阶梯式井下工具和使用方法技术

一种井下工具，包括至少导向部分、第一扩张部分和第二扩张部分。所述导向部分具有多个切割元件以切割导向孔。所述扩张部分中的每一者具有多个切割元件以连续地扩张所述导向孔以实现最终井筒半径。所述导向部分、所述第一扩张部分和所述第二扩张部分各自在相应的基准上具有一个或多个稳定器垫以在井筒创建期间使所述井下工具稳定。

Ladder type downhole tools and use methods

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阶梯式井下工具和使用方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年5月5日提交的美国专利号62/501,841的优先权和权益，所述申请的全部内容明确地以引用方式并入本文。
技术介绍
出于多种勘探或开采目的，可将井筒钻探到地表位置或海床中。例如，可钻探井筒以获取储存在地下地层中的流体，诸如液态和气态烃，并且从地层提取流体。用于生产或提取流体的井筒可围绕井筒的壁内衬有套管。部分地取决于钻探井筒所穿过的地层的特性，可利用多种钻井方法。在井筒的形成、维护和封闭期间，可通过井下工具来移除各种材料以延伸、加宽或重新导向井筒。例如，井下工具移除土质材料以延伸或加宽井筒。较大半径的井筒常常比较小半径的井筒需要更多的时间和资源。此外，相对于较小半径的井下工具，较大半径的井下工具可需要对于不同几何形状、排屑槽、切割元件放置和冷却的考虑。
技术实现思路
根据本公开的一些实施方案，井下工具包括导向部分、在导向部分的纵向井上方向上的第一扩张部分和在第一扩张部分的纵向井上方向上的第二扩张部分。导向部分包括导向切割元件，以及具有在导向半径下的至少一个导向稳定器垫的导向基准(pilotgage)。第一扩张部分包括第一扩张切割元件，以及具有在大于导向半径的第一扩张半径下的第一扩张稳定器垫的第一扩张基准。第二扩张部分包括第二扩张切割元件，以及具有在大于第一扩张半径半径的第二扩张半径下的第二扩张稳定器垫的第二扩张基准。在相同或其他实施方案中，钻头包括导向部分、第一扩张部分和第二扩张部分，其中第二扩张部分联接到导向部分和第一扩张部分使得第一扩张部分纵向地在导向部分与第二扩张部分之间。导向部分包括具有导向切割半径的导向稳定器垫和导向切割元件。第一扩张部分具有第一扩张稳定器垫，以及在第一扩张表面上的第一扩张切割元件。第一扩张切割元件限定大于导向切割半径的第一扩张切割半径。第二扩张部分具有在第二扩张表面上的第二扩张切割元件，其限定大于第一扩张切割半径的第二扩张切割半径。根据一个或多个实施方案，使用井下工具移除材料的方法包括使用井下工具的导向部分移除地层中的材料以创建具有导向半径的导向孔。使用定位于导向部分的导向基准上的导向稳定器垫来使井下工具稳定在导向孔中。使用井下工具的第一扩张部分将导向孔扩张至第一扩张半径，并且使用定位于第一扩张部分的第一扩张基准上的第一扩张稳定器垫来使井下工具稳定。使用井下工具的第二扩张部分将孔进一步从第一扩张半径扩张至第二扩张半径，并且使得导向半径介于第二扩张半径的50％与95％之间、65％与95％之间、75％与95％之间或80％与90％之间。在一些实施方案中，钻头或井下工具的导向部分包括椎体、鼻部、肩部和基准区域。根据相同或其他实施方案，导向半径或导向切割半径介于第二扩张半径或第二扩张切割半径的70％与95％之间或85％与90％之间。在可与本文的任何其他方面结合的一个或多个方面中，第二扩张部分还可包括第二扩张稳定垫，和/或导向稳定垫、第一扩张稳定垫或第二扩张稳定垫中的任何一者或多者可以是锥形的。导向部分、第一扩张部分、第二扩张部分、第三扩张部分或第四扩张部分或上述中的任何者的切割元件可包括平面切割元件、非平面切割元件或平面与非平面切割元件的组合。提供本
技术实现思路
来介绍一系列概念，这些概念将在以下具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
