隔热封罩、冷却钻头模具的方法和使用钻头的方法专利检索-金属铸造成型和铸造专利检索查询-专利查询网

隔热封罩、冷却 钻头模具的方法和使用钻头的方法

阅读：889发布：2021-07-14

专利汇可以提供隔热封罩、冷却钻头模具的方法和使用钻头的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请公开了隔热封罩、冷却钻头模具的方法和使用钻头的方法。其中，隔热封罩包括：外壳，所述外壳具有开口端和顶端；以及内壳，所述内壳布置在所述外壳内并且包括多个侧壁构件和顶部构件。每个侧壁构件可相对于彼此并且相对于所述顶部构件独立地移动，并且所述多个侧壁构件和所述顶部构件各自包括支撑构件和定位在所述支撑构件上的隔热材料。一个或多个柔性装置布置在所述外壳与所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个之间，所述一个或多个柔性装置使所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的所述至少一个偏置抵靠可设置在所述内壳内的模具的相邻外表面。，下面是隔热封罩、冷却钻头模具的方法和使用钻头的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种隔热封罩，其包括：
外壳，所述外壳具有开口端和顶端；
内壳，所述内壳布置在所述外壳内并且包括多个侧壁构件和一个顶部构件，其中每个侧壁构件可相对于彼此并且相对于所述顶部构件独立地移动，并且其中所述多个侧壁构件和所述顶部构件各自包括支撑构件和定位在所述支撑构件上的隔热材料；以及一个或多个柔性装置，所述一个或多个柔性装置布置在所述外壳与所述多个侧壁构件中的至少一个之间，所述一个或多个柔性装置使所述多个侧壁构件中的所述至少一个偏置抵靠可设置在所述内壳内的模具的相邻外表面。
2.如权利要求1所述的隔热封罩，其中所述外壳包括：
外框架；
内框架；以及
定位在所述内框架与所述外框架之间的隔热材料。
3.如权利要求1所述的隔热封罩，其中所述一个或多个柔性装置是弹簧和致动装置中的至少一个。
4.如权利要求1所述的隔热封罩，其中所述隔热材料是选自由以下组成的组的材料：陶瓷纤维、陶瓷织物、陶瓷棉、陶瓷珠粒、陶瓷块、可模制陶瓷、耐火砖、碳纤维、石墨块、聚合物珠粒、聚合物纤维、聚合物织物、纳米复合材料、护套中的流体、金属织物、金属泡沫、金属棉、金属铸造物、其任何组合物以及其任何组合。
5.如权利要求1所述的隔热封罩，其还包括反射涂层，所述反射涂层定位在所述支撑构件中的一个或多个和所述外壳中的至少一个的内表面上。
6.如权利要求1所述的隔热封罩，其还包括隔热涂层，所述隔热涂层定位在以下中的至少一个上：所述支撑构件中的一个或多个的内表面、所述支撑构件中的一个或多个的外表面以及所述外壳的表面。
7.如权利要求1所述的隔热封罩，其中所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个的所述支撑构件定位在所述内壳的内部上并且所述隔热材料定位在所述内壳的外部上。
8.如权利要求1所述的隔热封罩，其中所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个的所述支撑构件定位在所述内壳的外部上并且所述隔热材料定位在所述内壳的内部上。
9.如权利要求1所述的隔热封罩，其中用于所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个的所述支撑构件包括从所述支撑构件水平延伸的基脚。
10.如权利要求1所述的隔热封罩，其中用于所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个的所述支撑构件包括内支撑构件和从所述内支撑构件偏移的外支撑构件，并且其中所述隔热材料定位在所述内支撑构件与所述外支撑构件之间。
11.如权利要求1所述的隔热封罩，其还包括热元件，所述热元件与所述顶部构件和所述多个侧壁构件中的一个或多个中的至少一个热连通以便将热能施加到所述模具。
12.如权利要求11所述的隔热封罩，其中所述热元件包括选自由以下组成的组的元件：
加热元件、加热的流体、放热化学反应或其任何组合。
13.如权利要求1所述的隔热封罩，其中所述多个侧壁构件中的至少一个包括堆叠在彼此顶上的多个侧壁区段，每个侧壁区段利用所述一个或多个柔性装置可移动地耦接到所述外壳的相邻内表面。
14.如权利要求13所述的隔热封罩，其中所述多个侧壁区段的耐热性从所述内壳的底部朝向所述内壳的顶部增加。
15.如权利要求1所述的隔热封罩，其中所述内壳和所述外壳中的至少一个的水平截面形状是多边形、圆形或椭圆形。
16.如权利要求1所述的隔热封罩，其中所述多个侧壁构件是弧形的。
17.如权利要求16所述的隔热封罩，其中所述多个侧壁构件中的相邻侧壁构件在所述内壳径向扩展或径向收缩时彼此交叉并且可滑动地啮合。
18.如权利要求1所述的隔热封罩，其中所述一个或多个柔性装置还被布置在所述外壳与所述顶部构件之间以便使所述顶部构件偏置抵靠所述模具的相邻外表面。
19.一种冷却钻头模具的方法，其包括：
将模具从熔炉移除，所述模具具有顶部和底部；
将所述模具放置在受热器上，其中所述底部与所述受热器相邻；
将隔热封罩下降到所述模具周围，所述隔热封罩具有外壳和可设置在所述外壳内的内壳，并且所述内壳包括多个侧壁构件和一个顶部构件，其中一个或多个柔性装置布置在所述外壳与所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个之间，并且其中每个侧壁构件可相对于彼此并且相对于所述顶部构件独立地移动；
将所述模具的相邻外表面与所述多个侧壁构件和所述顶部构件啮合，每个侧壁构件和顶部构件包括支撑构件和定位在所述支撑构件上的隔热材料；以及
从所述底部到所述顶部轴向向上冷却所述模具。
20.如权利要求19所述的方法，其中将所述模具的相邻外表面与所述多个侧壁构件和所述顶部构件啮合包括：
使所述多个侧壁构件和所述顶部构件向外扩展以便容纳所述模具；以及
利用所述一个或多个柔性装置使所述多个侧壁构件和所述顶部构件偏置抵靠所述模具的所述相邻外表面。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述一个或多个柔性装置中的至少一个是致动装置，所述方法还包括致动所述致动装置以促使所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的对应的一个或多个与所述模具的所述相邻外表面啮合。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述多个侧壁构件是弧形的并且所述多个侧壁构件中的相邻侧壁构件是交叉的，所述方法还包括当所述内壳径向扩展或径向收缩以啮合所述模具的所述相邻外表面时将所述相邻侧壁构件彼此滑动地啮合。
23.如权利要求19所述的方法，通过利用与所述模具的所述相邻外表面啮合的所述多个侧壁构件和所述顶部构件实现的传导来冷却所述模具。
24.如权利要求19所述的方法，其还包括利用与所述顶部构件热连通的热元件向所述模具的所述顶部施加热能，所述热元件包括选自由以下组成的组的元件：加热元件、加热的流体、放热化学反应或其任何组合。
25.如权利要求19所述的方法，其还包括利用所述受热器从所述模具的所述底部吸出热能。
26.如权利要求19所述的方法，其中所述多个侧壁构件中的至少一个包括堆叠在彼此顶上的多个侧壁区段，每个侧壁区段利用一个或多个柔性装置可移动地耦接到所述外壳的所述相邻内表面，所述方法还包括从所述内壳的底部朝向所述内壳的顶部增加所述多个侧壁区段的耐热性。
27.一种使用钻头的方法，其包括：
将钻头引入到井筒中，所述钻头是在模具内形成的，所述模具在熔炉中进行加热并且随后冷却，其中冷却所述钻头包括：
将所述模具从所述熔炉移除，所述模具具有顶部和底部，以及将所述模具放置在受热器上，其中所述底部与所述受热器相邻；
将隔热封罩下降到所述模具周围，所述隔热封罩具有外壳和可设置在所述外壳内的内壳，并且所述内壳包括多个侧壁构件和一个顶部构件，其中一个或多个柔性装置布置在所述外壳与所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个之间，并且其中每个侧壁构件可相对于彼此并且相对于所述顶部构件独立地移动；
将所述模具的相邻外表面与所述多个侧壁构件和所述顶部构件啮合，每个侧壁构件和顶部构件包括支撑构件和定位在所述支撑构件上的隔热材料；以及
从所述底部到所述顶部轴向向上冷却所述模具；以及
利用所述钻头来钻探所述井筒的一部分。

