自调式掘地工具以及减少振动的相关系统和方法技术方案

一种自调式掘地工具以及减少振动的相关系统和方法。所述方法减少掘地工具在钻探操作期间所经受的振动，该钻探操作包括压碎和剪切切削地下岩层的组合。该方法包括：设定联接至设置在所述掘地工具的刀片内的致动装置的钻探元件的初始暴露量，以相对于设置在刀片的前导面处的主切削元件过度暴露或欠暴露一距离，该距离处于主切削元件的总直径的0.5％到8.0％的范围内；对掘地工具施加钻压；使钻探元件朝向致动装置缩回，并相对于主切削元件欠暴露；并且响应于钻探事件，使所述钻探元件相对于掘地工具的主体移动，以改变钻探元件相对于主切削元件的欠暴露量水平。

Self adjusting earth digging tools and related systems and methods to reduce vibration

【技术实现步骤摘要】
自调式掘地工具以及减少振动的相关系统和方法优先权要求本申请要求于2018年12月7日提交的、名称为“Self-AdjustingEarth-BoringToolsandRelatedSystemsandMethodsOfReducingVibrations”的美国临时专利申请序列号16/213,838的申请日的权益，其内容和公开通过引用整体并入本申请。
本公开总体上涉及用于钻探井筒的自调式掘地工具、底孔组件和集成自调式掘地工具的系统以及使用这种自调式掘地工具、组件和系统的方法。
技术介绍
油井(井筒)通常用钻柱进行钻探。钻柱包括具有钻探组件的管状构件，该钻探组件在其底端包括单个钻头。钻探组件通常包括提供涉及各种参数的信息的装置和传感器，这些参数涉及钻探操作(“钻探参数”)、钻探组件的行为(“钻探组件参数”)以及与被井筒穿透的岩层有关的参数(“岩层参数”)。通过旋转钻机的钻柱和/或通过底孔组件(“BHA”)中的钻探马达(也称为“泥浆马达”)，来旋转附接至钻探组件底端的钻头和/或铰刀，以移除岩层材料从而钻探井筒。以通常称为定向钻探的方式沿非垂直轮廓轨迹钻探大量井筒。例如，单个井筒可以包括一个或多个垂直部分、偏斜部分和水平部分，它们延伸穿过不同类型的岩层。当使用固定刀具或所谓的“拖曳”钻头或其他掘地工具的钻探从软岩层(例如砂岩)进行到硬岩层(例如页岩)或从硬岩层进行到软岩层时，穿透速率(“ROP”)发生改变，并且可能会在钻头中产生过度的ROP波动和/或振动(横向或扭转)。通常通过控制钻头的钻压(WOB)和转速(每分钟转数或“RPM”)来控制ROP。通过控制地面上的吊钩负荷来控制WOB，并且通过控制地面上的钻柱旋转和/或通过控制钻探组件中的钻探马达速度来控制RPM。通过这样的方法控制钻头振动和ROP需要钻探系统或操作员在地面上采取行动。这种地面行动对钻头波动的影响基本上不是立即的。对于给定WOB和钻头转速，钻头攻进会导致振动、旋转和粘滑。固定刀具钻头的“切削深度”(“DOC”)通常定义为钻头旋转一圈进入岩层的距离，这是与钻头攻进相关的重要因素。控制DOC可以防止在钻头上积聚过多的岩层材料(例如“钻头成球”)，将反作用扭矩限制在可接受的水平，增强钻头的可操纵性和方向控制，提供更平滑且具有更一致的直径的钻孔，避免过早损坏到切削元件，并延长钻头的使用寿命。
技术实现思路
本公开的一个或多个实施例可以包括一种减少掘地工具在钻探操作期间所经受的振动的方法，该钻探操作涉及压碎和剪切切削地下岩层的组合，该方法包括：设定联接至设置在掘地工具的刀片内的致动装置的钻探元件的初始暴露量，以相对于设置在刀片的前导面处的主切削元件过度暴露一距离，该距离处于主切削元件的总直径的大约0.5％至大约8.0％的范围内；对掘地工具施加钻压；使钻探元件朝向致动装置缩回并且相对于所述主切削元件处于欠暴露的方向；并且响应于钻探事件，使钻探元件相对于掘地工具的主体移动，以改变钻探元件相对于主切削元件的欠暴露水平。本公开的一个或多个实施例可以包括一种减少掘地工具在钻探操作期间所经受的振动的方法，该钻探操作涉及压碎和剪切切削地下岩层的组合，该方法包括：设定联接至设置在掘地工具的刀片内的致动装置的钻探元件相对于设置在刀片的前导面上的主切削元件的初始暴露量；通过施加钻压使钻探元件相对于致动装置移动并且相对于主切削元件具有第二暴露量；在钻探操作期间保持钻探元件与地下岩层之间至少基本上连续的接触；并且响应于钻探事件，在钻探事件期间和之后，使钻探元件相对于掘地工具的主体移动，以至少基本上保持钻探元件与地下岩层之间的接触。