包括多步式切削深度控制的钻井工具制造技术

根据本公开的一些实施方案，配置钻头的切削深度控制器(DOCC)的方法包括确定第一径向幅区的主切削深度。所述第一径向幅区与所述钻头端面的第一区域相关。所述方法还包括基于所述主切削深度来将主DOCC配置成放置在所述钻头端面上在所述第一径向幅区内。另外，所述方法包括确定第二径向幅区的备用切削深度。所述第二径向幅区与所述钻头端面的第二区域相关，所述第二区域与所述钻头端面的与所述第一径向幅区相关的所述第一区域重叠。所述方法还包括基于所述备用切削深度来将备用DOCC配置成放置在所述钻头端面上在所述第二径向幅区内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开大体涉及井下钻井工具，且更具体来说，涉及包括多步式削深度控制的钻井工具。背景各种类型的井下钻井工具包括但不限于旋转钻头、钻孔器、岩芯钻头，并且其它井下工具已用于在相关井下岩层中形成井筒。这样的旋转钻头的示例包括但不限于固定切削齿钻头、刮刀钻头、聚晶金刚石复合片(PDC)钻头和与延伸穿过一个或多个井下岩层的油气井相关的胎体钻头。固定切削齿钻头诸如PDC钻头可以包括多个刀片，该多个刀片各自包括多个切削元件。在典型的钻井应用中，PDC钻头可以用于钻过各种水平或各种类型的地质岩层，其中钻头寿命比非PDC钻头的寿命更长。典型岩层可以大体在岩层的上部部分(例如，较小的钻探深度)中具有相对低的抗压强度以及在岩层的下部部分(例如，较大的钻井深度)中具有相对高的抗压强度。因此，在越来越大的深度处钻井可能会变得越来越难。另外，用于在任何特定深度处钻井的理想钻头通常是处于该深度的岩层的抗压强度的函数。因此，用于钻井的理想钻头根据钻井深度发生变化。钻井工具诸如PDC钻头可以包括一个或多个切削深度控制器(DOCC)。可以将刀片、切削元件和DOCC的外部部分描述为形成钻头端面的各部分。这些DOCC为被配置成(例如，根据它们的形状以及在PDC钻头上的相对安置)控制钻井工具的切削元件切入地质岩层中的量的物理结构。然而，DOCC的常规配置可以引起钻井工具的切削元件的不均匀的切削深度控制。这种不均匀的切削深度控制可以允许DOCC的各部分不均匀地磨损。此外，不均匀的切削深度控制还可以导致钻井工具振动，这可能会损坏钻柱的零件或减缓钻井过程。附图简述为了更完整地理解本专利技术及其特征和优点，现在参考以下结合附图的描述，附图中：图1图示了根据本公开的一些实施方案的钻井系统的示例实施方案；图2图示了根据本公开的一些实施方案的形成井筒的钻头的钻头端面轮廓；图3图示了根据本公开的一些实施方案的可以表示钻头刀片的截面图的刀片轮廓；图4A-4D图示了根据本公开的一些实施方案的沿刀片设置的各种切削元件的切削区域；图5A图示了根据本公开的一些实施方案的可以被设计和制造成提供改进的切削深度控制的钻头的端面；图5B图示了根据本公开的一些实施方案的图5A的钻头的切削元件沿钻头的钻头轮廓的位置；图6A图示了切削元件的钻头端面轮廓，该切削元件所具有的切削区域的切削深度可由根据本公开的一些实施方案所设计的切削深度控制器(DOCC)来控制；图6B图示了根据本公开的一些实施方案的图6A的钻头端面轮廓中图示的钻头端面的曲线图；图6C图示了根据本公开的一些实施方案所设计的图6A的DOCC；图7图示了根据本公开的一些实施方案的用于根据一个或多个切削元件的切削区域来设计一个或多个DOCC的示例方法的流程图；图8A图示了其中DOCC根据本公开的一些实施方案来配置的钻头的端面；图8B图示了根据本公开的一些实施方案的图8A所示的钻头端面的钻头端面轮廓的曲线图；图8C图示了根据本公开的一些实施方案的被配置成使得DOCC可以将钻头的切削深度控制到所需切削深度的截面线的轴向坐标和曲率的示例；图8D图示了根据本公开的一些实施方案的图8A-8C的钻头的临界切削深度控制曲线；图9A和9B图示了根据本公开的一些实施方案的用于配置DOCC的示例方法的流程图；图10A图示了根据本公开的一些实施方案的可以确定临界切削深度控制曲线(CDCCC)的钻头的端面；图10B图示了根据本公开的一些实施方案的图10A所示钻头的钻头端面轮廓；图10C