[發明專利]連接地鉆鉆具的柄和鉆頭體的方法及由該方法形成的鉆具

無效

• 申請號: 200780050189.3
• 申請日: 2007-12-07
• 公開（公告）號: CN101583773A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: R·H·史密斯;J·H·史蒂文斯
• 申請（專利權）人: 貝克休斯公司
• 主分類號: E21B10/42
• 分類號: E21B10/42
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 柳愛國

優先權主張

本申請主張于2006年12月12日遞交的美國專利申請 No.11/637,327的申請日的權益。

技術領域

概括地，本發明涉及地鉆鉆頭及其它可以用于鉆進地下地層的鉆 具以及制造這種鉆頭及鉆具的方法。更具體地，本發明涉及將諸如地 鉆旋轉鉆頭之類的鉆具的柄連接于鉆頭體上的方法以及包括與鉆頭體 連接的柄的鉆頭以及其它鉆具。

背景技術

旋轉鉆頭通常用于在地層中鉆井眼或鉆井。一種類型的旋轉鉆頭 為固定切削元件式鉆頭(常稱為“刮刀”鉆頭)，其典型地包括多個固定 于鉆頭體端面區域的切削元件。旋轉鉆頭的鉆頭體可由鋼制成。可替 代地，鉆頭體可由顆粒胎體復合材料制成。圖1示出常規的鉆地旋轉 鉆頭10，鉆旋轉鉆頭10包括鉆頭體12，鉆頭體12包括顆粒胎體復合 材料15。鉆頭體12固定于鋼柄20，鋼柄20具有用于將鉆頭10連接 于鉆柱(未示出)的螺紋連接部28(例如，美國石油學會(API)螺 紋連接部)。鉆頭體12包括冠部14和鋼坯體16。鋼坯體16部分埋置 在冠部14中。冠部14包括顆粒胎體復合材料15，諸如埋置在銅合金 胎體材料中的碳化鎢顆粒。通過螺紋連接部22以及沿著鉆頭12和鋼 柄20之間的界面在鉆頭10外表面上圍繞鉆頭10延伸的焊接部24， 鉆頭體12固定于鋼柄20。

鉆頭體12還包括由排屑槽32分隔開的刀翼或刮刀片30。內部流 體通道(未示出)在鉆頭體12的端面18和縱向孔40之間延伸，縱向 孔40延伸穿過鋼柄20且穿過部分鉆頭體12。在鉆頭體12的端面18 處，還可以將噴嘴嵌入件(未示出)設置于所述內部流體通道內。

多個切削元件34連接于鉆頭體12的端面18。一般而言，固定切 削元件式鉆頭的切削元件34具有盤片形狀或者具有大體柱形形狀。包 括硬質超研磨性材料(諸如相互粘接的聚晶金剛石顆粒)的切削表面 35可設置在各切削元件34的大體圓形的端面上。這種切削元件34常 稱為“聚晶金剛石復合片(PDC)”切削元件34。PDC切削元件34可 沿刮刀片30設置在于鉆頭12的端面18中形成的凹窩36內、且可從 后面由支持物38來支撐，支持物38可與鉆頭體12的冠部14一體成 型。典型地，切削元件34可與鉆頭體12分開地制造并固定在于鉆頭 體12的外表面中形成的凹窩36中。粘接材料(諸如粘接劑或者更典 型地硬釬焊合金)可用于將切削元件34固定于鉆頭體12。

在鉆井操作中，鉆頭10固定于鉆柱的端部，鉆柱包括端對端地連 接于鉆頭10和地面處的其它鉆具之間的管狀桿以及設備段節。鉆頭 10定位在井眼底部，從而切削元件34鄰接于待鉆進的地層。諸如轉 盤或頂部驅動裝置之類的設備可用于使鉆柱和鉆頭10在井眼內旋轉。 可替代地，鉆頭10的柄20可直接連接于井下電動機的驅動軸，井下 電動機隨后可用于旋轉鉆頭10。隨著鉆頭10被旋轉，鉆井液經由縱 向孔40以及所述內部流體通道(未示出)泵送到鉆頭體12的端面18。 鉆頭10的旋轉使得切削元件34刮過并剪切掉下面地層的表面。地層 巖屑與鉆井液混合并懸浮在鉆井液中、流經排屑槽32以及井眼和鉆柱 之間的環空、直到地層表面。

常規地，已采用所謂的“浸漬”工藝在石墨模具中制成包括顆粒胎 體復合材料15的鉆頭體(諸如前述的鉆頭體12)。常規采用多軸機床 來加工石墨模具的腔。隨后利用手持工具將精細特征加入到石墨模具 的腔中。為了獲得鉆頭體的某些特征所需的結構，可能要進行附加的 陶制工序。如果必要，預成型元件或置換物(其可包括陶瓷成分、石 墨成分、或樹脂覆蓋砂密實成分)可定位在模具中，并用于限定鉆頭 體12的內通道、切削元件凹窩36、排屑槽32、以及其它外部形貌特 征。石墨模具的所述腔填充有硬質顆粒碳化物材料(諸如碳化鎢、碳 化鈦、碳化鉭等)。隨后，預成型的鋼坯體16可以以合適的位置和取 向定位在模具中。在模具內，鋼坯體16典型地至少部分地浸入到所述 顆粒碳化物材料中。