说明书全文

隔热封罩、冷却 钻头模具的方法和使用钻头的方法

技术领域

[0001] 本公开涉及油田工具制造，并且更具体地，涉及在制造期间帮助控制钻头的热特性曲线的隔热封罩。

背景技术

[0002] 旋转钻头通常用来钻探油气井、地热井和水井。一种类型的旋转钻头是具有钻头体的固定切削刃钻头，所述钻头体包括胎体和加强材料，即本文所提到的“胎体钻头”。胎体钻头通常包括定位在胎体钻头体的外部上的选定位置处的切削元件或镶齿。流体流动通道形成在胎体钻头体内以允许来自相关表面钻探设备的钻探流体穿过附接到胎体钻头体的钻柱或钻杆的连通。钻探流体对胎体钻头上的切削元件进润滑。

[0003] 胎体钻头通常通过将粉末材料放置到模具中并且利用粘结剂材料(诸如金属合金)熔浸所述粉末材料而制成。所得到的胎体钻头的各种特征(诸如刀片、切削刃槽和/或流体流动通道)可通过使模具腔成形和/或通过将临时置换材料定位在模具腔的内部部分内来提供。预成型的钻头坯体(或钢质柄部)可放置在模具腔内以便向胎体钻头体提供加强作用并且允许所得到的胎体钻头与钻柱的附接。随后，一定量的胎体加强材料(通常呈粉末形式)可与一定量的粘结剂材料一起放置在模具腔内。

[0004] 然后，将模具放置在熔炉内并且将模具的温度增加到期望的温度以允许粘结剂(例如，金属合金)液化并且熔浸胎体加强材料。熔炉通常将这种期望的温度维持到熔浸过程被认为完成的时刻，诸如当钻头中的特定位置达到某一温度时。一旦已经达到所指定的过程时间或温度时，就将包含熔浸的胎体钻头的模具从熔炉移除。当将模具从熔炉移除时，所述模具开始通过热传递快速将热量散失到其周围环境中，诸如辐射和/或在所有方向上(包括径向地从钻头轴以及轴向地与钻头轴平行)的对流。在冷却之后，熔浸的粘结剂(例如，金属合金)凝固并且结合胎体加强材料以形成金属胎体组合物式钻头体并且还将钻头体结合到钻头坯体以形成所得到的胎体钻头。

[0005] 通常，冷却开始于熔浸胎体的周围并且向内继续，其中钻头体的中心以最慢的速率冷却。因此，甚至在钻头体的熔浸胎体的表面已经冷却之后，大量的熔融材料可能仍然留在钻头体的中心。在熔融材料冷却时，存在可导致在钻头体内形成孔隙的收缩趋势，除非熔融材料能够继续回填此类孔隙。在一些情况下，例如，钻头体内的一个或多个中间区域可在相邻区域之前固化并且由此将熔融材料的流动阻止到收缩孔隙度正在发展的位置处。在其他情况下，收缩孔隙度可导致钻头坯体与熔融材料之间的接触面处的不良冶金结合，这可能导致在钻头体内形成可能很难或不可能检查出来的裂缝。当存在和/或检测到此类结合缺陷时，钻头通常在制造期间或制造之后被废弃或者钻头的使用期限可大幅度降低。如果未检测到这些缺陷并且在井场处的工作中使用钻头，那么钻头可能发生故障和/或对钻井造成损害，包括钻机运转时间的损失。发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中的上述问题。

[0007] 根据本发明的一个方面，提出了一种隔热封罩，其包括：外壳，所述外壳具有开口端和顶端；内壳，所述内壳布置在所述外壳内并且包括多个侧壁构件和一个顶部构件，其中每个侧壁构件可相对于彼此并且相对于所述顶部构件独立地移动，并且其中所述多个侧壁构件和所述顶部构件各自包括支撑构件和定位在所述支撑构件上的隔热材料；以及一个或多个柔性装置，所述一个或多个柔性装置布置在所述外壳与所述多个侧壁构件中的至少一个之间，所述一个或多个柔性装置使所述多个侧壁构件中的所述至少一个偏置抵靠可设置在所述内壳内的模具的相邻外表面。

[0008] 优选地，所述外壳包括：外框架；内框架；以及定位在所述内框架与所述外框架之间的隔热材料。

[0009] 优选地，所述一个或多个柔性装置是弹簧和致动装置中的至少一个。

[0010] 优选地，所述隔热材料是选自由以下组成的组的材料：陶瓷纤维、陶瓷织物、陶瓷棉、陶瓷珠粒、陶瓷块、可模制陶瓷、编织陶瓷、铸造陶瓷、耐火砖、碳纤维、石墨块、聚合物珠粒、聚合物纤维、聚合物织物、纳米复合材料、护套中的流体、金属织物、金属泡沫、金属棉、金属铸造物、其任何组合物以及其任何组合。

[0011] 优选地，隔热封罩还包括反射涂层，所述反射涂层定位在所述支撑构件中的一个或多个和所述外壳中的至少一个的内表面上。

[0012] 优选地，隔热封罩还包括隔热涂层，所述隔热涂层定位在以下中的至少一个上：所述支撑构件中的一个或多个的内表面、所述支撑构件中的一个或多个的外表面以及所述外壳的表面。

[0013] 优选地，所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个的所述支撑构件定位在所述内壳的内部上并且所述隔热材料定位在所述内壳的外部上。

[0014] 优选地，所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个的所述支撑构件定位在所述内壳的外部上并且所述隔热材料定位在所述内壳的内部上。

[0015] 优选地，用于所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个的所述支撑构件包括从所述支撑构件水平延伸的基脚。

[0016] 优选地，用于所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个的所述支撑构件包括内支撑构件和从所述内支撑构件偏移的外支撑构件，并且其中所述隔热材料定位在所述内支撑构件与所述外支撑构件之间。

[0017] 优选地，隔热封罩还包括热元件，所述热元件与所述顶部构件和所述多个侧壁构件中的一个或多个中的至少一个热连通以便将热能施加到所述模具。

[0018] 优选地，所述热元件包括选自由以下组成的组的元件：加热元件、热交换器、辐射加热器、电加热器、红外加热器、感应加热器、加热带、加热的线圈、加热的流体(流动的或静态的)、放热化学反应或其任何组合。

[0019] 优选地，所述多个侧壁构件中的至少一个包括堆叠在彼此顶上的多个侧壁区段，每个侧壁区段利用所述一个或多个柔性装置可移动地耦接到所述外壳的相邻内表面。

[0020] 优选地，所述多个侧壁区段的耐热性从所述内壳的底部朝向所述内壳的顶部增加。

[0021] 优选地，所述内壳和所述外壳中的至少一个的水平截面形状是多边形、圆形或椭圆形。

[0022] 优选地，所述多个侧壁构件是弧形的。

[0023] 优选地，所述多个侧壁构件中的相邻侧壁构件在所述内壳径向扩展或径向收缩时彼此交叉并且可滑动地啮合。

[0024] 优选地，所述一个或多个柔性装置还被布置在所述外壳与所述顶部构件之间以便使所述顶部构件偏置抵靠所述模具的相邻外表面。

[0025] 根据本发明的另一个方面，提出了一种冷却钻头模具的方法，其包括：将模具从熔炉移除，所述模具具有顶部和底部；将所述模具放置在受热器上，其中所述底部与所述受热器相邻；将隔热封罩下降到所述模具周围，所述隔热封罩具有外壳和可设置在所述外壳内的内壳，并且所述内壳包括多个侧壁构件和一个顶部构件，其中一个或多个柔性装置布置在所述外壳与所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个之间，并且其中每个侧壁构件可相对于彼此并且相对于所述顶部构件独立地移动；将所述模具的相邻外表面与所述多个侧壁构件和所述顶部构件啮合，每个侧壁构件和顶部构件包括支撑构件和定位在所述支撑构件上的隔热材料；以及从所述底部到所述顶部轴向向上冷却所述模具。

[0026] 优选地，将所述模具的相邻外表面与所述多个侧壁构件和所述顶部构件啮合包括：使所述多个侧壁构件和所述顶部构件向外扩展以便容纳所述模具；以及利用所述一个或多个柔性装置使所述多个侧壁构件和所述顶部构件偏置抵靠所述模具的所述相邻外表面。

[0027] 优选地，所述一个或多个柔性装置中的至少一个是致动装置，所述方法还包括致动所述致动装置以促使所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的对应的一个或多个与所述模具的所述相邻外表面啮合。

[0028] 优选地，所述多个侧壁构件是弧形的并且所述多个侧壁构件中的相邻侧壁构件是交叉的，所述方法还包括当所述内壳径向扩展或径向收缩以啮合所述模具的所述相邻外表面时将所述相邻侧壁构件彼此滑动地啮合。

[0029] 优选地，通过利用与所述模具的所述相邻外表面啮合的所述多个侧壁构件和所述顶部构件实现的传导来冷却所述模具。

[0030] 优选地，该方法还包括利用与所述顶部构件热连通的热元件向所述模具的所述顶部施加热能，所述热元件包括选自由以下组成的组的元件：加热元件、热交换器、辐射加热器、电加热器、红外加热器、感应加热器、加热带、加热的线圈、加热的流体(流动的或静态的)、放热化学反应或其任何组合。