图示了根据本公开的一些实施方案的钻头的临界切削深度控制曲线；以及图11图示了根据本公开的一些实施方案的确定和产生临界切削深度控制曲线的示例方法；图12A图示了根据本公开的一些实施方案的包括被配置成控制钻头的切削深度的多个DOCC的钻头；图12B图示了根据本公开的一些实施方案的图12A的钻头的临界切削深度控制曲线；图13A图示了根据本公开的一些实施方案的包括被配置成控制钻头的切削深度的多个DOCC的钻头的另一示例；图13B-13E图示了根据本公开的一些实施方案的图13A的钻头的临界切削深度控制曲线；图14A图示了根据本公开的一些实施方案的包括被配置成控制钻头的切削深度的多个DOCC的钻头的另一示例；图14B-14D图示了根据本公开的一些实施方案的图14A的钻头的临界切削深度控制曲线；图15A图示了根据本公开的一些实施方案的可以包括被配置成控制钻头切削深度的DOCC的多个刀片的钻头；图15B-15F图示了根据本公开的一些实施方案的位于第一径向坐标与第二径向坐标之间的截面线的轴向坐标和径向坐标；图16A图示了根据本公开的一些实施方案的包括被配置成控制钻头的切削深度的多个DOCC的钻头的另一示例；图16B-16C图示了根据本公开的一些实施方案的图16A的钻头的临界切削深度控制曲线；图17A图示了根据本公开的一些实施方案的包括被配置成控制钻头切削深度的多个DOCC的钻头的另一示例；以及图17B-17D图示了根据本公开的一些实施方案的图17A的钻头的临界切削深度控制曲线。详述通过参考图1至图17，可以最好地了解本公开的实施方案及其优点，图中的相同数字用于表示相同和相应的部分。图1图示了根据本公开的一些实施方案的被配置成钻入一个或多个地质岩层的钻井系统100的示例实施方案。当钻入不同类型的地质岩层时，可能有利的是控制井下钻井工具切入地质岩层的侧面的量，以便减少对钻井工具的切削元件的磨损，防止不均匀地切入岩层，增大对机械钻速的控制，减少工具振动等。如以下进一步详细公开，钻井系统100可以包括井下钻井工具(例如，钻头、钻孔器、开孔器等)，这些井下钻井工具可以包括一个或多个切削元件，该一个或多个切削元件的切削深度可由一个或多个切削深度控制器(DOCC)控制。如以下进一步详细公开并且根据本公开的一些实施方案，DOCC可以被配置成根据切削区域的位置和切削元件(有时称为“切削齿”)的切削边缘来控制切削元件的切削深度。另外，根据本公开的一些实施方案，DOCC可以根据多个切削元件来配置，该多个切削元件可以与钻头的与DOCC的旋转路径相关的径向幅区重叠，如以下进一步详细公开。在相同或替代实施方案中，DOC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配置钻头的切削深度控制器(DOCC)的方法，所述方法包括：确定与钻头的钻头端面相关的第一径向幅区的主切削深度，所述第一径向幅区与所述钻头端面的第一区域相关；基于所述第一径向幅区的所述主切削深度来将主切削深度控制器(DOCC)配置成放置在所述钻头端面上在所述第一径向幅区内；确定与所述钻头的所述钻头端面相关的第二径向幅区的备用切削深度，所述第二径向幅区与所述钻头端面的第二区域相关，所述第二区域与所述钻头端面的与所述第一径向幅区相关的所述第一区域重叠；以及基于所述第二径向幅区的所述备用切削深度来将备用DOCC配置成放置在所述钻头端面上在所述第二径向幅区内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种配置钻头的切削深度控制器(DOCC)的方法，所述方法包
括：
确定与钻头的钻头端面相关的第一径向幅区的主切削深度，所述
第一径向幅区与所述钻头端面的第一区域相关；
基于所述第一径向幅区的所述主切削深度来将主切削深度控制
器(DOCC)配置成放置在所述钻头端面上在所述第一径向幅区内；
确定与所述钻头的所述钻头端面相关的第二径向幅区的备用切
削深度，所述第二径向幅区与所述钻头端面的第二区域相关，所述第
二区域与所述钻头端面的与所述第一径向幅区相关的所述第一区域
重叠；以及
基于所述第二径向幅区的所述备用切削深度来将备用DOCC配
