用于形成钻地钻具的仪表化切削件的设备和方法技术

本发明专利技术公开了一种仪表化切削元件、钻地钻具和相关方法。仪表化切削元件可包括基底基部、设置在基底基部上的金刚石台、设置在金刚石台内的传感器、联接到传感器并设置在形成于基底基部内的侧沟槽内的引线和设置在侧沟槽内的填充材料。钻地钻具可包括将仪表化切削元件固定到钻头主体的刀片。相关方法可包括形成仪表化切削元件和钻地钻具。仪表化切削元件和钻地钻具。仪表化切削元件和钻地钻具。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于形成钻地钻具的仪表化切削件的设备和方法
[0001]优先权声明
[0002]本申请要求2018年7月3日提交的名称为“Apparatuses and Methods for Forming an Instrumented Cutting for an Earth-Boring Drilling Tool”的美国专利申请序列号16/026922的提交日期的权益。本申请的主题涉及2017年3月10日提交的待审的美国专利申请号15/456105的主题，该专利申请为2012年8月15日提交的美国专利申请序列号13/586650(现为2017年3月28日公布的美国专利9605487)的继续申请。本主题还涉及2017年3月6日提交的待审的美国专利申请序列号15/450775，该专利申请为2015年11月24日提交的美国专利申请序列号14/950581(现为2017年3月21日公布的美国专利9598948)的继续申请，该专利申请为2012年8月15日提交的美国专利申请号13/586668(现为2015年12月15日公布的美国专利9212546)的继续申请。这些专利申请和专利中的每一篇的公开内容均全文以引用方式并入本文。


[0003]本公开整体涉及钻地钻头、附接到其的切削元件以及可用于钻地下地层的其他工具。更具体地，本公开的实施方案涉及用于在钻削期间从钻地钻头获得钻头处测量结果的仪表化切削元件。

技术介绍

[0004]石油和天然气工业为设计切削工具诸如包括牙轮岩石钻头和定刀钻头在内的井下钻头付出了相当大的努力。此类钻头可具有相对长的使用寿命，并且故障相对少见。具体地，付出相当大的努力来以最小化钻削操作期间发生重大钻头故障的概率的方式设计和制造牙轮岩石钻头和定刀钻头。在钻削操作期间从钻头损失牙轮或多晶金刚石复合片可能会妨碍钻削操作，并且在最坏的情况下，需要进行相当昂贵的打捞操作。
[0005]与钻头和钻头的某些部件相关的诊断信息可与钻头的耐久性、性能和潜在故障相关联。此外，关于岩层的特性信息可用于估计性能以及与钻削操作相关的其他特征。随钻测井(LWD)、随钻测量(MWD)和前端测量装置(FEMD)测量结果以常规方式由钻头后面诸如远离切削界面若干英尺处的测量结果获得。因此，可能会向数据中引入错误和延迟，这可能导致错过产油层、延迟获得信息以及钻削参数未充分优化。

