿可以直接安裝在鉆頭本體上。文檔編號(hào)E21B10/20GK101563521SQ200780046945公開日2009年10月21日申請(qǐng)日期2007年11月5日優(yōu)先權(quán)日2006年11月6日發(fā)明者H·肖,J·C·韋斯特霍夫,J·H·施蒂文斯,J·L·奧夫斯特里特,J·W·伊森申請(qǐng)人:貝克休斯公司