可反转聚晶金刚石复合片钻头制造技术

公开了一种可反转聚晶金刚石复合片(PDC)钻头(200、400)。可反转PDC钻头(400)包括至少一个刀翼(401a、401b)、设置在至少一个刀翼(401a)的第一侧上的至少一个前切削齿(402)、以及设置在至少一个刀翼(401b)的第二侧上的至少一个后切削齿(403)，其中第一侧沿可反转PDC钻头(400)的圆周方向与第二侧相对，其中使可反转PDC钻头(400)沿顺时针方向旋转会接合至少一个前切削齿(402)来切入地下地层(104)，并且其中使可反转PDC钻头(400)沿逆时针方向旋转会接合至少一个后切削齿(403)来切入所述地下地层(104)。地下地层(104)。地下地层(104)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可反转聚晶金刚石复合片钻头

技术介绍

[0001]聚晶金刚石复合片(PDC)钻头是一种使用合成金刚石盘(称为“切削齿”)来通过持续的刮削运动切穿岩石的钻头。切削齿具有成簇的金刚石颗粒，这些金刚石颗粒聚集成随机取向的更大块晶体。PDC钻头用于在地下地层中钻出井眼。
[0002]PDC钻头已广泛应用于从软到硬、从脆到韧、从浅到深的各种地层的钻井。PDC切削齿是主要的切削元件，其通过由井下马达和/或顶部驱动提供能量的底部钻具组合(BHA)的顺时针旋转来切断地层。PDC切削齿主要在刀翼的右(前)侧钎焊到钻头体上。一些其他的PDC切削齿钎焊在刀翼的顶部和侧面上以提供几种不同的功能，包括切削深度的控制、二次切削以及刀翼或主切削齿的保护。然而，由于传统上，在钻井期间钻柱向右(顺时针)转动，在刀翼的左(后)侧上没有PDC切削齿。当由于低机械钻速(ROP)或预测的地层变化而确定更换钻头时，需要将整个底部钻具组合(BHA)从井眼中拉出，并且这需要耗时的起钻过程(tripping process)来将整个BHA从井筒中拉出。例如，当钻头处于约12000英尺的总深度时，起钻需要约2天来更换钻头和BHA。

