用于牙轮钻头中的压力补偿系统的筒管技术方案

本公开涉及一种用于牙轮钻头中的压力补偿系统的筒管。所述筒管包括：钻头主体，所述钻头主体具有从其延伸的至少一个支撑臂；处于每一支撑臂中的润滑剂腔室；处于每一支撑臂中的筒，所述筒从所述润滑剂腔室延伸到每一支撑臂的外表面；处于每一支撑臂的所述筒中的管；以及漂浮珠，其在所述管中且可操作以响应于所述牙轮钻头周围的环境的压力而在所述管内轴向移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于牙轮钻头中的压力补偿系统的筒管
本公开涉及牙轮钻头，且更特定来说涉及牙轮钻头中的压力补偿系统。
技术介绍
牙轮钻头是用以在地下地层中形成井筒的一类钻头。牙轮钻头一般包括至少一个支撑臂，且经常包括多达三个支撑臂。相应牙轮组件可以可旋转地安装在每一支撑臂的内部部分上，且可以围绕支撑臂的内部部分旋转。每一牙轮组件经常包括基座，其中形成有腔或开口。每一牙轮腔可以被设定大小以接纳相关联轴颈或主轴的外部部分以允许在地下操作期间牙轮组件相对于相关联轴颈或主轴的旋转。广泛多种轴承、轴承组件、轴承表面、密封件和/或其它支撑结构可以安置于每一牙轮组件的内部部分与相关联轴颈或主轴的外部部分之间。牙轮钻头经常包括润滑剂系统以将润滑剂供应到与安装在相应支撑臂上的每一牙轮组件的旋转相关联的轴颈、轴承、轴承组件、轴承表面、密封件和/或其它支撑结构。多种润滑剂可以与牙轮钻头一起使用以适应每一牙轮组件相对于相应主轴的旋转。可以使用广泛多种密封件和密封组件来阻挡井下井筒流体(例如，钻井流体和/或烃类)和与每一牙轮组件的旋转相关联的润滑剂之间的连通。已经使用各种类型的系统来维持润滑剂系统压力，以使得对与牙轮组件相对于相关联支撑臂的旋转相关联的轴承、轴承组件、密封件、轴颈和其它支撑结构的潜在损坏最小。附图说明为了对本专利技术及其特征和优点的更完整理解，现在参考下文结合附图进行的描述，附图中相同参考标号指示相同特征，且其中：图1是钻井系统的立面图；图2是示出牙轮钻头的一个实施例的等距视图的示意图；图3A是示出牙轮钻头的各种部件以及并入有筒管和漂浮珠的相关联润滑系统的带有分离部分的截面示意图；以及图3B是示出牙轮钻头的各种部件以及并入有筒管和漂浮珠的相关联润滑系统的带有分离部分的截面分解视图。具体实施方式本公开涉及用于牙轮钻头中的压力补偿系统筒管，所述牙轮钻头包括组合了常规牙轮钻头的特征与其它类型钻头的特征的混合钻头。所述管的内表面可以具有基本上光滑的表面纹理。所述管可以插入到安置于钻头的支撑臂内的筒中。漂浮珠可以安置于所述管内，且可以响应于钻头周围环境中的压力改变而在所述管中轴向行进。由于所述管的光滑表面，漂浮珠与所述管的表面之间的摩擦可以最小化，使得漂浮珠自由地移动。漂浮珠的响应性可以为压力补偿系统提供改善的压力连通，且因此可以得到增加的钻头性能和可靠性。另外，所述管可以简单地制造，且可以简化钻头的组装，因此减少用以组装钻头的成本和时间。通过参考图1到3B可以理解本公开及相关联优点，其中相似的标号指代相同和相似的部分。图1是钻井系统的立面图。钻井系统100可包括井表面或井场106。例如旋转台、钻井流体泵和钻井流体罐(未明确图示)等各种类型的钻井设备可位于井表面或井场106处。举例来说，井场106可包括钻机102，其可具有与“陆地钻机”相关联的各种特性和特征。然而，融合了本公开的教示的钻头可令人满意地与位于离岸平台、钻井船、半潜式钻井台和钻井驳船(未明确图示)上的钻井设备一起使用。钻井系统100可包括与钻头101相关联的钻柱103，其可以形成广泛多种井筒或钻孔，例如大体上垂直的井筒114a或大体上水平的井筒114b或其任一组合。钻柱103的井底钻具组件(BHA)120的各种定向钻井技术和相关联部件可以形成水平井筒114b。举例来说，可接近于造斜位置113对BHA120施加侧向力以形成从大体上垂直井筒114a延伸的大体上水平井筒114b。术语“定向钻井”可以描述以相对于垂直的所需角度或多个角度钻制井筒或井筒的部分。这些角度可大于与垂直井筒相关联的正常变换。也可将方向钻井描述为钻制偏离垂直的井筒。术语“水平钻井”可以包括在与垂直成近似九十度(90°)的方向上钻井。BHA120可由被构造成形成井筒114的广泛多种部件形成。举例来说，BHA120的部件122a、122b和122c可包括(但不限于)钻头(例如，钻头101)、取心钻头、钻环、旋转导向工具、定向钻井工具、井下钻井马达、扩孔器、孔增大器或稳定器。BHA120中包括的部件122的数目和类型可取决于预期井下钻井条件以及通过钻柱103和钻头101将形成的井筒的类型。钻井系统100还可包括牙轮钻头(“钻头”)101。在图2、3A和3B中更详细论述的钻头101可包括一个或多个支撑臂，其可从钻头101的钻头主体的外部部分向下延伸。所述钻头主体可为大体上圆柱形的，且支撑臂可为从钻头主体向下延伸的任何合适类型的突起。钻头101可在由方向箭头105界定的方向上相对于钻头旋转轴线104旋转。