置成放置在所述钻头端面上在所述第二径向幅区内。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
基于所述第一径向幅区的所述第一主切削深度来将多个主
DOCC配置成放置在所述钻头的所述钻头端面上在所述第一径向幅
区内；以及
基于所述第二径向幅区的所述第二切削深度来将多个备用
DOCC配置成放置在所述钻头的所述钻头端面上在所述第二径向幅
区内。
3.如权利要求2所述的方法，其中：
将所述多个主DOCC配置成放置在所述钻头端面上在多个主刀

\t片上的第一多个位置处；以及
将所述多个备用DOCC配置成放置在所述钻头端面上在多个次
要刀片上的第二多个位置处。
4.如权利要求2所述的方法，所述方法还包括将所述多个主
DOCC配置成使得与所述多个主DOCC相关的所述钻头的侧向力基
本平衡。
5.如权利要求4所述的方法，所述方法还包括将所述多个备用
DOCC配置成使得与所述多个备用DOCC相关的所述钻头的侧向力
基本平衡。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述备用切削深度大于所述
主切削深度。
7.一种配置钻头的切削深度控制器(DOCC)的方法，所述方法包
括：
确定与钻头的钻头端面相关的第一径向幅区的主切削深度，所述
第一径向幅区与所述钻头端面的第一区域相关；
基于所述第一径向幅区的所述主切削深度来将主切削深度控制
器(DOCC)配置成放置在所述钻头端面上在所述第一径向幅区内；
确定与所述钻头的所述钻头端面相关的第二径向幅区的第一备
用切削深度，所述第二径向幅区与所述钻头端面的第二区域相关，所
述第二区域与所述钻头端面的与所述第一径向幅区相关的所述第一
区域重叠；
基于所述第二径向幅区的所述备用切削深度来将第一备用
DOCC配置成放置在所述钻头端面上在所述第二径向幅区内；
确定与所述钻头的所述钻头端面相关的第三径向幅区的第二备

\t用切削深度，所述第三径向幅区与所述钻头端面的第三区域相关，所
述第三区域与所述钻头端面的与所述第一径向幅区相关的所述第一
区域以及与所述钻头端面的与所述第二径向幅区相关的所述第二区
域重叠；以及
基于所述第三径向幅区的所述备用切削深度来将第二备用
DOCC配置成放置在所述钻头端面上在所述第三径向幅区内。
8.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括：
基于所述第一径向幅区的所述第一主切削深度来将多个主
DOCC配置成放置在所述钻头的所述钻头端面上在所述第一径向幅
区内；以及
基于所述第二径向幅区的所述第二切削深度来将第一多个备用
DOCC配置成放置在所述钻头的所述钻头端面上在所述第二径向幅
区内；
基于所述第三径向幅区的所述第三切削深度来将第二多个备用
DOCC配置成放置在所述钻头的所述钻头端面上在所述第三径向幅
区内。
9.如权利要求8所述的方法，所述方法还包括：
将所述多个主DOCC配置成放置在所述钻头的多个主刀片上；
将所述第一多个备用DOCC配置成放置在所述钻头的第一多个
次要刀片上；以及
将所述第二多个备用DOCC配置成放置在所述钻头的第二多个
次要刀片上。
10.如权利要求8所述的方法，所述方法还包括将所述多个主
DOCC配置成使得与所述多个主DOCC相关的所述钻头的侧向力基

\t本平衡。
11.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括将所述第一多
个备用DOCC配置成使得与所述多个备用DOCC相关的所述钻头的
侧向力基本平衡。
12.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括将所述第二多
个备用DOCC配置成使得与所述第二多个备用DOCC相关的所述钻
头的侧向力基本平衡。
13.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈世林，R·W·阿弗里，
申请(专利权)人：哈里伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US