[發明專利]帶有具有改進的可操縱性和降低的磨損的保徑墊的旋轉鉆頭

有效

• 申請號: 200880022832.6
• 申請日: 2008-05-27
• 公開（公告）號: CN101688434A
• 公開（公告）日: 2010-03-31
• 發明（設計）人: 陳世林;R·阿什莉
• 申請（專利權）人: 霍利貝頓能源服務公司
• 主分類號: E21B10/28
• 分類號: E21B10/28
• 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: 寇英杰

相關申請?

本申請要求標題為“Rotary?Drill?Bit?with?Gage?Pads?HavingImproved?Steerability?and?Reduced?Wear”的臨時專利申請的優先權，該臨時專利申請的系列號為60/940906，遞交日為2007年5月30日。該申請的內容通過參考整體上結合到本文中。?

技術領域

本發明涉及旋轉鉆頭，特別是涉及具有刀片的固定切刀鉆頭，該刀片具有切割元件以及布置于其內的保徑墊，本發明還涉及牙輪鉆頭。?

背景技術

多種旋轉鉆頭、鉸刀、穩定器和其它井下工具可以用于在地層中形成井眼。這些旋轉鉆頭的實例包括但不局限于：固定切刀鉆頭、翼狀鉆頭、PDC鉆頭、基質(matrix)鉆頭、牙輪鉆頭、旋轉牙輪鉆頭和鑿巖鉆頭，用于鉆油井和氣井。與這些鉆頭相關聯的切割動作通常需要鉆壓(WOB)以及使相關切割元件旋轉進入到井下巖層的相鄰部分中。還可以提供有鉆井液，以便實現多個功能，包括從井眼的底部沖走巖層材料和其它井下碎屑，清潔相關切割元件和切割結構，以及將巖層切屑和其它井下碎屑向上運送至相關井表面。?

一些現有技術的旋轉鉆頭形成有刀片，該刀片從鉆頭本體伸出，具有布置在各刀片的井口邊緣附近的相應的保徑墊。保徑墊相對于相關旋轉鉆頭的旋轉軸線布置成正角度或正錐形。保徑墊也相對于相關旋轉鉆頭的旋轉軸線布置成負角度或負錐形。這些保徑墊有時可以稱為具有正“軸向”錐形或負“軸向”錐形。例如見美國專利5967247。旋轉鉆頭的旋轉軸線通常布置在穿過由相關旋轉鉆頭形成的井眼的平直部分而延伸的縱向軸線上，并與該縱向軸線對齊。因此，相關保徑墊的軸向錐形也可以稱為“縱向”錐形。?

形成有正軸向錐形的保徑墊可以增加相關旋轉鉆頭的可操縱性。阻力矩也可以由于使保徑墊形成有正軸向錐度而降低。不過，相關旋轉鉆頭相對于穿過由相關旋轉鉆頭形成的井眼而延伸的縱向軸線的橫向穩定性可能降低。還有，相關旋轉鉆頭使得井眼保持大致均勻內徑的能力也可能降低。?

對于其它用途，保徑墊偏離由相關旋轉鉆頭形成的井眼的相鄰部分相對均勻的徑向距離。該保徑墊的外部部分可以大致布置成與相關鉆頭旋轉軸線和平直井眼的相鄰部分近似平行。在這些保徑墊的外部部分和平直井眼的相鄰部分之間的偏離量通常相對均勻。對于某些用途，保徑墊形成有相對均勻的徑向偏離，或者在大約1/64英寸至4/64英寸之間均勻減小的外徑(與相關旋轉鉆頭的標稱直徑相比)。?

使保徑墊偏離相關標稱鉆頭直徑或者使得保徑墊過小可以增加相關旋轉鉆頭的可操縱性。不過，相對于相關井眼的縱向軸線的橫向穩定性以及旋轉鉆頭絞孔或形成具有大致均勻內徑的井眼的能力可能降低。?

發明內容

根據本發明的教導，旋轉鉆頭可以形成有多個刀片，這些刀片具有布置在各刀片上的相應保徑部分或保徑墊。至少一個保徑墊可以具有包含本發明的教導的外部錐形部分和/或外部凹入部分。根據本發明教導設計的保徑墊可以在形成井眼時受到減小的磨損和腐蝕，特別是形成非垂直和非平直井眼時。?

包含本發明教導的保徑墊可以提高相關旋轉鉆頭的可操縱性，同時使旋轉鉆頭保持合適的橫向穩定性。包含本發明教導的保徑墊還可以提高相關旋轉鉆頭形成具有更均勻內徑的井眼的能力。根據本發明教導而形成的旋轉鉆頭通常可以形成具有相對均勻內徑的井眼，該內徑可以大致與旋轉鉆頭的相關標稱直徑相等。本發明的一個方面可以包括設計根據本發明教導的旋轉鉆頭，該旋轉鉆頭具有布置在固定切刀旋轉鉆頭的刀片上或在牙輪鉆頭的支承臂上的保徑墊，以便優化井下鉆孔性能。對于某些用途，這些保徑墊可以有與相關旋轉鉆頭的其?它特征配合的外部結構，以便提高可操縱性，特別是在形成非垂直或非平直的井眼時，同時不會犧牲旋轉鉆頭的橫向穩定性。對于其它用途，這些保徑墊可以提高相關旋轉鉆頭絞孔或形成具有更均勻內徑的井眼的能力，特別是在形成非垂直或非平直的井眼時。?

附圖說明

通過下面的說明并結合附圖，可以更完全和完整地理解本發明實施例及其優點，附圖中，相同標號表示相同特征，且附圖中：?

圖1A是表示井眼實例的局部示意剖視正視圖，該井眼可以由包含本發明教導的旋轉鉆頭來形成；?

圖1B是表示包含本發明教導的旋轉鉆頭的另一實例的局部示意剖視正視圖；?

圖2是表示旋轉鉆頭的局部示意軸測圖；?

圖3是表示旋轉鉆頭的另一實例的示意軸測圖；?

圖4是表示旋轉鉆頭的又一實例的局部示意剖視圖；?