[0031] 优选地，该方法还包括利用所述受热器从所述模具的所述底部吸出热能。

[0032] 优选地，所述多个侧壁构件中的至少一个包括堆叠在彼此顶上的多个侧壁区段，每个侧壁区段利用一个或多个柔性装置可移动地耦接到所述外壳的所述相邻内表面，所述方法还包括从所述内壳的底部朝向所述内壳的顶部增加所述多个侧壁区段的耐热性。

[0033] 根据本发明的又一个方面，提出了一种使用钻头的方法，其包括：将钻头引入到井筒中，所述钻头是在模具内形成的，所述模具在熔炉中进行加热并且随后冷却，其中冷却所述钻头包括：将所述模具从所述熔炉移除，所述模具具有顶部和底部，以及将所述模具放置在受热器上，其中所述底部与所述受热器相邻；将隔热封罩下降到所述模具周围，所述隔热封罩具有外壳和可设置在所述外壳内的内壳，并且所述内壳包括多个侧壁构件和一个顶部构件，其中一个或多个柔性装置布置在所述外壳与所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个之间，并且其中每个侧壁构件可相对于彼此并且相对于所述顶部构件独立地移动；将所述模具的相邻外表面与所述多个侧壁构件和所述顶部构件啮合，每个侧壁构件和顶部构件包括支撑构件和定位在所述支撑构件上的隔热材料；以及从所述底部到所述顶部轴向向上冷却所述模具；以及利用所述钻头来钻探所述井筒的一部分。

[0034] 本发明的有益效果在于，基于本发明的技术方案，克服了现有技术中的问题。附图说明

[0035] 以下附图被包括来用于说明本公开的特定方面，并且不应视作排他性实施方案。所公开的主题能够在不脱离本公开的范围的情况下在形式和功能上进行相当多的修改、改变、组合以及等效化。

[0036] 图1示出可根据本公开的原理制造的示例性固定切削刃钻头。

[0037] 图2A-图2C示出根据本公开的原理制造钻头的示例性方法的进展示意图。

[0038] 图3示出根据一个或多个实施方案的示例性隔热封罩的截面侧视图。

[0039] 图4A-图4C示出根据一个或多个实施方案的另一个示例性隔热封罩的各种实施方案的截面侧视图。

[0040] 图5A-图5E示出根据一个或多个实施方案的示例性隔热封罩的各种截面顶视图。

[0041] 图6A-图6C示出根据一个或多个实施方案的另一个示例性隔热封罩的截面顶视图。

具体实施方式

[0042] 本公开涉及油田工具制造，并且更具体地，涉及在制造期间帮助控制钻头的热特性曲线的隔热封罩。

[0043] 所公开的是隔热封罩的实施方案，所述隔热封罩被构造来帮助控制胎体钻头模具的热特性曲线，并且由此有助于所述模具内的熔融内容物的定向凝固。隔热封罩可包括内壳，所述内壳提供被构造来啮合模具的外表面的多个可独立移动的构件(例如，壁)。在至少一些实施方案中，可独立移动的壁可允许给定的隔热封罩(即“热帽”)与一定范围的模具尺寸(例如，直径和高度)而不是特定的模具直径兼容。可独立移动的壁还可确保隔热封罩在下降时不会使模具翻倒，并且帮助确保所述模具在隔热封罩内居中。可独立移动的构件还可确保在冷却过程期间与模具紧密接触或靠近所述模具、紧挨着所述模具受控地定位。耦接到可独立移动的构件的偏置构件还可策略性地定位来控制或影响可独立移动的构件的移动范围。例如，柔性装置可耦接到可独立移动的构件，以使得可独立移动的构件朝向隔热封罩的底部具有更大的移动范围，同时在顶部附近具有更小的或没有移动范围，以便在容器中提供足够的空隙以容纳模具，而无需可独立移动的构件的过度“游动”。

[0044] 因为可独立移动的构件能够在物理上啮合模具的外表面，所以代替或除了辐射或对流，模具可通过传导显著地冷却。如将理解的，辐射热通量强烈地取决于温度并且在高温下与传导热通量相比是显著的。因此，本文所公开的实施方案可有利于更多地控制冷却过程，这帮助优化模具内的熔融内容物的定向凝固，因此防止收缩孔隙度。通过定向凝固，可以推动或促使任何潜在的缺陷朝向模具的顶部区域，在所述顶部区域中可以随后在修整操作期间将它们加工去除。此外，由于独立构件可以是可径向移动的并且另外是柔性的，隔热封罩可以能够容纳比当前利用现有隔热封罩设计可能容纳的尺寸更宽范围的模具尺寸。

[0045] 图1示出可根据本公开的原理制造的固定切削刃钻头100的实例的透视图。如图所示，固定切削刃钻头100(在下文中称为“钻头100”)可包括或以其他方式限定沿着钻头头部104的圆周布置的多个切削刀片102。钻头头部104连接到柄部106以形成钻头体108。柄部
106可通过焊接，诸如使用致使围绕焊接槽112形成焊缝110的激光电弧焊接而连接到钻头头部104。柄部106还可包括或以其他方式连接到螺纹销114，诸如美国石油协会(API)钻杆螺纹。

[0046] 在所描绘的实例中，钻头100包括五个切削刀片102，其中形成多个凹槽或凹部116(也被称为“插孔”和/或“插座”)。切削元件118，或者称为镶齿，可固定地安装在每个凹部116内。这例如可通过将每个切削元件118钎焊到对应的凹部116中完成。当在使用中旋转钻头100时，切削元件118啮合岩石和下方的土制材料，以便挖掘、刮掉或磨掉被穿透地层的材料。

[0047] 在钻探操作期间，可通过钻柱(未示出)向井下泵送钻探流体(通常被称为“泥浆”)，所述钻柱在螺纹销114处耦接到钻头100。钻探流体循环通过钻头100并且在一个或多个喷嘴120处离开所述钻头100，所述一个或多个喷嘴120定位在限定于钻头头部104中的喷嘴开口122中。排屑槽124形成在每对相邻的切削刀片102之间，钻屑、井下碎片、地层流体、钻探流体等可沿着所述排屑槽124在环空内移动并且循环回到钻井表面，所述环空形成在钻柱的外部部分与正在钻探的井筒的内部(未明确示出)之间。

[0048] 图2A-图2C是顺序地示出根据本公开的原理制造钻头(诸如图1的钻头100)的示例性方法的示意图。在图2A中，模具200放置在熔炉202内。虽然在图2A-图2C中未明确描绘，但是模具200可包括并且以其他方式包含生产钻头所需的所有必要材料和组成部件，包括但不限于加强材料、粘结剂材料、置换材料、钻头坯体等。

[0049] 对于一些应用来说，两种或更多种不同类型的胎体加强材料或粉末可定位在模具200中。此类胎体加强材料的实例可包括但不限于碳化钨、碳化一钨(WC)、碳化二钨(W2C)、粗晶碳化钨、其他金属碳化物、金属硼化物、金属氧化物、金属氮化物、天然和人造金刚石以及多晶金刚石(PCD)。其他金属碳化物的实例可包括但不限于碳化钛和碳化钽，并且也可使用此类材料的各种混合物。可使用的各种粘结剂(熔浸)材料包括但不限于铜(Cu)、镍(Ni)、锰(Mn)、铅(Pb)、锡(Sn)、钴(Co)和银(Ag)的金属合金。有时还可以添加少量的磷(P)以便降低定位在模具200中的熔浸材料的熔融温度范围。此类金属合金的各种混合物也可用作粘结剂材料。

[0050] 模具200和其内容物的温度在熔炉202内升高直到粘结剂液化并且能够熔浸胎体材料。一旦模具200中的指定位置在熔炉202中达到特定温度，或者模具200在熔炉202内以其他方式维持在特定温度下持续预先确定的时间量，那么就将模具200从熔炉202移除。一经从熔炉202移除，模具200就立即开始通过向其周围环境辐射热能而损失热量，同时热量还通过来自熔炉202外部的冷空气对流散掉。在一些情况下，如图2B所描绘的，可以将模具200运输到受热器206并设置在其上。从模具200到环境的辐射热损失和对流热损失继续直到隔热封罩208下降到模具200周围。

[0051] 隔热封罩208可以是用来隔离模具200并且由此减缓冷却过程的刚性壳或结构。在一些情况下，隔热封罩208可包括附接到其顶部表面的挂钩210。挂钩210可提供诸如用于提升构件的附接位置，由此隔热封罩208可以由所述提升构件抓持和/或以其他方式附接到其上以用于运输。例如，链条或钢丝绳212可耦接到挂钩210以便提升并且移动隔热封罩208，如图所示。在其他情况下，轴柄或其他类型的操纵器(未示出)可抓持在挂钩210上以便将隔热封罩208移动到期望的位置。

