[發明專利]混合旋轉牙輪鉆頭

在審

• 申請號: 201480057532.7
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN105683482A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: K·諾比萊;M·斯特羅埃韋爾;D·M·哈林頓;K·W·羅斯
• 申請（專利權）人: 維拉國際工業有限公司
• 主分類號: E21B10/16
• 分類號: E21B10/16;E21B29/00;E21B10/50
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐東升;李尚穎

技術領域

本發明總體涉及用于鉆井眼的鉆頭，并且更具體地涉及用于調節井眼并且 鉆出液壓壓裂設備(例如，壓裂塞)或橋塞的混合旋轉牙輪鉆頭(hybridrotarycone drillbit)。

背景技術

滾輪牙輪巖石鉆頭(rollerconerockbit)是在石油領域、天然氣領域和采礦 領域中使用的用于穿透地層成形井眼的切削工具。在井眼的成形中，滾輪牙輪 鉆頭鉆透組成不同巖層的不同地質材料。雖然鉆頭在鉆透巖石時在不同深度處 遇到不同地層，但是一般來說鉆頭的所有部分在同一時刻鉆相同類型的巖層。

在液壓壓裂操作中，壓裂塞(fracplug)被固定到作為鉆孔內襯的套管。壓 裂塞在某種意義上說是一次性工具，因為在壓裂塞已執行其功能之后，使用按 照國際鉆井承包商協會即IADC(InternationalAssociationofDrillingContractors) 標準制造的滾輪牙輪巖石鉆頭將其鉆出，并且鉆出的壓裂塞碎片隨著鉆探泥漿 沖上井眼。壓裂塞是大體柱形部件，該柱形部件由從大體中空的中心移動的不 同徑向位置處設置的不同材料形成。與鉆透巖層相比，當鉆出壓裂塞時，鉆頭 同時鉆透不同的材料。不同的材料產生不同的穿透效率并且磨損鉆頭不同部分 上的特征。

參考Lockstedt的美國專利No.5,131,480(其公開內容通過引用合并于此)， 其公開了銑齒旋轉牙輪巖石鉆頭，其中每個牙輪的跟部排(heelrow)被分散并 且碳化鎢楔齒鑲嵌物(chiselinsert)被插入分散的跟部排內。跟部排鑲嵌物與量 規排(gagerow)銑齒配合并且隨著量規排銑齒磨損逐漸地切削更多的量規排鉆 孔。

發明內容

在一個實施例中，一種混合旋轉牙輪鉆頭包括多個支腿。軸承軸從每個支 腿延伸，并且旋轉牙輪可旋轉地耦連到每個軸承軸。至少一個旋轉牙輪包括頂 排切削結構、內排切削結構和量規排切削結構。頂排切削結構和內排切削結構 包含銑齒。量規排切削結構包含切削器鑲嵌物。

在某一實施例中，切削器鑲嵌物是碳化鎢鑲嵌物并且銑齒由鋼形成。切削 器鑲嵌物可以是錐形形狀或楔形形狀(chisel-shaped)。

本發明的混合旋轉牙輪鉆頭被用于同時鉆出塞的不同材料。切削器鑲嵌物 和銑齒在旋轉牙輪上的位置允許塞的不同材料被有效地鉆出。具體地，被設置 在塞的外直徑上的塞卡瓦(plugslip)的相對較硬的材料通過設置在鉆頭的外直 徑上的切削器鑲嵌物有效地鉆出，同時塞體/塞主體的相對較軟的材料通過在切 削器鑲嵌物的徑向向內設置的銑齒有效地鉆出。

當結合附圖時，根據下面的具體實施方式，本發明的其他方面、特征和優 點將變得明顯，附圖是本公開的一部分并且其通過示例方式圖示說明公開的本 發明的原理。

附圖說明

為了更完整地理解本發明及其優點，現在結合附圖和具體實施例參考下面 的附圖說明，其中相同的附圖標記表示相同的部分，其中：

圖1圖示在安置在鉆孔中的壓裂塞的橫截面正上方設置在鉆出位置的混合 旋轉牙輪鉆頭；

圖2A圖示根據本發明的教導的混合旋轉牙輪鉆頭的前端(face)。

圖2B圖示根據本發明的教導的旋轉投影截面，其示出鉆孔中銑齒和切削器 鑲嵌物的位置；

圖3A圖示根據本發明的教導的混合旋轉牙輪鉆頭的替換實施例的前端。

圖3B圖示根據本發明的替換實施例的教導的旋轉投影截面，其示出鉆孔中 銑齒和切削器鑲嵌物的位置。

具體實施方式

現在參考圖1，其示出了混合鉆頭10或更具體地說是混合旋轉牙輪鉆頭10。 混合旋轉牙輪鉆頭10被圖示在用金屬套管16作為內襯的鉆孔或井眼12內。鉆 頭10被示出在套管塞或塞14的橫截面上方的鉆出位置中。混合鉆頭10包括從 鉆頭體(未示出)懸掛的三個支腿18(示出兩個)。如下面更詳細地描述，每個 支腿18均支撐旋轉牙輪20。每個旋轉牙輪20均包括兩種不同類型的切削結構。 在井眼12中最靠近套管16的切削結構是切削器鑲嵌物22，例如，碳化鎢鑲嵌 物。朝向鉆頭12的中心的切削結構是銑齒24。切削器鑲嵌物22是錐形形狀， 但是也可以是圓頂形狀、楔形形狀、雙錐形形狀、卵形形狀或適于鉆出套管塞 14的任意其他形狀。