本公开的一个或多个实施例可以包括一种掘地工具，其包括主体。该掘地工具还可以包括从主体延伸出来的多个刀片。该掘地工具还可以包括：至少一个联接至主体的可旋转切削结构组件；致动装置，其至少部分地设置在所述多个刀片的刀片内。该掘地工具还可以包括第一流体腔室。该掘地工具还可以包括第二流体腔室。该掘地工具还可以包括至少一个往复运动构件，其配置成在第一流体腔室和第二流体腔室中往复运动，所述至少一个往复运动构件具有前表面和后表面。该掘地工具还可以包括液压流体，其设置在第一流体腔室和第二流体腔室内并且至少基本上填满第一流体腔室和第二流体腔室。该掘地工具还可以包括连接构件，其附接到至少一个往复运动构件并从第二流体腔室延伸出来。该掘地工具还可以包括钻探元件，其可移除地联接到致动装置的连接构件。附图说明为了详细理解本公开，应参考以下结合附图进行的详细描述，在附图中相同的元件通常用相同的附图标记表示，并且：图1是包括一种钻柱的井筒系统的示意图，而该钻柱包括根据本公开的一个实施例的自调式钻头；图2是根据本公开的一个实施例的自调式钻头的局部横截面视图；图3是根据本公开的一个实施例的自调式钻头的致动装置的示意图；图4是根据本公开的另一实施例的自调式钻头的致动装置的示意图；图5是根据本公开的另一实施例的用于自调式钻头的致动装置的横截面视图；图6是根据本公开的一个实施例的自调式钻头的局部横截面视图；和图7示出了减少掘地工具在钻探操作期间所经受的振动的方法的流程图。具体实施方式本申请呈现的图示不是任何特定钻探系统、掘地工具组件或此类组件的部件的实际视图，而仅仅是用于描述本公开的理想化表示。如本申请中所使用，术语“钻头”和“掘地工具”分别是指并且包括用于形成、扩大或形成并扩大井筒的掘地工具。钻头的非限制性示例包括固定刀具钻头(刮刀钻头)、固定刀具取芯钻头、固定刀具偏心钻头、固定刀具双中心钻头、固定刀具铰刀、带有支承固定刀具的刀片的可扩孔铰刀以及包括固定刀具和可移动切削结构(滚锥)的混合式钻头。如本申请中所使用，术语“固定刀具”是指并且包括切削元件，其被配置为用于起剪切切削作用、磨料切削作用或冲击(敲击)切削作用，并且相对于旋转移动固定在支承切削元件的结构(例如但不限于钻头主体、工具主体或铰刀)中。如本申请中所使用，术语“磨损元件”和“支承元件”分别是指并包括安装在掘地工具上的元件，并且这些元件被配置为当其接触正在其中钻探或扩大井筒的地下岩层时，基本上切削或移除岩层材料。如本申请中所使用，术语“钻探元件”是指并且包括固定刀具、磨损元件和支承元件。例如，钻探元件可以包括切削元件、垫块、进行滚动接触的元件、减少与岩层的摩擦的元件、PDC钻头刀片、滚锥、用于改变垃圾槽几何形状的元件等。如本申请中所使用，诸如“第一”、“第二”、“前”、“后”之类的任何关系术语是为了清楚和方便理解本公开和附图而使用的，并且不暗示或依赖于任何特定的偏好或顺序，除非上下文中另有明确说明。如本申请中所使用，涉及给定参数、特性或条件的术语“基本上”是指并且在一定程度上包括本领域技术人员应理解给定参数、特性或条件在存在很小的差异程度下满足，例如在可接受的制造公差范围内满足。例如，基本满足的参数可以是至少约90％满足，至少约95％满足，或甚至至少约99％满足。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减少掘地工具在钻探操作期间所经受的振动的方法，该钻探操作涉及压碎和剪切切削地下岩层的组合，该方法包括：/n设定联接至设置在该掘地工具的刀片内的致动装置的钻探元件的初始暴露量以便相对于设置在该刀片的前导面处的主切削元件过度暴露一距离，该距离处于该主切削元件的总直径的大约0.5％至大约8.0％的范围内；/n对掘地工具施加钻压；/n使所述钻探元件朝向所述致动装置缩回并且相对于所述主切削元件欠暴露；并且/n响应于钻探事件，使所述钻探元件相对于所述掘地工具的主体而移动，以改变所述钻探元件相对于所述主切削元件的欠暴露水平。/n

