钻地工具和形成这样的钻地工具的方法技术

一种地钻钻头包括钻头本体，所述钻头本体具有多个径向延伸的刮刀和多个切削元件，所述多个切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀。仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少一个刮刀。仅仅剪切切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少另一个刮刀。所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量不同于所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。用于形成地钻钻头的方法包括形成钻头本体，所述钻头本体包括多个径向延伸的刮刀。与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量不同于与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权本申请要求在2011年5月5日提交的题目为“”的美国专利申请序列号13/101,840的优先权。本申请的主题涉及Lyons等人在2010年6月3日提交的美国申请序列号12/793,39的主题以及Lyons等人在2011年2月7日提交的美国申请序列号13/022，288的主题。
本公开的实施例总体涉及钻地工具和形成钻地工具的方法。具体地，本公开的实施例涉及一种钻地工具，所述钻地工具具有附接到至少一个刮刀的仅仅剪切切削元件和附接到至少另一个刮刀的仅仅凿挖切削元件。
技术介绍
用于在地下地层中形成井眼的钻地工具可以包括固定到本体的多个切削元件。例如，固定切削件式钻地旋转钻头(也称作“刮刀钻头”)包括多个切削元件，所述多个切削元件固定地附接到钻头的钻头本体并且通常位于形成在刮刀中的凹入部中和钻头本体的其它外部部分中。牙轮地钻钻头包括附接到位于支腿上的牙轮轴的多个牙轮，所述支腿从钻头本体垂下来。牙轮可以包括铣制或者用其它方式形成在牙轮上的切削元件(有时称作“齿”)，所述切削元件可以包括位于切削元件的外表面上的表面硬化层，或者牙轮可以包括附接到牙轮的切削元件(有时称作“嵌件”)，所述切削元件通常位于形成在牙轮中的凹入部中。用于这种钻地工具中的切削元件通常包括聚晶金刚石切削件(通常称作“PDC”)，所述聚晶金刚石切削件是包括聚晶金刚石(PCD)材料的切削元件。通过下述方式来形成聚晶金刚石切削元件:在存在催化剂(诸如，钴、铁、镍、或合金以及它们的混合物)的情况下，在高温和高压条件下将相对小的金刚石晶粒或者晶体烧结并且结合在一起而在切削元件基底上形成聚晶金刚石材料层。这些工艺通常被称作高温/高压(或者“HTHP工艺”)工艺。切削元件基底可以包括金属陶瓷材料(即，金属陶瓷复合材料)，其在金属基底(诸如，钴钨硬质合金)中包括多个硬质材料颗粒。在这些情况下，在由金刚石晶粒或者晶体烧结并且经催化而形成金刚石台面期间，切削元件基底中的催化剂材料可以被吸入到金刚石晶粒或者晶体中。在其它方法中，在HTHP工艺中，在将晶粒或者晶体烧结在一起之前，可以将粉末状催化剂材料与金刚石晶粒或者晶体相混合。切削元件的工作表面(有时称作切削面)可以具有各种形状，诸如平面形、半球形、圆锥形和凿形。传统地，具有平面形工作表面的切削元件可以利用剪切切削机理来移除下方地层。相比之下，具有圆顶形、圆锥形和凿形的工作表面的切削元件传统地利用压碎和凿挖切削机理来移除下方地层。此外，具有犁形工作表面的切削元件传统地利用犁耕切削机理来移除地下地层。已经提出了应用剪切切削元件、凿挖切削元件和/或犁耕切削元件的组合的多种地钻钻头。如在Hall等人的在2008年7月24日公开的美国申请公报N0.2008/0173482中公开的那样，固定切削件式钻头上的刮刀可以包括:剪切切削元件，所述剪切切削元件位于钻头的至少肩部区域中；和具有带尖的几何形状的切削元件，所述切削元件位于钻头的牙轮和前端区域中。另外，Hall公开了一种固定切削件式的钻头，其排他性地具有的切削元件带有附接到其刮刀的尖几何形状。Lyons等人的在2010年6月3日提交的美国申请序列号12/793，396公开了剪切切削元件和凿挖切削元件可以在多个区域(例如，牙轮区域、前端区域和肩部区域)中相互毗邻地布置在固定切削件式钻头的共用刮刀上。Lyons等人的在2011年2月7日提交的美国申请序列号13/022288公开了凿挖切削元件可以布置成在固定切削件式钻头的共用刮刀上的旋转跟随剪切切削元件(本领域中称为备用切削元件构造)。Christensen, Inc.的在1982年5月12日公开的英国申请公报N0.2，086，451公开了一种固定切削件式钻头，其在一些刮刀上具有带有平面切削面的仅仅切削元件以及在其它刮刀上具有拥有小于180°的相互夹角的分开切削面的仅仅切削元件。具有分开切削面的切削元件将犁沟(例如，犁)印刻到正在钻进的地层中。【附图说明】虽然本说明书是通过关于本专利技术的特别指出并且明确声明的权利要求得出的，但是当结合附图阅读时，从本公开的实施例的以下描述中，可以更为容易地推断出本公开的实施例的各种特征和优点，附图中:图1是钻地工具的透视图，其中，与剪切切削元件附接的刮刀的数量大于与凿挖切削元件附接的刮刀的数量；图2描绘了图1的钻地工具的端面的平面图；图2A是针对图2中示出的端面的替代构造的平面图；图3图解了钻地工具的仅仅在一个刮刀上附接有凿挖切削元件的端面的平面图；图4是钻地工具的在三个刮刀上附接有切削元件的端面的平面图；图5描绘了钻地工具的在五个刮刀上附接有切削元件的端面的平面图；图6A至图6D是针对附接到钻地工具的切削元件的切削路径的简化示意性平面图；图7图解了钻地工具的透视图，其中，与凿挖切削元件附接的刮刀的数量大于与剪切切削元件附接的刮刀的数量；图8是图7的钻地工具的端面的平面图；图9描绘了使剪切切削元件与仅仅一个刮刀附接的钻地工具的端面的平面图；图10图解了使切削元件与三个刮刀附接的钻地工具的平面图；图11是使切削元件与五个刮刀附接的钻地工具的平面图；图12A至图12D是针对附接到钻地工具的切削元件的切削路径的简化示意性平面图；图13描绘了接合下方地层的凿挖切削元件和剪切切削元件的简化剖视图；图14至图19图解了可以附接到钻地工具的凿挖切削元件的剖视图；图20至图21是可以附接到钻地工具的剪切切削元件的剖视图。