技术实现思路

[0003]总体而言，在一个方面，本专利技术涉及一种可反转聚晶金刚石复合片(PDC)钻头。所述可反转PDC钻头包括至少一个刀翼、设置在所述至少一个刀翼的第一侧上的至少一个前切削齿、以及设置在所述至少一个刀翼的第二侧上的至少一个后切削齿，其中所述第一侧沿所述可反转PDC钻头的圆周方向与所述第二侧相对，其中使所述可反转PDC钻头沿顺时针方向旋转会接合所述至少一个前切削齿来切入地下地层，并且其中使所述可反转PDC钻头沿逆时针方向旋转会接合所述至少一个后切削齿来切入所述地下地层。
[0004]总体而言，在一个方面，本专利技术涉及一种底部钻具组合(BHA)。所述BHA包括：(i)可反转聚晶金刚石复合片(PDC)钻头，该PDC钻头具有至少一个刀翼、设置在所述至少一个刀翼的第一侧上的至少一个前切削齿以及设置在所述至少一个刀翼的第二侧上的至少一个后切削齿，其中所述第一侧沿着所述可反转PDC钻头的圆周方向与所述第二侧相对；以及(ii)井下马达组件，该井下马达组件与所述可反转PDC钻头耦合，并且被配置为使所述可反转PDC钻头旋转并选择性地反转所述可反转PDC钻头的旋转方向，其中通过所述井下马达组件使所述可反转PDC钻头沿顺时针方向旋转会接合所述至少一个前切削齿来切入地下地层，并且其中通过所述井下马达组件使所述可反转PDC钻头沿逆时针方向旋转会接合所述至少一个后切削齿来切入所述地下地层。
[0005]总体而言，在一个方面，本专利技术涉及一种在地下地层中钻出井筒的方法。所述方法包括：在所述井筒的钻柱中安装可反转聚晶金刚石复合片(PDC)钻头，该可反转PDC钻头包括至少一个刀翼、设置在所述至少一个刀翼的第一侧上的至少一个前切削齿、以及设置在所述至少一个刀翼的第二侧上的至少一个后切削齿，其中所述第一侧沿所述可反转PDC钻头的圆周方向与所述第二侧相对；使所述可反转PDC钻头沿顺时针方向旋转，以接合所述至少一个前切削齿来切入地下地层；并且使所述可反转PDC钻头沿逆时针方向旋转，以接合所
述至少一个后切削齿来切入所述地下地层。
[0006]根据以下描述和所附权利要求，其他方面和优点将显而易见。
附图说明
[0007]现在将参照附图详细地描述所公开的技术的具体实施例。为了一致性，在各附图中，相似元素由相似的附图标记表示。
[0008]图1和图2示出了根据一个或多个实施例的系统。
[0009]图3示出了根据一个或多个实施例的流程图。
[0010]图4A、图4B、图4C、图4D和图4E示出了根据一个或多个实施例的示例。
具体实施方式
[0011]在以下对本公开的实施例的详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对本公开的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在其他情况下，未详细描述公知的特征，以避免不必要地使描述复杂化。
[0012]在整个申请中，序数(例如，第一、第二、第三等)可用作元素(即，本申请中的任何名词)的形容词。除非明确公开，例如使用术语“之前”、“之后”、“单个”以及其他此类术语，否则序数的使用并不暗示或产生元素的任何特定顺序，也不将任何元素限制为仅单个元素。相反，序数的使用是为了在元素之间进行区分。作为示例，第一元素不同于第二元素，第一元素可以包含多于一个元素并且在元素的排序中排在第二元素之后(或之前)。
[0013]本公开的实施例提供了一种可反转聚晶金刚石复合片(PDC)钻头以及一种使用可反转PDC钻头进行钻井作业的方法。在本专利技术的一个或多个实施例中，可反转PDC钻头包括位于PDC钻头的刀翼的右(前)侧和左(后)侧上的PDC切削齿。在刀翼的两侧承载PDC切削齿的情况下，PDC钻头被配置为沿顺时针或逆时针方向旋转。例如，在钻井期间，在前PDC切削齿失去侵蚀性(即，变钝或磨损)之后或者在遇到地层岩石变化时，可反转PDC钻头可以改变旋转方向。
[0014]图1示出了根据一个或多个实施例的示意图。如图1所示，井环境100包括地下地层(“地层”)104和井系统106。地层104可以包括位于地下、在地球表面(“地面”)108之下的多孔或断裂岩层。地层104可以包括具有不同特性(例如不同程度的渗透率、孔隙率、毛细管压力和电阻率)的不同岩石层。在井系统106是烃井的情况下，地层104可以包括含烃储层102。在井系统106作为生产井进行作业的情况下，井系统106可便于从储层102提取烃(或“产物”)。