[0052] 在一些实施方案中，隔热封罩208可包括外框架214、内框架216和定位在外框架214与内框架216之间的隔热材料218。在一些实施方案中，外框架214和内框架216两者可由轧制钢制成并且成型(即，弯曲、焊接等)为隔热封罩208的一般形状、设计和/或构造。在其他实施方案中，内框架216可以是将隔热材料218保持在外框架214与内框架216之间的金属丝网。隔热材料218可选自多种隔热材料，诸如下文所讨论的那些。在至少一个实施方案中，隔热材料218可以是陶瓷纤维毛毡，诸如等。

[0053] 如图2C所描绘的，隔热封罩208可封闭模具200，以使得从模具200辐射的热能从模具200的顶部和侧面大幅度减少并且替代地基本上向下引导并且另外朝向/进入受热器206或朝向模具200返回。在所示出的实施方案中，受热器206是冷却板，该冷却板被设计来使流体(例如，水)相对于模具200在降低的温度下循环(即，在周围环境处或附近)以便从模具200吸取热能进入循环流体，并且由此降低模具200的温度。然而，在其他实施方案中，受热器206可以是被构造来促进从模具200的底部220到受热器206的热传递的任何类型的冷却装置或热交换器。在另外其他实施方案中，受热器206可以是可支撑模具200并且优选地具有高热容量的任何稳定或刚性表面，诸如混凝土板或地板。

[0054] 因此，一旦隔热封罩208围绕模具200布置并且受热器206进行操作，热能的大部分就通过模具200的底部220转移离开模具200并且进入受热器206。模具200和其内容物(即，胎体钻头)的这种受控冷却允许用户在一定程度上调节或控制模具200的热特性曲线并且可致使定位在模具200内的钻头的熔融内容物的定向凝固，其中钻头的轴向凝固超过其径向凝固。在模具200内，钻头的面(即，钻头的包括切削刃的末端)可定位在模具200的底部220处并且另外与受热器206相邻，同时柄部106(图1)可与模具200的顶部相邻定位。因此，可以从切削刃118(图1)朝向柄部106(图1)以轴向向上方式冷却钻头。这种定向凝固(从下而上)在以下方面可证明是有利的：减少由于收缩孔隙度、钻头坯体与熔融材料之间的接触面处的裂缝以及喷嘴裂缝而导致的孔隙的发生。

[0055] 虽然图1描绘固定切削刃钻头100并且图2A-图2C讨论在模具200内一般性钻头的生产，但是本公开的原理同样适用于任何类型的油田钻头或切削工具，包括但不限于固定角度的钻头、牙轮钻头、取芯钻头、双心钻头、孕镶钻头、扩孔器、稳定器、开孔器、切削刃、切削元件等。此外，应当理解，本公开的原理还可应用于制造至少部分地通过使用模具形成的其他类型的工具和/或部件。例如，本公开的教义还可适用于(但不限于)不可回收的钻探部件、与井筒的套管钻探相关的铝钻头体、钻柱稳定器、用于牙轮钻头的牙轮、用于锻造用来制造牙轮钻头的支撑臂的压模的模型、用于固定扩孔器的臂、用于可扩展扩孔器的臂、与可扩展扩孔器相关的内部部件、附接到旋转钻头的沿井孔上行末端的套筒、旋转导向工具、随钻测井工具、随钻测量工具、井壁取芯工具、捕鱼叉、冲洗工具、转子、定子和/或用于井下钻探电机的外罩、刀片和用于井下涡轮的外罩以及具有与形成井筒相关的复杂构造和/或不对称几何形状的其他井下工具。

[0056] 根据本公开，可通过改变隔热封罩208的构造和/或设计来增强对模具200的热特性曲线的控制。更具体地说，本文描述的实施方案提供包括内壳的隔热封罩，所述内壳具有被构造来啮合模具200的外表面的多个可独立移动的构件。所述独立构件可以是可径向移动的并且另外是柔性的，并且因此能够容纳比当前利用现有隔热封罩设计可能容纳的尺寸更宽范围的模具200尺寸。所述独立构件能够容纳并且在物理上啮合模具200的外表面，以便消除或至少减小或最小化模具200与隔热封罩的隔热特征之间的任何间隙和任何对应的空气腔。隔热特征与模具200之间的这种可靠啮合帮助增加或最大化传导性热传递，同时减少或最小化通过辐射和/或对流导致的冷却。由于辐射热通量强烈地取决于温度并且与高温下的传导热通量相比是显著的，本文所公开的实施方案可有利于更多地控制用于模具200的冷却过程并且优化模具200内的熔融内容物(例如，钻头)的定向凝固。通过定向凝固，可以推动或以其他方式促使任何潜在的缺陷(例如，孔隙)朝向所述模具的顶部区域，在所述顶部区域中可以稍后在修整操作期间将它们加工去除。

[0057] 图3是根据一个或多个实施方案的示例性隔热封罩300的截面侧视图。隔热封罩300在一些方面可类似于图2B和图2C的隔热封罩208，并且由此也可参考那些附图来进一步理解，其中相同的数字指示相同的元件或部件，相同的元件或部件不再进行描述。如图所示，隔热封罩300可包括外壳302和定位在所述外壳302内的内壳304。

[0058] 在一些实施方案中，外壳302可以是被构造来对内壳304提供结构支撑的刚性结构。例如，外壳302可由刚性材料诸如轧制钢材制成，并且被制造(例如，弯曲、焊接等)成能够将内壳304容纳在其中的一般形状、设计和构造。在一些实施方案中，外壳302可基本上类似于图2B和图2C的隔热封罩208。例如，外壳302可包括外框架214、内框架216以及定位在其间的隔热材料218。

[0059] 外壳302可被构造并且以其他方式被设定尺寸来将内壳304和模具200接收在其中。为了实现这个目的，外壳302可为大致圆柱形的并且具有开口端305a和顶端305b。开口端305a可成型为使得能够接收内壳304和模具200，并且顶端305b可提供上文描述的挂钩210。外壳302可表现出将容纳内壳304形状的任何适合的水平截面形状，包括但不限于圆形、椭圆形、多边形、带有圆角的多边形或其任何混合体。在一些实施方案中，外壳302在不同的垂直位置处可表现出不同的水平截面形状和/或尺寸。

[0060] 内壳304可包括或以其他方式提供多个独立构件306(示出为构件306a、306b和306c)，所述独立构件306允许内壳304独立于并且相对于外壳302移动。在所示出的实施方案中，第一构件306a和第二构件306b可表征为并且另外被称为内壳304的侧壁构件，并且第三构件306c可表征为并且另外被称为内壳304的顶部构件。虽然图3仅描绘两个侧壁构件
306a、306b，但是可采用超过两个侧壁构件306a、306b，如下文所讨论的。

[0061] 每个侧壁构件306a、306b和顶部构件306c可以是可移动地耦接到外壳302的内表面(例如，内框架216)。例如，在一些实施方案中，侧壁构件306a、306b和顶部构件306c可利用耦接构件(例如像，铰链、轨道或支撑构件)耦接到内框架216。可替代地或除此之外，侧壁构件306a、306b和顶部构件306c可以利用一个或多个柔性装置308可移动地耦接到内框架216，所述一个或多个柔性装置308可使侧壁构件306a、306b和顶部构件306c的移动发生偏斜。在另外其他实施方案中，如目本讨论中将假设的，柔性装置308各自可以是将侧壁构件
306a、306b和顶部构件306c耦接到内框架216的独立偏置构件。在这个实施方案中，柔性装置308可被构造来使每个对应的侧壁构件306a、306b和顶部构件306c偏置并且以其他方式被迫抵靠模具200的相邻外表面。侧壁构件306a、306b和顶部构件306c可在物理上和结构上彼此独立，以使得各自能够与模具200的不同的相邻外表面相符。

[0062] 应注意，虽然图3将两个柔性装置308描绘为附接到每个侧壁构件306a、306b和顶部构件306c，但是应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下可以采用多于或少于两个柔性装置308。在一些实施方案中，例如，柔性装置308可以策略性地定位以便控制或影响侧壁构件306a、306b和顶部构件306c的移动范围。在至少一个实施方案中，柔性装置308可被布置成使得侧壁构件306a、306b朝向开口端305a具有更大的移动范围。

[0063] 在所示出的实施方案中，柔性装置308是弹簧，诸如螺旋弹簧、片状弹簧等。然而，在其他实施方案中，柔性装置308可以是能够使侧壁构件306a、306b和顶部构件306c偏置抵靠模具200的相邻外表面的任何类型的柔性构件、装置或机构。在至少一个实施方案中，例如，柔性装置308中的一个或多个可以是构造成被加压并且以其他方式被致动来促使侧壁构件306a、306b和顶部构件306c抵靠模具200的外表面的致动装置，诸如空气汽缸。在其他实施方案中，柔性装置308中的一个或多个可以是活塞式螺线管组件，所述活塞式螺线管组件被构造成被致动以使得活塞径向延伸而促使侧壁构件306a、306b和顶部构件306c抵靠模具200的外表面。本领域的技术人员将容易理解，若干不同变型形式和/或类型的致动装置(即，机械的、电动机械的、电气的、液压的、气动的等)可用作柔性装置308以实现本公开的目标。

