包括用于钻探地层的地钻元件和冲击元件的混合式钻头制造技术

包括地钻元件和冲击元件的一种混合式钻头。地钻元件和冲击元件同轴地布置，其中地钻元件围绕冲击元件。冲击元件的往复运动构件可以以使得往复运动构件的底端能够从地钻元件的底端反复地突出并且能够被反复地拔出的方式振动。地钻元件的构造可使其能够钻进地层中的某些材料并从地层中移除某些材料，而冲击元件可使混合式钻头能够钻入并移除难钻的材料，包括具有高压缩力的研磨材料，如角岩。

A hybrid bit consisting of a drilling element and a percussion element for drilling a formation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括用于钻探地层的地钻元件和冲击元件的混合式钻头相关申请的交叉引用本申请要求2017年3月7日提交的申请号为62/468,363并且题为“HYBRIDBITINCLUDINGEARTH-BORINGANDPERCUSSIONELEMENTSFORDRILLINGEARTHFORMATIONS”(“’363临时申请”)的美国临时申请的优先权。’363临时申请的公开内容全部并入本文。
本公开一般涉及用于钻入地层的钻头，并且更具体地，涉及用于钻探地层的混合式钻头。更具体地，本公开涉及包括集成的地钻元件和冲击元件的混合式钻头，并且更具体地，涉及包括彼此集成的地钻元件和冲击元件的钻头。还公开了在地层中形成钻孔(例如，油井、气井等)的方法。
技术介绍
地钻钻头通常用于钻入各种地层。在钻穿某些地层(例如石灰岩地层等)时，可能会遇到更硬、更难钻的材料(例如磨蚀性材料、具有高抗压强度的材料等)，例如角岩。为了继续钻穿这种难钻的材料，可能需要锤击元件，其也被称为冲击元件。如果缺少锤击元件的底部钻具组合(BHA)遇到难钻的材料，则必须从钻孔或井中取出钻柱，以便将锤击元件合并到BHA中。只要将锤击元件引入钻孔中，就可以继续进行钻探。常规地，气动(即，空气驱动)锤击元件在本领域中也被称为潜孔(DTH)钻头，其已经被用于辅助打碎难钻的材料。气动锤击元件的功能类似于钻孔底部或末端的手持式凿岩钻。使用完成DTH后，必须将其从钻孔中移除，然后将包含钻头的BHA重新引入钻孔中。从钻孔中反复移除钻柱并替换钻孔中的钻柱会不期望地消耗宝贵的钻探时间。最近，已经开发了液压锤击元件。典型地，钻头附接到液压锤击元件的底端。锤击元件在地钻钻头中会引起轴向振动，从而导致其与钻孔末端或底部的地层接合的压力和力产生振动，这可能会使地钻钻头承受钻头所没有被设计成能承受的力。将传统的地钻钻头与锤击元件一起使用可能会导致地钻钻头过早失效。
技术实现思路
一方面，根据本公开的混合式钻头包括彼此集成的冲击元件和地钻元件。这种混合式钻头的冲击元件在本文中也可以称为“锤击元件”或“冲击钻头”。根据本公开的混合式钻头的地钻元件也可以称为“地钻钻头”。除了冲击元件和地钻元件之外，根据本公开的混合式钻头还包括连接器。冲击元件和地钻元件可以同轴布置，其中地钻元件围绕冲击元件。地钻元件和冲击元件的相对轴向位置可以是固定的。在一些实施例中，地钻元件的上部和冲击元件的上部，并且更具体地，地钻元件的上部和冲击元件的固定构件的上部，可以彼此固定。冲击元件的下部，其包括围绕冲击元件的固定构件的下部的往复运动构件，可以位于地钻元件的下部的喉部内，因此被地钻元件的下部围绕但并没有固定在地钻元件的下部。这样的布置可以使往复运动构件能够基于混合式钻头的方位，在地钻元件的喉部内轴向地振动或上下移动或前后移动。冲击元件的底端或底表面暴露于地钻元件的底端。当冲击元件沿着地钻元件和混合式钻头的轴线或长度振动时，冲击元件的底端通过相对于地钻元件的底端移动到不同位置而轮转。因此，冲击元件的底端相对于地钻元件的底端的位置可以根据沿着冲击元件的固定构件的下部的冲击元件的往复运动构件的位置并且因此根据往复运动构件相对于地钻元件的下部的位置而变化。当往复运动构件沿着固定构件的下部的长度处于其最低位置时，冲击元件的底端从地钻元件的底端突出。当往复运动构件沿着固定构件的下部的长度处于其最高位置时，冲击元件的底端可以相对于地钻元件的底端凹进，基本上与地钻元件的底端齐平或平齐，或从地钻元件的底端稍微突出。冲击元件的底端可具有使其能够与钻孔的底部或端部处的地层接触并接合或连接的构造。另外，冲击元件的构造可以使其承受由其往复运动构件的振动引起的力，包括在这种振动期间冲击元件的底端与钻孔的底部或端部相互作用的方式(例如振动、反复改变冲击元件的底端施加到钻孔底部或端部的力、反复冲击地层等)产生的力。在一些实施例中，冲击元件的构造可以使往复运动构件的底端能够将由往复运动构件的振动产生的振动力施加到钻孔的底部或端部，而地钻元件几乎不施加或根本不施加振荡力到钻孔底部或端部。当混合式钻头的冲击元件的底端吸收由冲击元件的往复运动构件的振动引起的力时，它还可以增强钻孔的底部与混合式钻头的地钻元件之间的接触。冲击元件和地钻元件的布置方式可以使冲击元件的往复运动构件振动，同时限制钻地元件的振动。