[0015]在本说明书公开的一些实施例中，井系统106包括钻机101、井筒120、井地下系统122、井地面系统124和井控制系统(“控制系统”)126。井控制系统126可以控制井系统106的各种作业，例如井生产作业、钻井作业、完井作业、井维护作业以及储层监测、评估和开发作业。在一些实施例中，井控制系统126包括计算机系统。
[0016]钻机101是用于钻出井眼以形成井筒120的机器。钻机101的主要部件包括钻井流体罐、钻井流体泵(例如，钻机混合泵)、井架或钻塔、绞车、转盘或顶部驱动、钻柱、发电设备和辅助设备。钻井流体(也被称为“钻井泥浆”或简称为“泥浆”)用于促进在地球钻出井眼，
例如钻出油井和天然气井。钻井流体的主要功能包括：提供静水压以防止地层流体进入井眼；在钻井期间保持钻头冷却和清洁；携带钻屑；以及在钻井暂停的同时以及在钻井组件被带入和带出井眼时使钻屑悬浮。
[0017]井筒120包括从地面108向地层104的目标区域(例如储层102)延伸的钻孔(即，井眼)。终止于地面108处或附近的井筒120上端可被称为井筒120的“井上”端，而终止于地层104中的井筒下端可被称为井筒120的“井下”端。井筒120可以促进钻井作业期间钻井流体的循环以使井筒120延伸至地层104的目标区域(例如，储层102)，促进生产作业期间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种可反转聚晶金刚石复合片钻头，包括：至少一个刀翼；至少一个前切削齿，该至少一个前切削齿被设置在所述至少一个刀翼的第一侧上；以及至少一个后切削齿，该至少一个后切削齿被设置在所述至少一个刀翼的第二侧上，其中，所述第一侧沿所述可反转聚晶金刚石复合片钻头的圆周方向与所述第二侧相对，其中，使所述可反转聚晶金刚石复合片钻头沿顺时针方向旋转会接合所述至少一个前切削齿来切入地下地层，并且其中，使所述可反转聚晶金刚石复合片钻头沿逆时针方向旋转会接合所述至少一个后切削齿来切入所述地下地层。2.根据权利要求1所述的可反转聚晶金刚石复合片钻头，其中，所述至少一个前切削齿和所述至少一个后切削齿具有根据所述地下地层中的不同岩石类型选择的不同材料类型或不同几何形状。3.根据权利要求1或2所述的可反转聚晶金刚石复合片钻头，其中，所述可反转聚晶金刚石复合片钻头耦合到井下马达组件，该井下马达组件被配置为反转所述可反转聚晶金刚石复合片钻头的旋转方向。4.根据权利要求3所述的可反转聚晶金刚石复合片钻头，所述井下马达组件包括：顺时针泥浆马达；逆时针泥浆马达；以及滑动套筒系统，该滑动套筒系统被配置为引导钻井流体流以选择性地绕过所述顺时针泥浆马达和所述逆时针泥浆马达中的一个，从而改变所述可反转聚晶金刚石复合片钻头的所述旋转方向。5.根据权利要求3或4所述的可反转聚晶金刚石复合片钻头，所述井下马达组件包括：泥浆马达；以及滑动套筒系统，该滑动套筒系统被配置为引导钻井流体以选择性地沿两个相反方向中的一个方向流过所述泥浆马达，从而改变所述可反转聚晶金刚石复合片钻头的所述旋转方向。6.根据权利要求3至5中任一项所述的可反转聚晶金刚石复合片钻头，所述井下马达组件包括：顺时针泥浆马达；逆时针泥浆马达；以及离合器系统，该离合器系统包括致动器、接合盘、耦合到所述顺时针泥浆马达的顺时针盘以及耦合到所述逆时针泥浆马达的逆时针盘，其中，所述致动器被配置为将所述接合盘选择性地耦合到所述顺时针盘和所述逆时针盘中的一个，从而改变所述可反转聚晶金刚石复合片钻头的所述旋转方向。7.根据权利要求3至6中任一项所述的可反转聚晶金刚石复合片钻头，所述井下马达组件包括：井下DC电动马达，该井下DC电动马达被配置为根据从地面电源或井下发电机系统接收
的电力的极性来改变所述可反转聚晶金刚石复合片钻头的所述旋转方向。8.一种底部钻具组合，包括：可反转聚晶金刚石复合片钻头，所述可反转聚晶金刚石复合片钻头包括：至少一个刀翼；至少一个前切削齿，该至少一个前切削齿被设置在所述至少一个刀翼的第一侧上；以及至少一个后切削齿，该至少一个后切削齿被设置在所述至少一个刀翼的第二侧上，其中，所述第一侧沿所述可反转聚晶金刚石复合片钻头的圆周方向与所述第二侧相对；以及井下马达组件，该井下马达组件耦合到所述可反转聚晶金刚石复合片钻头，并且被配置为：使所述可反转聚晶金刚石复合片钻头旋转；并且选择...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建辉，詹国栋，T，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：