[0064] 在另外其他实施方案中，两个或更多个柔性装置308可用来连接给定的侧壁构件306a、306b或顶部构件306c并且可以是不同类型的柔性装置308。例如，一个柔性装置308可以是致动的活塞并且第二柔性装置可以是弹簧。在这种实施方案中，所述两个柔性装置308可以证明在以下方面是有利的：使侧壁构件306a、306b倾斜以使得在侧壁构件之间、靠近基部的开口足以接受模具200，而侧壁构件之间的在模具200顶部处的开口不改变尺寸。此类混合的柔性/致动设计可产生某些优点，诸如降低成本设计、减少控制要求以及有助于在隔热封罩300下降时确保其正确对准。以下给出对柔性构件的另外描述。

[0065] 每个侧壁构件306a、306b和顶部构件306c可以是由支撑构件310以及定位在支撑构件310上的隔热材料312组成的组合结构。将隔热材料312定位在支撑构件310上可包括通过各种构造将隔热材料312耦接到支撑构件310、由支撑构件310支撑和/或与支撑构件310接触。支撑构件310可由任何刚性材料制成，所述材料包括但不限于金属、陶瓷(例如，模制的陶瓷基板)、复合材料、其组合等。在至少一个实施方案中，支撑构件310可以是金属网。在所示出的实施方案中，隔热材料312可例如使用一个或多个机械紧固件314(例如，螺钉、螺栓、销等)附接到支撑构件310。然而，在其他实施方案中，隔热材料312可使用焊接或钎焊技术或者焊接、钎焊和/或机械紧固件314的组合附接到支撑构件310。在其他实施方案中，如下文所讨论的，支撑构件310可被构造来利用基脚420(图4A)支撑隔热材料312并且由此或许在不使用紧固或结合方法的情况下将隔热材料312维持在适当位置。

[0066] 隔热材料312可包括但不限于：陶瓷(例如，可以是结晶的、非结晶的、半结晶的氧化物、碳化物、硼化物、氮化物和硅化物)、聚合物、隔热金属复合材料、碳、纳米复合材料、泡沫、流体(例如，空气)、其任何组合物或其任何组合。隔热材料312还可包括但不限于呈以下形式的材料：珠粒、微粒、薄片、纤维、羊毛、织造织物、膨化织物、片材、砖块、石头、块体、铸造形状、模制形状、泡沫、喷淋隔热体等、其任何混合物或其任何组合。因此，可用作隔热材料312的合适材料的实例可包括但不限于：陶瓷、陶瓷纤维、陶瓷织物、陶瓷棉、陶瓷珠粒、陶瓷块、可模制陶瓷、编织陶瓷、铸造陶瓷、耐火砖、碳纤维、石墨块、成型的石墨块、聚合物珠粒、聚合物纤维、聚合物织物、纳米复合材料、护套中的流体、金属织物、金属泡沫、金属棉、金属铸造物等、其任何组合物或其任何组合。

[0067] 可用作隔热材料312的合适材料可以能够将模具200维持在一定温度下，所述温度的范围为从约-200℃(-325℉)、-100℃(-150℉)、0℃(32℉)、150℃(300℉)、175℃(350℉)、260℃(500℉)、400℃(750℉)、480℃(900℉)或535℃(1000℉)的下限到约870℃(1600℉)、815℃(1500℉)、705℃(1300℉)、535℃(1000℉)、260℃(500℉)、0℃(32℉)或-100℃(-150℉)的上限，其中所述温度的范围可以是从任一下限到任一上限的范围并且包含其间的任何子集。此外，可用作隔热材料312的合适材料可以能够承受一定的温度，所述温度的范围为从约-200℃(-325℉)、-100℃(-150℉)、0℃(32℉)、150℃(300℉)、260℃(500℉)、400℃(750℉)或535℃(1000℉)的下限到约870℃(1600℉)、815℃(1500℉)、705℃(1300℉)、535℃(1000℉)、0℃(32℉)或-100℃(-150℉)的上限，其中所述温度的温度可以是从任一下限到任一上限并且包含其间的任何子集。本领域的技术人员将容易理解，可针对特定应用和将在隔热封罩300内维持的特定温度来适当地选择隔热材料312。此外，隔热材料
312的实例同样可应用于外壳302的隔热材料218(如果使用的话)。

[0068] 在一些实施方案中，除了或独立于上文提及的材料，反射涂层或材料可定位在侧壁构件306a、306b和顶部构件306c中的一个或多个或外壳302的内表面上。更具体地说，反射涂层或材料可粘附到和/或喷洒到支撑构件310中的一个或多个或外壳302的内表面上，以便将从模具200散发的一定量的热能朝向模具200反射回去或者将从隔热材料312散发的一定量的热能朝向隔热材料312反射回去。此外，可以将隔热涂层(诸如热障涂层)施加到支撑构件310、隔热材料312或外壳302的内表面和/或外表面。这种隔热涂层可提供相邻材料(诸如模具200与支撑构件310或支撑构件310与隔热材料312)之间的热障，或者可另外提供对隔热材料312与外壳302或柔性装置308之间的辐射热传递的抵抗。在其他实施方案中，或除此之外，可以对支撑构件310中的一个或多个的内表面进行抛光以便增加其辐射率。

[0069] 现在提供隔热封罩300的示例性操作。如上所述，可以将模具200从熔炉202(图2A)移除并放置在受热器206(图2B和图2C)上以便开始模具200内的熔融内容物的定向冷却和凝固。随后，可以使用挂钩210和钢丝绳212或可以能够抓持在挂钩210或隔热封罩300的任何部分上的任何其他类型的装置来将隔热封罩300下降到模具200周围。

[0070] 当隔热封罩300下降到模具200之上时，内壳304可允许相对于外壳302的移动以便在模具200周围提供足够的空隙。更具体地说，侧壁构件306a、306b和顶部构件306c可以能够在偏置并且优选地耦接到柔性装置308时移动，这样使得隔热封罩300可容纳模具200的特定尺寸和形状。一旦完全下降到模具200之上，侧壁构件306a、306b和顶部构件306c就可以在物理上接触模具200的相邻外表面并且通过柔性装置308而被迫来维持这种物理接触。在柔性装置308中的一个或多个是致动装置的实施方案中，柔性装置308可在物理上缩回，同时隔热封罩300下降到模具200之上以便容纳模具200的尺寸和形状。一旦隔热封罩300完全下降到模具200周围，柔性装置308就可以被致动来维持侧壁构件306a、306b和顶部构件
306c与模具200的相邻外表面的物理接触。

[0071] 使侧壁构件306a、306b和顶部构件306c可移动地和/或柔性地啮合到外壳302可帮助防止模具200在隔热封罩300下降到模具200周围时翻倒或受损。此外，由于侧壁构件306a、306b和顶部构件306c是可移动的，隔热封罩300可以能够容纳更宽范围的模具200尺寸，这相当于通过采用本公开的原理制造更宽尺寸范围的钻头、工具或其他部件的能力。

[0072] 在侧壁构件306a、306b和顶部构件306c与模具200物理接触的情况下，可最小化或完全减少通过辐射和/或对流从模具200转移的热能，从而使得模具200的热能显著地通过从模具200的顶部和侧面的传导、通过模具200(和潜在地内壳304)中的基本上向下并且另外朝向/通过模具200的底部220进入受热器206的传导来转移。因此，可以控制模具200(和其熔融内容物)的热特性曲线以使得模具200内的熔融内容物的定向凝固基本上在轴向方向上(例如，朝向模具200的底部220)而不是在径向方向上(穿过模具200的侧面)实现。因此，一般来说，可以从模具200的底部220朝向内壳304的顶部构件306c以轴向向上方式来促进模具200的冷却。

[0073] 在所示出的实施方案中，支撑构件310被描绘为定位在内壳304的内部上并且另外与模具200的相邻外部部分直接接触，并且隔热材料312被描绘为定位在内壳304的外部上。在此类实施方案中，柔性装置308可在一端处附接到外壳302的内表面并且在另一端处附接到隔热材料312或者延伸穿过隔热材料312进而耦接到对应的支撑构件310。

[0074] 图4A-图4C是隔热封罩400的各种实施方案或构造的截面侧视图。隔热封罩400可基本上类似于图3的隔热封罩300，并且因此也可参考图3来最佳地理解，其中相同的数字表示相同的元件或部件，相同的元件或部件不再进行详细描述。类似于图3的隔热封罩300，图4A-图4C的隔热封罩400可包括外壳302和内壳304，其中内壳304包括允许内壳304独立于并且相对于外壳302移动的多个侧壁构件306a、306b和顶部构件306c。此外，每个侧壁构件
306a、306b和顶部构件306c可使用一个或多个柔性装置308可移动地或柔性地耦接到外壳
302的内表面。