既不意图识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用来帮助限制所要求保护的主题的范围。相反，本公开的实施方案的其他特征将在以下描述中阐明，并且部分地将从描述中显而易见，或可通过此类实施方案的实践得以领会。可借助于所附权利要求中具体指出的仪器和组合来实现和获得此类实施方案的一些特征和方面。这些和其他特征将从以下描述和所附权利要求中变得更完全地显而易见，或者可通过如在下文中阐明的此类实施方案的实践得以领会。附图说明为了描述可获得本公开的上述特征和其他特征的方式，将通过参考在附图中示出的本专利技术的特定实施方案来给出更具体的描述。为了更好的理解，贯穿各种附图，相似元件由相似附图标号指定。虽然一些附图可以是概念的示意性或夸大的表示，但是其他附图应视为是按比例绘制以用于一些例示性实施方案的，而不是按比例绘制以用于其他实施方案的。应当理解，附图描绘一些示例性实施方案，这些实施方案将通过使用附图来另外具体和详细地描述并解释，在附图中：图1是根据本公开的至少一个实施方案的包括井下工具的钻井系统的示意图；图2是根据本公开的至少一个实施方案的井下工具的侧视图；图3是根据本公开的至少一个实施方案的图2的井下工具的复合切割轮廓；图4是根据本公开的至少另一个实施方案的井下工具的复合切割轮廓；图5是根据本公开的至少另一个实施方案的从地层的非支撑区域移除材料的井下工具的示意性表示；图6是根据本公开的至少一个实施方案的在地层中推进的图5的井下工具的示意性表示；图7是根据本公开的至少一个实施方案的具有装卸槽的井下工具的复合切割轮廓，其中装卸槽在装卸槽的井下方向上；图8至图10是根据本公开的至少一个实施方案的非平面切割元件的局部剖视图；图11-1是根据本公开的至少一个实施方案的脊状切割元件的透视图；图11-2是图11-1的脊状切割元件的侧视图；图12是根据本公开的至少一个实施方案的另一个脊状切割元件的透视图；图13-1至图13-3是根据本公开的至少一个实施方案的在变化的背前角下的切割元件的侧视图；图14是根据本公开的至少一个实施方案的具有走向角的切割元件的侧视图；图15-1至图16-3是根据本公开的至少一个实施方案的具有变化的侧前角的切割元件的各种视图；并且图17是根据本公开的至少一个实施方案的示出使用井下工具移除材料的方法的流程图。具体实施方式本公开的实施方案总体涉及用于在土地地层中创建井筒的装置、系统和方法。更具体地，本公开的一些实施方案涉及具有导向部分和井筒半径依次增大的多个扩张部分的钻头。在一些实施方案中，通过降低钻头的侧向和/或轴向振动或其组合，钻头可以增大钻头在地层内的穿透速率、降低切割元件和/或钻头主体失效的可能性、提高钻头稳定性。虽然本文描述一种用于切割穿过土地地层的钻头，但是应当理解，本公开可适用于其他切割钻头，诸如铣削钻头、固定和可扩张的扩孔钻、开眼钻头和其他切割钻头，并且适用于用于切割穿过诸如水泥、混凝土、金属的其他材料或包括此类材料的地层的其他切割钻头。图1示出一种用于钻探土地地层11以形成井筒12的钻井系统5的一个实例。钻井系统5包括用于使钻井工具总成14转向的钻机13，其向下延伸到井筒12中。图1中的钻井工具总成14包括钻柱15、井底总成(“BHA”)16和附接到钻柱15的井下端部的钻头11。钻柱15可包括钻杆18a的若干接头，这些接头通过工具接头19端对端连接。钻柱15可选地通过中心孔传输钻井液，并且可将转动功率从钻机13传输到BHA16，或从井下马达传输到全部或部分BHA16。钻杆18提供藉以从地表泵送钻井液的液压通道。钻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下工具，所述井下工具包括：/n导向部分，所述导向部分包括多个导向切割元件和导向基准，所述导向基准包括在导向半径下的至少一个导向稳定器垫；/n第一扩张部分，所述第一扩张部分定位在相对于所述导向部分的井上纵向方向上，所述第一扩张部分包括多个第一扩张切割元件和第一扩张基准，所述第一扩张基准包括在大于所述导向半径的第一扩张半径下的至少一个第一扩张稳定器垫；以及/n第二扩张部分，所述第二扩张部分定位在相对于所述第一扩张部分的所述井上纵向方向上，所述第二扩张部分包括多个第二扩张切割元件和具有大于所述第一扩张半径的第二扩张半径的第二扩张基准。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170505 US 62/501,8411.一种井下工具，所述井下工具包括：
导向部分，所述导向部分包括多个导向切割元件和导向基准，所述导向基准包括在导向半径下的至少一个导向稳定器垫；
第一扩张部分，所述第一扩张部分定位在相对于所述导向部分的井上纵向方向上，所述第一扩张部分包括多个第一扩张切割元件和第一扩张基准，所述第一扩张基准包括在大于所述导向半径的第一扩张半径下的至少一个第一扩张稳定器垫；以及
第二扩张部分，所述第二扩张部分定位在相对于所述第一扩张部分的所述井上纵向方向上，所述第二扩张部分包括多个第二扩张切割元件和具有大于所述第一扩张半径的第二扩张半径的第二扩张基准。