技术实现思路

[0006]本公开的实施方案包括一种用于钻地钻具的仪表化切削元件。仪表化切削元件包括基底基部、设置在基底基部上的金刚石台、设置在金刚石台内的传感器、联接到传感器并设置在形成于基底基部内的侧沟槽内的引线、以及设置在侧沟槽内的填充材料或覆盖侧沟槽的盖材料中的至少一者。传感器被配置为获得与至少一个参数相关的数据，该至少一个参数与切削元件的诊断条件、钻削条件、井筒条件、地层条件或钻地钻具的条件中的至少一者相关。
[0007]另一个实施方案包括一种形成钻地钻具的方法。该方法包括；形成基底基部和具有用于仪表化切削元件的嵌入式金属插入件的金刚石台；响应于浸出金刚石台的至少一部分而在金刚石台内形成通道以移除嵌入式金属插入件；在基底基部的至少侧面部分内形成侧沟槽以与通道形成邻接的开放空间；将传感器插入通道内并将相关联的引线插入侧沟槽内；以及设置侧沟槽内的填充材料或覆盖侧沟槽的盖材料中的至少一者。传感器被配置为获得与至少一个参数相关的数据，该至少一个参数与切削元件的诊断条件、钻削条件、井筒条件、地层条件或钻地钻具的条件中的至少一者相关。
[0008]另一个实施方案包括一种钻地钻具，该钻地钻具包括：主体，该主体包括至少一个刀片，该至少一个刀片具有延伸穿过其的孔；和仪表化切削元件，该仪表化切削元件固定到至少一个刀片。仪表化切削元件包括基底基部、设置在基底基部上的金刚石台、设置在金刚石台内的传感器、联接到传感器并设置在形成于基底基部内的侧沟槽内的引线、以及设置在侧沟槽内的填充材料或覆盖侧沟槽的盖材料中的至少一者。传感器被配置为获得与至少一个参数相关的数据，该至少一个参数与切削元件的诊断条件、钻削条件、井筒条件、地层条件或钻地钻具的条件中的至少一者相关。
[0009]另一些实施方案包括一种操作钻地钻具的方法。该方法包括：在对地下地层钻削操作期间，用嵌入仪表化切削元件的金刚石台内的传感器获得测量数据；以及通过联接到传感器的引线将测量数据传输到数据收集模块，并且穿过填充有填充材料或被盖材料覆盖的侧沟槽。测量数据指示至少一个特性，该至少一个特性指示切削元件的诊断条件、钻削条件、井筒条件、地层条件或钻地钻具的条件。该方法还包括经由数据收集模块对测量数据的分析来确定至少一个特性。
附图说明
[0010]图1示出了示例性钻地钻头的剖视图。
[0011]图2是图1的仪表化切削元件的透视图。
[0012]图3是沿线3-3截取的图2的仪表化切削元件的剖视图。
[0013]图4A至图4F示出了图1的仪表化切削元件在各个制造阶段的示意性示出的简化剖视图，其示出了制备仪表化切削元件的方法。
[0014]图5至图7是根据本公开的实施方案的仪表化切削元件的各种构型的顶视图。
[0015]图8至图10是根据本公开的附加实施方案的切削元件的各种构型的金刚石台的侧面剖视图。
[0016]图11至图14是根据本公开的附加实施方案的切削元件的各种构型的侧面剖视图。
[0017]图15A是被旋转以示出将刀片分开的排屑槽的钻地钻头的外侧视图。
[0018]图15B是图15A的简化局部剖视图。
[0019]图16A和图16B是在各个制造阶段的钻地钻头的一部分的侧面剖视图，其示出了将仪表化切削元件连接到数据收集模块的方法。
[0020]图17是根据本公开的另一个实施方案的钻地钻头的一部分的侧面剖视图，其示出了固定仪表化切削元件的另一种方法。
[0021]图18是根据本公开的另一个实施方案的钻地钻头的一部分的侧面剖视图，其示出了固定仪表化切削元件的另一种方法。
[0022]图19是根据本公开的另一个实施方案的钻地钻头的一部分的简化示意图。
[0023]图20是根据本公开的另一个实施方案的钻地钻头的一部分的简化示意图。
[0024]图21是示出测量数据的曲线图，该测量数据指示所测量的切削器温度与钻削操作期间钻具的钻进速率之间的关系。
具体实施方式
[0025]在以下具体实施方式中，参考了附图，这些附图构成具体实施方式的一部分，并且在附图中以例示的方式示出了可实践本公开的具体实施方案。重复详细地描述了这些实施方案，以使得本领域的普通技术人员能够实践本公开，并且应当理解，可利用其他实施方案，并且可在本公开的范围内进行结构、逻辑和电气改变。
[0026]总体上参考以下描述和附图，示出了本公开的各种实施方案以示出其结构和操作方法。例示的实施方案的共同元件可以用相同或相似的附图标号表示。应当理解，所呈现的附图并非意在示出实际结构或方法的任何特定部分的实际视图，而仅仅是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于钻地钻具的仪器化切削元件，所述仪器化切削元件包括：基底基部；金刚石台，所述金刚石台设置在所述基底基部上；传感器，所述传感器设置在所述金刚石台内，其中所述传感器被配置为获得与至少一个参数相关的数据，所述至少一个参数与所述切削元件的诊断条件、钻削条件、井筒条件、地层条件或所述钻地钻具的条件中的至少一者相关；引线，所述引线联接到所述传感器并设置在形成于所述基底基部内的侧沟槽内；和设置成覆盖所述侧沟槽的盖材料或设置在所述侧沟槽内的填充材料中的至少一者。2.根据权利要求1所述的仪器化切削元件，其中所述填充材料选自金属粘合剂、陶瓷-金属粘合剂、陶瓷粘合剂、硅酸盐高温胶、环氧树脂和糊剂。3.根据权利要求1所述的仪器化切削元件，其中所述传感器选自热电偶、热敏电阻器、化学传感器、声换能器、伽玛检测器、电介质传感器、电阻率传感器、电阻温度检测器(RTD)和压阻传感器。4.根据权利要求1至3中任一项所述的仪器化切削元件，还包括设置在所述金刚石台内的至少一个附加传感器。5.根据权利要求4所述的仪器化切削元件，其中所述传感器和所述至少一个附加传感器在相对于所述金刚石台的切削表面的不同平面中彼此偏移。6.根据权利要求4所述的仪器化切削元件，其中所述传感器和所述至少一个附加传感器定位在相对于所述金刚石台的切削表面的同一平面内。7.根据权利要求6所述的仪器化切削元件，其中所述传感器和所述至少一个附加传感器定位在所述金刚石台内彼此平行延伸的通道中。8.根据权利要求6所述的仪器化切削元件，其中所述传感器和所述至少一个附加传感器定位在所述金刚石台内相对于彼此成角度的通...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹万钧，史蒂文，
申请(专利权)人：贝克休斯控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：