[發明專利]具有順應性保持器的滾動元件組件

在審

• 申請號: 201680088920.0
• 申請日: 2016-10-05
• 公開（公告）號: CN109642452A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: B·J·漢茲;G·C·格羅斯;S·G·安德利
• 申請（專利權）人: 哈利伯頓能源服務公司
• 主分類號: E21B10/42
• 分類號: E21B10/42;E21B10/54
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 聶慧荃;閆華

一種滾動元件組件，其包括：滾動元件，所述滾動元件可在位于限定在鉆頭的鉆頭體上的腔內時圍繞旋轉軸線旋轉；以及順應性保持器，所述順應性保持器位于限定在所述鉆頭體中的保持器狹槽內。偏置裝置位于限定在所述鉆頭體內的裝置槽腔內，以使所述順應性保持器抵靠所述滾動元件的外圓周表面偏置。所述順應性保持器將所述滾動元件固定在所述腔內，同時所述滾動元件的弧形部分從所述腔中突出并暴露所述滾動元件的整個軸向寬度。

背景技術

在石油和天然氣工業中的常規的井筒鉆取中，鉆頭安裝在鉆柱的端部上，隨著鉆井逐漸鉆到期望的深度，鉆柱可以通過添加鉆桿段來延伸。在井場的地面處，可以提供旋轉驅動(稱為“頂部驅動”)，以旋轉整個鉆柱(包括端部處的鉆頭)從而鉆穿地下地層。替代地，可以使用井下泥漿馬達旋轉鉆頭而不必旋轉鉆柱。在鉆井時，鉆井液被泵送通過鉆柱并從鉆頭排出，以移除巖屑和碎屑。如果存在于鉆柱中，則泥漿馬達可以使用循環的鉆井液被選擇性地提供動力。

用于鉆井筒的一種常見類型的鉆頭是“固定切削齒”鉆頭，其中切削齒在固定位置固定到鉆頭體。這種類型的鉆頭有時被稱為“刮刀鉆頭”，因為切削齒在一個方面拖曳而不是在鉆井期間與地層滾動接觸。鉆頭體可以由高強度材料諸如碳化鎢、鋼或復合材料/胎體材料形成。多個切削齒(也稱為切削齒元件、切削元件或插入件)被附接在鉆頭體周圍的選定位置處。切削齒可以包括由碳化物(例如，碳化鎢)制成的基體或支撐螺柱以及沉積在基體上或以其他方式粘結到基體的由聚晶金剛石材料或聚晶氮化硼材料制成的超硬切削表面層或“臺面(table)”。此類切削齒通常被稱為聚晶金剛石復合片(“PDC”)切削齒。

在固定切削齒鉆頭中，PDC切削齒諸如通過在被限定在從鉆頭體延伸的刀片上的對應切削齒槽腔內進行釬焊而剛性地固定到鉆頭體。一些PDC切削齒沿著刀片的前緣策略性地定位，以在鉆井期間接合地層。在使用中，在PDC切削齒上具體地沿前后方向施加較大的力。隨著時間的推移，每個切削齒的工作表面或切削刃(其連續地接觸地層)最終會磨損和/或失效。

附圖說明

以下附圖被包括在內以示出本公開的某些方面，并且不應被看作是排他性的實施方案。在不脫離本公開的范圍的情況下，所公開的主題能夠在形式和功能上有相當大的修改、改變、組合和等同物。

圖1A示出了可以采用本公開的原理的旋轉鉆頭的等距視圖。

圖1B示出了封閉在圖1A的指示框中的旋轉鉆頭的一部分的等距視圖。

圖1C示出了具有顯示圖1的鉆頭的剖開部分的剖視圖和正視圖。

圖1D示出了表示圖1的鉆頭的刀片的橫截面視圖的刀片輪廓。

圖2是滾動元件組件的一個示例的局部橫截面等距視圖。

圖3是圖2的滾動元件組件的局部橫截面側視圖。

圖4是圖2的滾動元件組件的另一實施方案的局部橫截面側視圖。

圖5是圖2的滾動元件組件的另一實施方案的局部橫截面側視圖。

圖6是圖2的滾動元件組件的另一示例性實施方案的局部橫截面等距視圖。

圖7是圖2的滾動元件組件的另一實施方案的局部橫截面側視圖。

具體實施方式

本公開涉及穿透地層的鉆頭，且更具體地涉及可在鉆頭中使用的滾動式切削深度控制元件。

本公開包括可固定在設置在鉆頭上的對應腔內的滾動元件組件。每個滾動元件組件都可包括圓柱形滾動元件，該圓柱形滾動元件策略性地定位并固定到鉆頭，使得滾動元件能夠在鉆井期間接合地層。響應于鉆頭旋轉，并且取決于滾動元件相對于鉆頭的主體的所選擇的定位(定向)，滾動元件可以抵靠下面的地層滾動、抵靠地層進行切削或者可以既抵靠地層滾動又切削地層。當前公開的滾動元件組件的滾動元件使用接納在限定在腔中的保持器腔內的弧形保持器而保持在鉆頭體上的對應腔內。