[0075] 然而，不同于图3的隔热封罩300，图4A-图4C的隔热封罩400中的侧壁构件306a、306b和顶部构件306c可表现出不同的设计或构造。更具体地说，并且参考图4A，每个侧壁构件306a、306b和顶部构件306c的支撑构件310可定位在内壳304的外部上，同时利用柔性装置308来促使隔热材料312与模具200的相邻外部部分直接接触。在此类实施方案中，柔性装置308可在一端处附接到外壳302的内表面并且在另一端处直接附接到对应的支撑构件
310。

[0076] 此外，在至少一个实施方案中，侧壁构件306a、306b的支撑构件310可包括基本上水平延伸的基脚402。基脚402可充当用于隔热材料312的支撑件并且可证明在隔热材料312包括可堆叠的和/或单独的组成材料(诸如陶瓷块或陶瓷环、可模制陶瓷、铸造陶瓷、耐火砖、石墨块或石墨环、成型的石墨块、金属铸造物或其任何组合)时尤其有用。如将理解的，在不脱离本公开的范围的情况下，基脚402同样可应用于图3的隔热封罩300。

[0077] 参考图4B，侧壁构件306a、306b的支撑构件310可定位在内壳304的内部和外部两者上，并且由此限定被构造来将隔热材料312接收在其中的腔。更具体地说，侧壁构件306a、306b的支撑构件310各自可包括内支撑构件404a和外支撑构件404b，所述外支撑构件404b从内支撑构件404a径向偏移以便将隔热材料312容纳在其间。侧壁构件306a、306b中的一个或两者还可包括定位在其底部处并且被构造来支撑隔热材料312的基脚402，所述隔热材料
312可以是可堆叠的和/或由单独的组成材料组成。基脚402可从内支撑构件404a或外支撑构件404b水平延伸或以其他方式在其间延伸。

[0078] 继续参考图4B，在至少一个实施方案中，热元件406可与顶部构件306c热连通。热元件406可以是被构造来向模具200施加热能、并且更具体地通过模具200的顶部向其施加热能的任何装置或机构。例如，热元件406可以是但不限于加热元件、热交换器、辐射加热器、电加热器、红外加热器、感应加热器、加热带、加热的线圈、加热的流体(流动的或静态的)、放热化学反应或其任何组合。用于加热元件的合适构造可包括但不限于线圈、板材、条带、带翅片的条带等或其组合。

[0079] 热元件406可以通过多种构造与顶部构件306c热连通。在所示出的实施方案中，例如，热元件406被描绘为嵌入在顶部构件306c的隔热材料312内。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，热元件406可插入隔热材料312和对应的支撑构件310，插入顶部构件306c和模具200的顶部，或者插入顶部构件306c和外壳302的顶部的内表面。热元件406在以下方面可为有用的：当所述热元件406向模具200的顶部提供热能同时受热器206从模具200的底部220吸出热能时，帮助促进模具200的熔融内容物的定向凝固。

[0080] 在一些实施方案中，一个或多个另外的热元件(未示出)也可相对于侧壁构件306a、306b放置以便促进模具200的定向冷却。例如，此类热元件可沿着模具200的外侧表面的顶部三分之一放置并且可与可相对于顶部构件306c放置的热元件406结合或独立于所述热元件406起作用。

[0081] 参考图4C，内壳304的侧壁或侧壁构件306a、306b可被分成并且以其他方式包括堆叠在彼此顶上的多个侧壁区段408(示出为侧壁区段408a、408b、408c、408d、408e和408f)。如图所示，侧壁区段408a-f被描绘为垂直地堆叠并且另外与垂直相邻的侧壁区段408a-f直接接触。每个侧壁区段408a-f可使用一个或多个柔性装置308可移动地或柔性地耦接到外壳302的内表面。因此，当隔热封罩400下落到模具200之上时，每个侧壁区段408a-f可独立于任何相邻的侧壁区段408a-f并且另外可单独啮合在模具200的相邻外表面上。

[0082] 根据本文所述的实施方案中的任一个，每个侧壁区段408a-f可包括支撑构件310和隔热材料312。例如，虽然侧壁区段408a-f将支撑构件310描绘为被定位在内壳304的内部上同时隔热材料312位于内壳304的外部上，但是本文可设想以下实施方案：其中支撑构件310被定位在内壳304的外部上同时隔热材料312位于所述内壳304的内部上并且与模具200相邻。在另外其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，侧壁区段408a-f中的一个或多个可类似于图4B所描绘的侧壁构件306a、306b并且包括其间定位有隔热材料312的内支撑构件404a和外支撑构件404b(图4B)。

[0083] 侧壁区段408a-f的尺寸和/或厚度可根据应用而变化，以便有利地改变每个侧壁区段408a-f的耐热性，并且由此帮助控制模具200内的熔融内容物的热特性曲线。在至少一个实施方案中，例如，对应于在底部220处或附近的下部侧壁区段408c和408f的隔热材料312的厚度可小于对应于在模具200顶部处或附近的上部侧壁区段408a和408d的隔热材料
312的厚度。因此，下部侧壁区段408c和408f的耐热性可小于上部侧壁区段408a和408d的耐热性。

[0084] 可替代地，可通过使用不同类型的隔热材料312来调节或以其他方式改变侧壁区段408a-f的耐热性。例如，对应于下部侧壁区段408c和408f的隔热材料312可表现出第一耐热性并且对应于上部侧壁区段408a和408d的隔热材料312可表现出第二耐热性，其中第一耐热性小于第二耐热性。

[0085] 如将理解的，在不脱离本公开的范围的情况下，上述实施方案和/或图3和图4A-图4C所描绘的特征中的任一个可互换和/或复制。此外，图4A-图4C所描绘的隔热封罩400的示例性操作可基本上类似于图3的隔热封罩300的操作，并且因此将不再进行描述。

[0086] 图5A-图5E是根据一个或多个实施方案的示例性隔热封罩的各种截面顶视图。图5A-图5E所描绘的每个隔热封罩可与上文参考图3和图4A-图4C所描述的隔热封罩300和400中的一个或两者类似(或相同)。因此，图5A-图5E的隔热封罩可参考那些其他附图的隔热封罩300、400来进一步理解，其中相同的数字将指示相同的元件或部件，相同的元件或部件将不再进行详细描述。在图5A-图5E的实施方案中，模具200被描绘为表现出基本上圆形的截面。然而，本领域的技术人员将容易理解，可替代地，模具200可以表现出其他截面形状，包括但不限于椭圆形、多边形、带有圆角的多边形或其任何混合体。

[0087] 在图5A中，示例性隔热封罩500被描绘为具有基本上正方形的水平截面形状。更具体地说，外壳302在形状上可以是正方形的，并且内壳304也可以是正方形的并且包括四个侧壁构件502(示出为侧壁构件502a、502b、502c和502d)。虽然未明确标记，但是类似于图3和图4A-图4C的侧壁构件306a、306b，每个侧壁构件502a-d可以是由支撑构件310(图3和图4A-图4C)和隔热材料312(图3和图4A-图4C)组成的复合结构。

[0088] 侧壁构件502a-d各自可使用一个或多个柔性装置308可移动地和/或柔性地耦接到外壳302的对应内表面。因此，当隔热封罩500下落到模具200之上时，每个侧壁构件502a-d的移动可独立于任何相邻侧壁构件502a-d的移动并且另外可单独啮合在模具200的外表面上。

[0089] 内壳304还可包括顶部构件504(以短虚线示出)。在一些实施方案中，顶部构件504也可表现出大致正方形的形状，如所描绘的。在此类实施方案中，侧壁构件502a-d和顶部构件504可协作地限定盒状结构。然而，在其他实施方案中，顶部构件504可表现出其他形状，包括但不限于圆形、椭圆形、或足以基本上覆盖侧壁构件502a-d的顶部的任何其他多边形形状。

[0090] 虽然未明确标记，但是类似于图3和图4A-图4C的顶部构件306c，顶部构件504可以是由支撑构件310(图3和图4A-图4C)和隔热材料312(图3和图4A-图4C)组成的复合结构。此外，类似于图3和图4A-图4C的顶部构件306c，顶部构件504可利用一个或多个柔性装置308(针对顶部构件504未示出)可移动地或柔性地耦接到外壳302的顶部内表面。

[0091] 在图5B中，另一个示例性隔热封罩510被描绘为表现出基本上八边形的水平截面形状。更具体地说，外壳302在形状上可以是八边形的，并且内壳304也可通过包括八个侧壁构件506(示出为侧壁构件506a、506b、506c、506d、506e、506f、506g和506h)而为八边形的。虽然未明确标记，但是每个侧壁构件506a-h可以是由支撑构件310(图3和图4A-图4C)和隔热材料312(图3和图4A-图4C)组成的复合结构。