【具体实施方式】在此所提到的图解并不意味着是任何特定钻地工具或切削元件的实际视图，而仅仅是用来描述本公开的实施例的理想化示图。另外，这些图之间共有的元件可保持相同或相似的附图标记。本公开的实施例涉及一种钻地工具，所述钻地工具具有与至少一个刮刀附接的仅仅剪切切削元件和与至少另一个刮刀附接的仅仅凿挖切削元件。在一些实施例中，与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量可以大于与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。在其它实施例中，与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量大于与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量。如在此所使用的，术语“钻地工具”和“地钻钻头”表示并且包括在地下地层中形成或者扩大井眼期间用于钻进的任何类型的钻头或工具，包括例如固定切削件式钻头、固定切削件式取芯钻头、固定切削件式偏心钻头、固定切削件式双心钻头、混合式钻头、以及固定切削件式扩孔钻、铣刀以及本领域中已知的其它固定切削件式钻头和工具。如在此所使用的，术语“聚晶材料”表示并且包括下述任一结构，所述结构包括材料(例如，超研磨材料)的多个晶粒(即，晶体)，所述晶粒通过晶粒间结合而直接结合在一起。材料的单个晶粒的晶体结构在聚晶材料内的空间中可以任意定向。如在此所使用的，术语“晶粒间结合”和“相互结合”表示并且包括聚晶材料的毗邻晶粒中的原子之间的任意指向的原子键(例如，共价键、金属化等)如在此所使用的，术语“超研磨材料”表示并且包括具有大约3，000Kgf/mm2(29，420MPa)或更大的努氏硬度值的任何材料。超研磨材料包括例如金刚石和立方氮化硼。超研磨材料还可以称作“超硬”材料。当在使用时，术语“碳化钨”表示包含钨和碳的化学化合物(诸如WC、W2C、以及WC和W2C的组合)的任何材料合成物。碳化钨包括例如铸造碳化钨、烧结碳化钨和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.05 US 13/101,8401.一种地钻钻头,包括: 钻头本体，所述钻头本体具有多个径向延伸的刮刀和多个切削元件，所述多个切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀； 其中，仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少一个刮刀； 仅仅剪切切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少另一个刮刀；以及 所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量不同于所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。2.根据权利要求1所述的地钻钻头，其中，所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量大于所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。3.根据权利要求2所述的地钻钻头，其中，与仅仅凿挖切削元件附接的至少一个刮刀以一角位置定位，与所有刮刀精确等距地间隔开的情况相比，所述角位置旋转地更靠近与仅仅剪切切削元件附接的紧邻的旋转方向上在前刮刀。4.根据权利要求2所述的地钻钻头，其中，仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的仅仅一个刮刀。5.根据权利要求2所述的地钻钻头，其中，仅仅所述凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少两个刮刀。6.根据权利要求 5所述的地钻钻头，其中，所述多个径向延伸的刮刀中的所述至少两个刮刀位于至少基本等距地相互间隔开的角位置处。7.根据权利要求1所述的地钻钻头，其中，所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量大于所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量。8.根据权利要求7所述的钻地工具，其中，所述仅仅剪切切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少一个刮刀。9.根据权利要求7所述的地钻钻头，其中，所述仅仅剪切切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少两个刮刀。10.根据权利要求9所述的地钻钻头，其中，所述多个径向延伸的刮刀中的至少两个刮刀位于至少基本等距地相互间隔开的角位置处。11.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·加维亚，N·J·莱昂斯，J·M·比伦，D·E·斯科特，R·C·佩斯西尔，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：
国别省市：