2.如权利要求1所述的井下工具，所述导向半径介于所述第二扩张半径的70％与95％之间。


3.如前述权利要求中任一项所述的井下工具，所述导向半径介于所述第二扩张半径的85％与90％之间。


4.如权利要求1或权利要求2所述的井下工具，所述第二扩张半径包括在所述第二扩张半径下的至少一个第二扩张稳定器垫。


5.如权利要求1或权利要求2所述的井下工具，所述第一扩张切割元件或所述第二扩张切割元件中的至少一者是非平面切割元件。


6.如权利要求1或权利要求2所述的井下工具，所述第一扩张切割元件或所述第二扩张切割元件中的至少一者具有相对于所述井下工具的纵向轴线取向介于35°与65°之间的切割元件纵向轴线。


7.如权利要求1或权利要求2所述的井下工具，所述第一扩张切割元件或所述第二扩张切割元件中的至少一者具有介于65°与100°之间的切割元件夹角。


8.如权利要求1或权利要求2所述的井下工具，所述第一扩张切割元件或所述第二扩张切割元件中的至少一者包括切割端，所述切割端的外径向侧表面相对于所述井上纵向方向取向成处于0.2°至5°的对准角度。


9.如权利要求1或权利要求2所述的井下工具，所述第一扩张半径比所述导向半径大介于5％与25％之间。


10.如权利要求1或权利要求2所述的井下工具，所述第二扩张半径比所述第一扩张半径大介于5％与25％之间。


11.如权利要求1或权利要求2所述的井下工具，所述井下工具还包括纵向地介于所述第一扩张部分与所述第二扩张部分之间的钻头装卸部分。


12.一种钻头，所述钻头包括：
导向部分，所述导向部分包括具有导向切割半径的多个导向切割元件，所述导向部分还包括至少一个导向稳定器垫；
第一扩张部分，所述第一扩张部分具有在第一扩张表面上并且限定大于所述导向切割半径的第一扩张切割半径的多个第一扩张切割元件，所述第一扩张部分还包括至少一个第一扩张稳定器垫；以及
第二扩张部分，所述第二扩张部分具有在第二扩张表面上并且限定大于所述第一扩张切割半径的第二扩张切割半径的多个第二扩张切割元件，所述第二扩张部分联接到所述第一扩张部分和所述导向部分，使得所述第一扩张部分纵向地介于所述导向部分与所述第二扩张部分之间。


13.如权利要求12所述的钻头，所述钻头切割半径介于所述第一扩张切割半径的85％与97.5％之间并且介于述第二扩张切割半径的70％与95％之间。


14.如权利要求12或权利要求13所述的钻头，所述至少一个导向稳定器垫或所述至少一个第一扩张稳定器垫中的至少一部分是与所述钻头的纵向轴线不平行的。


15.如权利要求12或权利要求13所述的钻...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·G·阿扎尔，G·C·唐顿，E·G·帕金，
申请(专利权)人：史密斯国际有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US