[0092] 侧壁构件506a-h各自可使用一个或多个柔性装置308可移动地或柔性地耦接到外壳302的对应内表面。因此，当隔热封罩510下落到模具200之上时，每个侧壁构件506a-h可独立于任何相邻的侧壁构件506a-h并且另外可单独啮合在模具200的相邻外表面上。在一些应用中，隔热封罩510的八边形形状可允许比隔热封罩500的正方形形状更多地接触模具200。因此，隔热封罩510可以能够通过增加或最大化经由传导而不是经由辐射的热传递来更有效地或更高效地调节模具200的热特性曲线。

[0093] 内壳304还可包括顶部构件508(以短虚线示出)。在一些实施方案中，顶部构件508也可表现出大致八边形形状，但是在不脱离本公开的范围的情况下，同样可以是圆形、椭圆形或任何其他多边形形状。顶部构件508可利用一个或多个柔性装置308(针对顶部构件508未示出)可移动地或柔性地耦接到外壳302的顶部内表面。此外，虽然未明确标记，但是顶部构件508可以是由支撑构件310(图3和图4A-图4C)和隔热材料312(图3和图4A-图4C)组成的复合结构。

[0094] 在图5C中，提供了另一个示例性隔热封罩520并且所述隔热封罩520表现出基本上圆形的水平截面形状。更具体地说，外壳302在形状上可以是圆形的，并且内壳304也可以是圆形的并且包括两个弧形侧壁构件512(示出为侧壁构件512a和512b)。如本文所用，术语“弧形”是指圆弧状结构或区段。虽然未明确标记，但是每个弧形侧壁构件512a、512b可以是由支撑构件310(图3和图4A-图4C)和隔热材料312(图3和图4A-图4C)组成的复合结构。此外，弧形侧壁构件512a、512b各自可使用一个或多个柔性装置308可移动地或柔性地耦接到外壳302的内表面。因此，当隔热封罩520下落到模具200之上时，每个弧形侧壁构件512a、512b可独立于另一个并且可单独啮合在模具200的外表面上。

[0095] 内壳304还可包括顶部构件514(以短虚线示出)。在一些实施方案中，顶部构件514也可表现出大致圆形形状，如所描绘的，但是在不脱离本公开的范围的情况下，同样可以是椭圆形或任何多边形形状。顶部构件514可利用一个或多个柔性装置308(针对顶部构件514未示出)可移动地或柔性地耦接到外壳302的顶部内表面。此外，虽然未明确标记，但是顶部构件514可以是由支撑构件310(图3和图4A-图4C)和隔热材料312(图3和图4A-图4C)组成的复合结构。

[0096] 类似于隔热封罩520，图5D还描绘了表现出基本上圆形的水平截面形状的示例性隔热封罩530。内壳304可包括顶部构件514，但是还可包括四个弧形侧壁构件516(示出为侧壁构件516a、516b、516c和516d)。虽然未明确标记，但是每个弧形侧壁构件516a-d可以是由支撑构件310(图3和图4A-4C)和隔热材料312(图3和图4A-图4C)组成的复合结构。此外，侧壁构件516a-d各自可使用一个或多个柔性装置308可移动地或柔性地耦接到外壳302的内表面。因此，当隔热封罩530下落到模具200之上时，每个弧形侧壁构件516a-d可独立于其他侧壁构件516a-d并且可单独啮合在模具200的相邻外表面上。

[0097] 在图5E中，另一个示例性隔热封罩540被描绘为表现出基本上圆形的水平截面形状。更具体地说，外壳302在形状上可以是圆形的，并且内壳304也可以是圆形的并且包括六个弧形侧壁构件520(示出为侧壁构件520a、520b、520c、520d、520e和520f)。虽然未明确标记，但是每个弧形侧壁构件520a-f可以是由支撑构件310(图3和图4A-图4C)和隔热材料312(图3和图4A-图4C)组成的复合结构。此外，弧形侧壁构件520a-f各自可使用一个或多个柔性装置308可移动地或柔性地耦接到外壳302的内表面。因此，当隔热封罩540下落到模具200之上时，每个弧形侧壁构件520a-f可独立于其他侧壁构件520a-f并且可单独啮合在模具200的外表面上。

[0098] 如图所示，周向相邻的侧壁构件520a-f可彼此重叠一小段距离以形成彼此之间的交叉或嵌套的关系。这种交叉关系在以下方面可证明是有利的：当隔热封罩540下落到模具200之上时，允许内壳304的尺寸(即，直径)径向增加(或减小)。例如，在遇到表现出特定直径的模具200时，侧壁构件520a-f可以能够滑动地彼此啮合并且由此增加内壳304的圆周，而不会暴露模具200的侧面。同样，相邻的侧壁构件520a-f还可以能够滑动地彼此啮合以便减小内壳304的圆周并且由此容纳具有较小尺寸的模具200。

[0099] 内壳304还可包括顶部构件522(以短虚线示出)。在一些实施方案中，顶部构件522也可表现出大致圆形形状，如所描绘的，但是在不脱离本公开的范围的情况下，同样可以是椭圆形或任何多边形形状。顶部构件522可利用一个或多个柔性装置308(针对顶部构件522未示出)可移动地或柔性地耦接到外壳302的顶部内表面。此外，虽然未明确标记，但是顶部构件522可以是由支撑构件310(图3和图4A-图4C)和隔热材料312(图3和图4A-图4C)组成的复合结构。

[0100] 现在参考图6A-图6C，同时继续参考图5A-图5E，示出了根据一个或多个实施方案的另一个示例性隔热封罩600的截面顶视图。隔热封罩600可以与上文参考图3和图4A-图4C所描述的隔热封罩300和400中的一个或两者类似(或相同)并且因此可参考这些图来最佳地理解，其中相同的数字将指示相同的元件或部件，相同的元件或部件不再进行描述。模具200再次被描绘为表现出基本上圆形的截面，但是同样可表现出其他截面形状，包括但不限于椭圆形、多边形、带有圆角的多边形或其任何混合体。

[0101] 外壳302可类似地表现出圆形截面形状，并且包括四个侧壁构件602(示出为侧壁构件602a、602b、602c和602d)。类似于图3和图4A-图4C的侧壁构件306a、306b，每个侧壁构件602a-d可以是由支撑构件310和隔热材料312组成的复合结构。侧壁构件602a-d各自可使用一个或多个柔性装置308可移动地或柔性地耦接到外壳302的内壁/内表面。因此，当隔热封罩600下落到模具200之上时，每个侧壁构件602a-d可独立于任何相邻的侧壁构件602a-d并且另外可单独啮合在模具200的外表面上。

[0102] 图6A-图6C中的隔热材料312可被选择成使得它是可压缩的或可变形的。因此，隔热材料312可以是可重复使用的或另外用于一次性使用。在图6A中，柔性装置308被描绘为处于回缩构造，从而使得每个侧壁构件602a-d的隔热材料312从模具200的外表面径向偏移。在图6B中，柔性装置308被移动(例如，被致动)到扩展构造并且由此促使侧壁构件602a-d与模具200的外表面进行物理啮合。当侧壁构件602a-d啮合模具200时，隔热材料312可被构造来抵靠模具200的外表面变形或另外挤压。如图所示，模具200是足够大的以使得可挤压的隔热材料312的变形足以利用适当最小量的隔热材料312来封闭模具200。在图6C中，隔热封罩600被描绘为与模具200一起使用，所述模具200小于图6A和图6B中的模具。图6C中的隔热材料312变形并且完全包封模具200，实质上向外包封到支撑构件310。因此，隔热封罩600可用来潜在地容纳宽范围的模具200尺寸。

[0103] 本文所公开的实施方案包括：

[0104] 一种隔热封罩，所述隔热封罩包括：外壳，所述具有开口端和顶端；内壳，所述内壳布置在所述外壳内并且包括多个侧壁构件和一个顶部构件，其中每个侧壁构件可相对于彼此并且相对于所述顶部构件独立地移动，并且其中所述多个侧壁构件和所述顶部构件各自包括支撑构件和定位在所述支撑构件上的隔热材料；以及一个或多个柔性装置，所述一个或多个柔性装置布置在所述外壳与所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个之间，所述一个或多个柔性装置使所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的所述至少一个偏置抵靠可设置在所述内壳内的模具的相邻外表面。

