[發明專利]切削工具

在審

• 申請號: 201810988199.1
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN109098665A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: M·G·阿薩爾;B·杜拉拉揚;M·K·凱沙維安
• 申請（專利權）人: 史密斯國際有限公司
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/567;E21B10/55
• 代理公司: 北京世峰知識產權代理有限公司 11713
• 代理人: 卓霖;張春媛

公開了一種切削工具。該切削工具包括工具主體；從工具主體延伸的多個刀體；和在多個刀體的每一個上的多個主切削元件和多個后備切削元件，后備切削元件在后面且與對應的主切削元件離工具主體的軸線有大約相同的徑向距離，多個主切削元件包括具有第一非平面形狀的切削元件，且多個后備切削元件包括具有第一非平面形狀和不同的第二非平面形狀的切削元件。多個后備切削元件被設置在錐部區域、鼻部區域、肩部區域和保徑部區域內，且多個后備切削元件在錐部區域和鼻部區域中僅包括第一非平面形狀，且多個后備切削元件在肩部區域中包括第一非平面形狀和第二非平面形狀。

本申請是申請日為2014年03月13日、申請號為201480014746.6、發明名稱為“用于固定切削齒鉆頭和其他井下切削工具的切削構件”的發明專利申請的分案申請。

背景技術

在地球上的鉆井過程中，比如為了回收碳氫化合物或為了其他應用，常規的實踐是在端對端連接而形成“鉆柱”的鉆桿段組件的下端連接鉆頭。通過在地面旋轉鉆柱或通過井下馬達或渦輪機的致動，或通過兩種方法使鉆頭旋轉。在施加到鉆柱的重力作用下，旋轉的鉆頭接合地層，致使鉆頭通過磨蝕、壓裂或剪切動作，或通過所有切削方法的組合切穿地層材料，從而形成沿著朝向目標區域的預定路徑的井眼。

已經研制和發現了許多不同類型的鉆頭用在鉆這樣的井眼的過程中。兩種主導類型的鉆頭是牙輪鉆頭和固定切削齒鉆頭(或旋轉式刮刀)鉆頭。大多數固定切削齒鉆頭設計包括繞鉆頭面成角度地間隔的多個刀體。刀體從鉆頭主體徑向向外地突出，且在其兩兩之間形成流道。此外，切削元件通常以徑向延伸的排分組且安裝在幾個刀體上。根據許多因素(比如被鉆地層)，刀體上的切削元件的配置或布局可以寬泛地變化。

設置在固定切削齒鉆頭的刀體上的切削元件通常由超硬材料制成。在典型的固定切削齒鉆頭中，每個切削元件包括細長的且大體上圓柱形的碳化鎢基底，該基底被接納且固定在刀體之一的表面上形成的袋孔中。切削元件通常包括多晶金剛石(“PCD”)或其他超耐磨材料(比如熱穩定金剛石或多晶立方氮化硼)的硬質切削層。為方便起見，在本文中使用的提及“PDC鉆頭”或“PDC切削齒”就是指采用了多晶金剛石或其他超耐磨材料的硬質切削層的固定切削齒鉆頭或切削元件。

參照圖1和2，示出了適用于鉆穿巖石地層以形成井眼的常規固定切削齒或刮刀鉆頭10。鉆頭10大體上包括鉆頭主體12、鉆柄13，和在銷端部16處用于將鉆頭10連接于鉆柱(未示出)的螺紋連接或銷14，其中該鉆柱被用于轉動鉆頭，以便鉆出井眼。鉆頭面20支撐切削構件15，且形成在鉆頭10的與銷端部16相反的端部上。鉆頭10還包括中心軸線11，鉆頭10繞該中心軸線沿箭頭18表示的切削方向旋轉。

切削構件15被設置在鉆頭10的面20上。切削構件15包括多個成角度地間隔開的主刀體31、32、33和副刀體34、35、36，每一刀體都從鉆頭面20延伸。主刀體31、32、33和副刀體34、35、36大體上沿鉆頭面20 徑向延伸，然后沿鉆頭10的周邊的一部分軸向延伸。然而，副刀體34、35、 36從朝向鉆頭10的周邊遠離鉆頭軸線11的位置沿鉆頭面20徑向延伸。因此，在本文中使用的“副刀體”可用于指在離鉆頭軸線一段距離的位置開始且大體上沿鉆頭面向鉆頭的周邊徑向延伸的刀體。主刀體31、32、33和副刀體34、35、36被鉆井液流道19分開。

仍然參照圖1和2，每一主刀體31、32、33包括用于安裝多個切削元件的刀體頂部42，且每一副刀體34、35、36包括用于安裝多個切削元件的刀體頂部52。尤其是，每個都具有切削面44的切削元件40被分別安裝在每一主刀體31、32、33的刀體頂部42和每一副刀體34、35、36的刀體頂部52上形成的袋孔中。切削元件40被彼此毗鄰地布置成接近每一主刀體31、32、33和每一副刀體34、35、36的前邊緣的徑向延伸的排。每個切削面44具有離刀體頂部42、52(切削元件40被安裝在其上)最遠的最外的切削尖44a。