【技术特征摘要】
20181207 US 16/213,8381.一种减少掘地工具在钻探操作期间所经受的振动的方法，该钻探操作涉及压碎和剪切切削地下岩层的组合，该方法包括：
设定联接至设置在该掘地工具的刀片内的致动装置的钻探元件的初始暴露量以便相对于设置在该刀片的前导面处的主切削元件过度暴露一距离，该距离处于该主切削元件的总直径的大约0.5％至大约8.0％的范围内；
对掘地工具施加钻压；
使所述钻探元件朝向所述致动装置缩回并且相对于所述主切削元件欠暴露；并且
响应于钻探事件，使所述钻探元件相对于所述掘地工具的主体而移动，以改变所述钻探元件相对于所述主切削元件的欠暴露水平。


2.根据权利要求1所述的方法，其中设定所述钻探元件相对于所述主切削元件的初始暴露量包括：将所述初始暴露量的距离设定在所述主切削元件的总直径的大约1.0％至大约4.0％的范围内。


3.根据权利要求1所述的方法，其中设定所述钻探元件相对于所述主切削元件的初始暴露量包括：将所述初始暴露量的距离设定在所述主切削元件的总直径的大约2.0％至大约3.0％的范围内。


4.根据权利要求1所述的方法，其中使所述钻探元件相对于所述掘地工具的主体移动将减少所述掘地工具所经受的轴向振动。


5.根据权利要求1所述的方法，其中使所述钻探元件相对于所述掘地工具的主体移动将减少所述掘地工具所经受的扭转振动。


6.根据权利要求1所述的方法，其中使所述钻探元件相对于所述掘地工具的主体移动将减少所述掘地工具所经受的横向振动。


7.根据权利要求1所述的方法，其中响应于钻探事件，使所述钻探元件相对于所述掘地工具的主体移动包括：响应于地下岩层的变化，而使所述钻探元件相对于所述掘地工具的主体移动。


8.根据权利要求1所述的方法，其中响应于钻探事件，使所述钻探元件相对于所述掘地工具的主体移动包括：响应于钻压施加的中断，而使所述钻探元件相对于所述掘地工具的主体移动。


9.根据权利要求1所述的方法，其中使所述钻探元件相对于所述掘地工具的主体移动包括：减少所述主切削元件与所述地下岩层之间的接触。


10.根据权利要求1所述的方法，其中使所述钻探元件相对于所述掘地工具的主体移动包括减少所述主切削元件的切削深度。


11.一种减少掘地工具在钻探操作期间所经受的振动的方法，该钻探操作包括压碎和剪切切削地下岩层的组合，该方法包括：
设定联接至设置在所述掘地工具的刀片内的致动装置的钻探元件相对于设置在所述刀片的前导面处的主切削元件的初始暴露量；
通过施加钻压而使所述钻探元件相对于所述致动装置移动并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·M·韦尔奇，
申请(专利权)人：通用电气GE贝克休斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US