每一支撑臂可以包括可旋转地安置于其上的牙轮组件。当牙轮组件响应于钻头101的旋转而在井筒114的底部或井下末端周围接合且滚动时，与在井下地层中形成井筒114相关联的切割动作可以发生。钻头101可根据本公开的教示而设计和形成，且可根据钻头101的特定应用而具有许多不同的设计、配置和/或尺寸。钻头101可以包括如关于图3A和3B更详细描述的内部润滑系统，所述系统对每一支撑臂与其相应牙轮组件之间的接点提供润滑。所述润滑系统还可以包括压力补偿系统，所述压力补偿系统可以将润滑系统中的润滑剂维持于与钻头101周围的井筒环境近似相同的压力。压力补偿系统可以包括漂浮于管内的珠。所述管的内径可以具有基本上光滑的表面纹理，使得当珠在管内行进时珠与管之间的摩擦最小化。图2是示出牙轮钻头101的一个实施例的等距视图的示意图。如图1到3B中所示的钻头101也可以称为“牙轮钻头”、“旋转圆锥钻头”、“旋转岩石钻头”和/或“岩石钻头”。钻头101可以包括各种类型的这些钻头。牙轮钻头可以具有至少一个支撑臂，带有可旋转地安置于其上的相应牙轮组件。每一牙轮组件40可以与相关联主轴或轴颈28的外部部分附接且相对于所述外部部分旋转，如图3A中所示。牙轮组件40可以称为“牙轮”、“旋转牙轮切割器”、“牙轮切割器”、“旋转切割器组件”和/或“切割器牙轮组件”。牙轮组件40中的每一者可以包括多个切割元件或插入件42，其响应于钻头101的旋转而穿透且擦过井下地层的邻近部分。参见图2和3，牙轮组件40还可以包括安置于每一牙轮组件40的相应量规表面46上的多个复合片44。切割元件42可以包括与牙轮钻头一起使用可令人满意的各种类型的复合片、插入件、铣齿以及焊接复合片。牙轮组件40还可以包括大体上圆形的基座部分45。钻头101可包括钻头主体16，所述钻头主体具有从其延伸的三个支撑臂18。图2中仅可见两个支撑臂18，但本公开的教示可以在具有各种数目的支撑臂18的钻头中使用。钻头101的井上部分或销端20可以包括大体上锥形的外部螺纹22。螺纹22可以使钻头101与相关联钻柱(包括图1中的钻柱102)或井底钻具组件(包括图1中的BHA120)的井下末端可释放地啮合。在切割元件或插入件42与井下地层的邻近部分之间的冲击期间产生的地层材料和其它井下碎屑可能由从喷嘴30流动的钻井流体从相关联井筒的底部或末端带走。每一支撑臂18可以包括相应的润滑剂系统60。润滑剂可以指代对与在牙轮钻头上可旋转地安装一个或多个牙轮组件相关联的轴颈轴承、止推轴承、轴承表面、轴承组件和/或其它支撑结构进行润滑可令人满意的任何流体、油脂、复合油脂或流体与固体的混合物。润滑剂系统60可以包括邻近于相关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种牙轮钻头，包括：钻头主体，所述钻头主体具有从其延伸的至少一个支撑臂；处于每一支撑臂中的润滑剂腔室；处于每一支撑臂中的筒，所述筒从所述润滑剂腔室延伸到每一支撑臂的外表面；处于每一支撑臂的所述筒中的管；以及漂浮珠，其在所述管中且可操作以响应于所述牙轮钻头周围的环境的压力而在所述管内轴向移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种牙轮钻头，包括：钻头主体，所述钻头主体具有从其延伸的至少一个支撑臂；处于每一支撑臂中的润滑剂腔室；处于每一支撑臂中的筒，所述筒从所述润滑剂腔室延伸到每一支撑臂的外表面；处于每一支撑臂的所述筒中的管；以及漂浮珠，其在所述管中且可操作以响应于所述牙轮钻头周围的环境的压力而在所述管内轴向移动。2.如权利要求1所述的钻头，其进一步包括定位于所述管的一端与每一支撑臂的所述外表面之间的保持器。3.如权利要求1所述的钻头，其进一步包括定位于所述筒的壁与所述管的外周边之间的密封件。4.如权利要求1所述的钻头，其中所述管的一端是扩口的。5.如权利要求1所述的钻头，其中所述管是由不锈钢制造。6.如权利要求1所述的钻头，其中所述管的内周边的表面具有基本上光滑的表面纹理。7.如权利要求1所述的钻头，其中所述管基本上延伸所述筒的长度。8.一种用于润滑剂压力减轻的方法，其包括每当润滑剂腔室中的润滑剂的压力与井筒环境的压力基本上不相等时减轻所述润滑剂与所述井筒环境之间的压力差，其中压力补偿机构处于牙轮钻头中，所述牙轮钻头包括：钻头主体，所述钻头主体具有从其延伸的至少一个支撑臂；处于每一支撑臂中的所述润滑剂腔室；处于每一支撑臂中的筒，所述筒从所述润滑剂腔室延伸到每一支撑臂的外表面；处于每一支撑臂的所述筒中的管；以及漂浮珠，其在所述管中且可操作以在所述管内轴向移动。9.如权利要求8所述的方法，其中所述牙轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·B·米利根，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国,US