即，地钻元件的振动程度或其行程长度小于往复运动构件的振动程度，从而使地钻元件能够用作常规的地钻钻头而不是锤子。在根据本公开的混合式钻头的其它实施例中，地钻元件可固定到冲击元件的往复运动构件。在这样的实施例中，往复运动构件的振动引起地钻元件的同等振动。在另一方面，根据本公开的用于钻探地层的方法包括：使用混合式钻头，其中至少一些钻探由混合式钻头的地钻元件执行，并且至少一些钻探由混合式钻头的冲击元件进行。这样的方法可以包括将钻柱和混合式钻头引入到地层中，其中混合式钻头包括在钻柱的底部由地钻元件同轴围绕的冲击元件。可以使用合适的钻压(WOB)将地钻元件钻入地层中。混合式钻头的冲击元件的往复运动构件可轴向振动以反复提升WOB，这可能将振动引入钻孔的底部或端部，甚至导致往复运动构件反复冲击钻孔的底部或端部。当遇到新型材料时，地钻元件和冲击元件彼此协同操作可以使这些元件能够有效地钻穿地层中的各种不同类型的材料，而无需从钻孔中移除钻柱来优化BHA。在一些实施例中，地钻元件和冲击元件可以同时运行。在其他实施例中，地钻元件可以连续地运行，而冲击元件可以选择性地运行(例如，在冲击元件内，在施加至少阈值液压(例如，钻井液或泥浆的阈值液压等)的情况下，通过向冲击元件等施加至少一个阈值力(例如，WOB等)来运行)。在其他实施例中，当可以选择性地控制地钻元件的运行(例如，通过旋转混合式钻头、通过施加WOB等选择性地控制地钻元件的运行)时，冲击元件可以运行。在选择地控制冲击元件的运行以及可选的地钻元件的运行的实施例中，一旦使用冲击元件(有或没有地钻元件)使混合式钻头穿过地层中特别困难的位置(例如，穿过角岩等)，就可以停止使用冲击元件，并且可以再次使用地钻元件来钻入地层。类似地，如果冲击元件磨损或损坏，则可以停止使用，并且可以继续使用或重新使用地钻元件。根据随后的说明、附图和所附权利要求，本领域技术人员将清楚所公开主题的其他方面以及所公开主题的各个方面的特征和优点。附图说明图1和图2示出了根据本公开的混合式钻头的横截面图，其中示出了混合式钻头的冲击元件与混合式钻头的地钻元件之间的布置的实施例；图3和图4示出了根据本公开的混合式钻头的实施例的底部透视图；图5示出了图3和图4所示的混合式钻头的实施例的仰视图；图6示出了根据本公开的混合式钻头的另一实施例的底部透视图；图7示出了图6所示的混合式钻头的实施例的仰视图。具体实施方式参考图1，示出了根据本公开的混合式钻头10的横截面图。混合式钻头10包括地钻元件20和冲击元件40。地钻元件20和冲击元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在地层中钻探钻孔的混合式钻头，包括：/n连接器，用于将混合式钻头的其余部分固定到钻柱上的底部钻具组合的底端；/n冲击元件，包括：固定构件和往复运动构件，固定构件的上部相对于连接器固定在适当的位置，以及往复运动构件的底端能够在钻探期间与钻孔的底部或端部对接，所述往复运动构件能够沿着所述固定构件前后纵向运动；/n地钻元件，地钻元件固定到冲击元件的固定构件的上部，所述地钻元件以同轴布置地围绕冲击元件的往复运动构件的至少一部分，所述冲击元件的往复运动构件的底端暴露于地钻元件的底端。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170307 US 62/468,3631.一种用于在地层中钻探钻孔的混合式钻头，包括：
连接器，用于将混合式钻头的其余部分固定到钻柱上的底部钻具组合的底端；
冲击元件，包括：固定构件和往复运动构件，固定构件的上部相对于连接器固定在适当的位置，以及往复运动构件的底端能够在钻探期间与钻孔的底部或端部对接，所述往复运动构件能够沿着所述固定构件前后纵向运动；
地钻元件，地钻元件固定到冲击元件的固定构件的上部，所述地钻元件以同轴布置地围绕冲击元件的往复运动构件的至少一部分，所述冲击元件的往复运动构件的底端暴露于地钻元件的底端。


2.根据权利要求1所述的混合式钻头，其中，所述冲击元件的所述往复运动构件的底端能够与所述地钻元件的底端齐平地定位。


3.根据权利要求1或2所述的混合式钻头，其中，所述冲击元件的所述往复运动构件的底端能够突出超过所述地钻元件的底端。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的混合式钻头，其中，所述地钻元件配置为刮刀钻头。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的混合式钻头，其中，所述冲击元件包括液压冲击元件。


6.根据权利要求5所述的混合式钻头，能够在液压冲击元件和地钻元件之间分离钻探流体的流动。


7.根据权利要求1-4中任一项所述的混合式钻头，其中，所述冲击元件包括气动冲击元件。


8.根据权利要求1-7中任一项所述的混合式钻头，其中，所述冲击元件能够引起所...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·伊夫，
申请(专利权)人：J·M·伊夫，
类型：发明
国别省市：美国;US