[發明專利]鉆井工具中的局部化粘結劑形成

在審

• 申請號: 201580072255.1
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN107109902A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: G·O·庫克三世;D·B·沃格拉維地
• 申請（專利權）人: 哈里伯頓能源服務公司
• 主分類號: E21B10/42
• 分類號: E21B10/42;E21B10/43;E21B10/62
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 丁曉峰

技術領域

本公開大體上涉及鉆井工具，諸如鉆地鉆頭。

背景

各種類型的鉆井工具用于在井下地層中形成井筒，所述鉆井工具包括但不限于旋轉鉆頭、擴孔器、巖心鉆頭、隨鉆擴孔器(under reamer)、打孔器、穩定器和其他井下工具。旋轉鉆頭的示例包括但不限于固定刀具鉆頭、刮刀鉆頭、聚晶金剛石復合片(PDC)鉆頭、基體鉆頭以及與形成延伸通過一個或多個井下地層的油氣井相關聯的混合式鉆頭。

基體鉆頭通常通過將松散加強材料(通常呈粉末形式)放置在模具中并且用粘結材料(諸如銅合金)滲透加強材料來形成。在粘結材料與加強材料凝固之后，用熔融的金屬合金或粘結材料滲透的加強材料可形成基體鉆頭本體。包含基體鉆頭特征的混合式鉆頭可以類似的方式形成。

附圖簡述

為了更完全地理解本發明及其特征與優點，現結合附圖來參考以下描述，附圖中：

圖1是鉆井系統的正視圖；

圖2是以常常用于建模或者設計固定刀具鉆頭的方式向上定向的旋轉鉆頭的等距視圖；

圖3是形成具有局部化性質的MMC鉆頭的示例性方法的流程圖；

圖4是斷開部分的示意性剖視圖，示出模具組件的示例，其中局部化粘結材料的薄片和板材定位在刀片的外表面和金屬基復合物(MMC)鉆頭的頂端附近；

圖5是斷開部分的示意性剖視圖，示出模具組件的示例，其中局部化粘結材料的薄片和網片定位在流體流動通道、刀片的外表面以及MMC鉆頭的頂端附近；

圖6是斷開部分的示意性剖視圖，示出模具組件的示例，其中局部化粘結材料的環、桿和球粒定位在流體流動通道、刀片的外表面以及MMC鉆頭的頂端附近；

圖7是斷開部分的示意性剖視圖，示出模具組件的示例，其中局部化粘結材料的環、桿和球粒定位在流體流動通道、刀片的外部以及MMC鉆頭的頂端附近；并且

圖8是斷開部分的示意性剖視圖，示出模具組件的示例，其中局部化粘結材料的板和薄片以漸變配置定位在流體流動通道、刀片的外表面以及MMC鉆頭的頂端附近。

詳細描述

在地下操作期間，各種井下工具(包括鉆頭、取心鉆頭、擴孔器和/或打孔器)可被下放到井筒中并且可由金屬基復合物(MMC)形成。根據本文公開的各種系統和方法，用來形成MMC的材料可包括在制造期間并入的局部化粘結材料，所述局部化粘結材料可被構造來在井下工具的選定區域中提供局部化性質，使得選定區域的性質被針對選定區域在地下操作期間所經歷的條件來優化。可基于在地下操作期間存在于井下工具的區域中的不利條件和/或井下工具的區域的功能來選擇局部化粘結材料以提供局部化性質。因此，局部化粘結材料的使用可提高鉆井工具的性能。例如，井下工具的遭受高應力的區域可更易延展，使得所述區域具有止裂性質，而井下工具的遭受腐蝕的區域可不太延展，使得所述區域具有抗腐蝕性質。另外，在井下工具的不太遭受應力、腐蝕和/或其他不利條件并且無需由加強材料提供強度的區域中，局部化粘結材料可用來替換更加昂貴的加強材料并且因此減少鉆井工具的成本。通過參考圖1至圖8最好地理解本公開及其優點，各圖中相同編號用于指示相同和對應部分。

圖1是鉆井系統的正視圖。鉆井系統100可包括井表面或井場106。諸如旋轉臺、鉆井液泵和鉆井液槽(未明確地示出)的各種類型的鉆井裝備可位于井表面或井場106。例如，井場106可包括鉆機102，所述鉆機102可具有與陸地鉆機相關聯的各種性質和特征。然而，并入有本公開的教示內容的井下鉆井工具可令人滿意地與位于海上平臺、鉆探船、半潛式裝置和/或鉆井駁船(未明確地示出)上的鉆井裝備一起使用。

鉆井系統100可包括與鉆頭101相關聯的鉆柱103，所述鉆頭101可用于形成廣泛多種井筒或者井眼，諸如大體垂直井筒114a或大體水平井筒114b或者其組合。各種定向鉆井技術和鉆柱103的井底鉆具組合件(BHA)120的相關聯部件可用于形成水平井筒114b。例如，橫向力可在鄰近開始位置113處施加給BHA 120以形成從大體垂直井筒114a延伸的大體水平井筒114b。術語定向鉆井可用于描述鉆探井筒或者井筒的部分，所述井筒或者井筒的部分以相對于垂直的一個或多個所需角度延伸。此類角度可大于與垂直井筒相關聯的正常變化。定向鉆井可包括水平鉆井。