[0105] B.一种方法，所述方法包括：将模具从熔炉移除，所述模具具有顶部和底部；将所述模具放置在受热器上，其中所述底部与所述受热器相邻；将隔热封罩下降到所述模具周围，所述隔热封罩具有外壳和可设置在所述外壳内的内壳，并且所述内壳包括多个侧壁构件和一个顶部构件，其中一个或多个柔性装置布置在所述外壳与所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个之间，并且其中每个侧壁构件可相对于彼此并且相对于所述顶部构件独立地移动；利用所述多个侧壁构件和所述顶部构件啮合所述模具的相邻外表面，每个侧壁构件和顶部构件包括支撑构件和定位在所述支撑构件上的隔热材料；以及从所述底部到所述顶部轴向向上冷却所述模具。

[0106] C.一种方法，所述方法包括将钻头引入到井筒中，所述钻头是在模具内形成的，所述模具在熔炉中进行加热并且随后冷却，其中冷却所述钻头包括：将所述模具从所述熔炉移除，所述模具具有顶部和底部，以及将所述模具放置在受热器上，其中所述底部与所述受热器相邻；将隔热封罩下降到所述模具周围，所述隔热封罩具有外壳和可设置在所述外壳内的内壳，并且所述内壳包括多个侧壁构件和一个顶部构件，其中一个或多个柔性装置布置在所述外壳与所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个之间，并且其中每个侧壁构件可相对于彼此并且相对于所述顶部构件独立地移动；利用所述多个侧壁构件和所述顶部构件啮合所述模具的相邻外表面，每个侧壁构件和顶部构件包括支撑构件和定位在所述支撑构件上的隔热材料；以及从所述底部到所述顶部轴向向上冷却所述模具；以及利用所述钻头来钻探所述井筒的一部分。

[0107] 实施方案A、B和C中的每一个可具有呈任何组合的以下另外的要素中的一个或多个：要素1：其中所述外壳包括外框架、内框架和定位在所述外框架与所述内框架之间的隔热材料。要素2：其中所述一个或多个柔性装置是弹簧和致动装置中的至少一个。要素3：其中所述隔热材料是选自由以下组成的组的材料：陶瓷、陶瓷纤维、陶瓷织物、陶瓷棉、陶瓷珠粒、陶瓷块、可模制陶瓷、编织陶瓷、铸造陶瓷、耐火砖、碳纤维、石墨块、成型的石墨块、聚合物珠粒、聚合物纤维、聚合物织物、纳米复合材料、护套中的流体、金属织物、金属泡沫、金属棉、金属铸造物、其任何组合物以及其任何组合。要素4：还包括反射涂层，所述反射涂层定位在所述支撑构件中的一个或多个的内表面上或所述外壳的内表面上。要素5：还包括隔热涂层，所述隔热涂层定位在所述支撑构件中的一个或多个的内表面、和所述支撑构件中的一个或多个的外表面以及所述外壳的表面中的至少一个上。要素6：其中所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个的所述支撑构件定位在所述内壳的内部上并且所述隔热材料定位在所述内壳的外部上。要素7：其中所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个的所述支撑构件定位在所述内壳的外部上并且所述隔热材料定位在所述内壳的内部上。要素8：其中用于所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个的所述支撑构件包括从所述支撑构件水平延伸的基脚。要素9：其中用于所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的至少一个的所述支撑构件包括内支撑构件和从所述内支撑构件偏移的外支撑构件，并且其中所述隔热材料定位在所述内支撑构件与所述外支撑构件之间。要素10：还包括热元件，所述热元件与所述顶部构件和所述多个侧壁构件中的一个或多个中的至少一个热连通以便将热能施加到所述模具。要素11：其中所述热元件包括选自由以下组成的组的元件：加热元件、热交换器、辐射加热器、电加热器、红外加热器、感应加热器、加热带、加热的线圈、加热的流体(流动的或静态的)、放热化学反应或其任何组合。要素12：其中所述多个侧壁构件中的至少一个包括堆叠在彼此顶上的多个侧壁区段，每个侧壁区段利用所述一个或多个柔性装置可移动地耦接到所述外壳的所述相邻内表面。要素13：其中所述多个侧壁区段的耐热性从所述内壳的底部朝向所述内壳的顶部增加。要素14：其中所述内壳和外壳中的至少一个的水平截面形状是多边形、圆形或椭圆形。要素15：其中所述多个侧壁构件是弧形的。要素16：其中所述多个侧壁构件中的相邻侧壁构件在所述内壳径向扩展或径向收缩时彼此交叉并且可滑动地啮合。

[0108] 要素17：其中将所述模具的相邻外表面与所述多个侧壁构件和所述顶部构件啮合包括使所述多个侧壁构件和所述顶部构件向外扩展以便容纳所述模具，并且利用所述一个或多个柔性装置使所述多个侧壁构件和所述顶部构件偏置抵靠所述模具的所述相邻外表面。要素18：其中所述一个或多个柔性装置中的至少一个是致动装置，所述方法还包括致动所述致动装置以促使所述多个侧壁构件和所述顶部构件中的对应的一个或多个与所述模具的所述相邻外表面啮合。要素19：其中所述多个侧壁构件是弧形的并且所述多个侧壁构件中的相邻侧壁构件是交叉的，所述方法还包括当所述内壳径向扩展或径向收缩以啮合所述模具的所述相邻外表面时将所述相邻侧壁构件彼此滑动地啮合。要素20：通过利用与所述模具的所述相邻外表面啮合的所述多个侧壁构件和所述顶部构件实现的传导来冷却所述模具。要素21：还包括利用与所述顶部构件热连通的热元件向所述模具的所述顶部施加热能，所述热元件包括选自由以下组成的组的元件：加热元件、热交换器、辐射加热器、电加热器、红外加热器、感应加热器、加热带、加热的线圈、加热的流体(流动的或静态的)、放热化学反应或其任何组合。要素22：还包括利用所述受热器从所述模具的所述底部吸出热能。要素23：其中所述多个侧壁构件中的至少一个包括堆叠在彼此顶上的多个侧壁区段，每个侧壁区段利用一个或多个柔性装置可移动地耦接到所述外壳的所述相邻内表面，所述方法还包括从所述内壳的底部朝向所述内壳的顶部增加所述多个侧壁区段的耐热性。

[0109] 因此，所公开的系统和方法良好适合于获得所提到的目标和优势以及本发明固有的那些目标和优势。以上公开的特定实施方案只是说明性的，因为本公开的教导内容可以对受益于本文教导内容的本领域技术人员显而易知的不同但等效的方式来修改和实践。此外，并不意图限制本文示出的构造或设计的细节，除了所附权利要求书中描述的。因此，显然以上公开的特定说明性实施方案可被改变、组合、或修改，并且所有的此类变化被认为处于本公开的范围内。本文说明性公开的系统和方法可以在缺少本文未特定公开的任何要素和/或本文所公开的任何任选要素的情况下得以适当实践。虽然组合物和方法在“包含”、“含有”或“包括”各种成分或步骤方面来描述，但是组合物和方法还可“基本上由各种组分和步骤组成”或“由各种组分和步骤组成”。上文所公开的所有数字和范围可变化某一量。每当公开具有下限和上限的数字范围时，就明确公开了落在范围内的任何数字和任何包括的范围。具体地说，本文公开的值的每个范围(形式为“约a至约b”，或等效地“大致a至b”，或等效地“大致a-b”)应理解为阐述涵盖在值的较宽范围内的每个数字和范围。另外，除非专利权人另外明确并清楚地定义，否则权利要求书中的术语具有其平常、普通的意思。此外，如权利要求书中所用的不定冠词“一个”或“一种”在本文中定义为意指引入的一个或多于一个元件。如果在本说明书与可以引用方式并入本文的一个或多个专利或其他文件中的措词或术语的使用上存在任何冲突，那么应采用与本说明书一致的定义。

[0110] 如本文所使用的，在一系列项目之前的短语“至少一个”，以及用于分开所述项目中的任何一个的术语“和”或“或”整体地修改列表，而不是所述列表中的每一个成员(即，每个项目)。短语“至少一个”允许包括项目中任何一个的至少一个、和/或项目的任何组合的至少一个、和/或项目中每一个的至少一个的意义。通过举例，短语“A、B和C中的至少一个”或“A、B或C中的至少一个”各自指代只有A、只有B、或只有C；A、B和C的任何组合；和/或A、B和C中的每一个的至少一个。

标题	发布/更新时间	阅读量
金属铸造构件以及用于制造金属铸造构件的方法	2020-05-15	529
一种金属铸造装置	2020-05-12	910
反重力金属铸造的设备和方法	2020-05-11	670
一种金属铸造装置	2020-05-13	917
金属铸造用装置以及利用该装置的金属铸造方法	2020-05-15	913
苯板雕模金属铸造工艺	2020-05-15	815
一种金属铸造模具	2020-05-11	653
超精准金属铸造装置	2020-05-12	297
金属铸造用冷却装置	2020-05-13	62
金属铸造模具	2020-05-11	682

隔热封罩、冷却钻头模具的方法和使用钻头的方法

隔热封罩、冷却钻头模具的方法和使用钻头的方法

技术领域

背景技术

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：