專利名稱：鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆具，特別是一種用于井眼鉆探的可旋轉(zhuǎn)的鉆具，例如隨后用于 提取石油或天然氣。
背景技術(shù)：
在井眼中有些時(shí)候期望包含直徑增大的區(qū)域。顯然，如果在較小直徑部分下面鉆 出直徑相對(duì)大的部分，那么能夠?qū)Υ笾睆讲糠诌M(jìn)行鉆孔的鉆頭必須能夠通過較小直徑部分 來(lái)安裝。在這種應(yīng)用中使用的一種類型的鉆孔機(jī)包括許多移動(dòng)部件，以允許增大鉆頭的有 效鉆孔直徑。在這種類型的應(yīng)用中所使用的另一類型的鉆頭是雙中心鉆頭。這樣的鉆頭被 設(shè)計(jì)，以允許它能夠圍繞兩個(gè)不同的旋轉(zhuǎn)軸線驅(qū)動(dòng)。鉆頭圍繞第一中心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)或支撐 導(dǎo)致鉆頭鉆進(jìn)或能夠穿過相對(duì)較小直徑的孔，鉆頭圍繞偏心于鉆頭主體的第二軸線的轉(zhuǎn)動(dòng) 導(dǎo)致鉆出較大直徑的孔。鉆頭的導(dǎo)向(Pilot)區(qū)域的中心位于第二偏心旋轉(zhuǎn)軸線上，用以 鉆導(dǎo)孔，鉆頭的部件與導(dǎo)孔的壁接合用于穩(wěn)定鉆頭。為了最大的穩(wěn)定性，期望導(dǎo)向區(qū)域具有大直徑。然而，增加導(dǎo)向區(qū)域的尺寸導(dǎo)致兩 軸線彼此相當(dāng)靠近，對(duì)于給定尺寸的工具來(lái)說(shuō)減小了可被鉆孔的最大直徑。EP0058061描述了上文中所概述的一般類型的雙中心鉆孔鉆頭。在GB2351513、 US6394200、EP1085167、EP1039095 和 US2004/0099448 中示出 了類似的布置。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種克服上文中所闡述的缺點(diǎn)或減小其作用的鉆具。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種鉆具，其包括具有主鉆孔區(qū)域和偏心于主鉆孔區(qū)域的導(dǎo) 向鉆孔區(qū)域的主體，主鉆孔區(qū)域包括多個(gè)主刀片，導(dǎo)向鉆孔區(qū)域包括多個(gè)導(dǎo)向刀片，主鉆孔 區(qū)域限定以第一軸線上為中心的主通路直徑，至少一個(gè)主刀片延伸至主通路直徑，導(dǎo)向區(qū) 域限定以第二旋轉(zhuǎn)軸線為中心的導(dǎo)向規(guī)格直徑(gauge diameter)，至少一個(gè)導(dǎo)向刀片延伸 至導(dǎo)向規(guī)格直徑，其中，直徑等于導(dǎo)向規(guī)格直徑和以第二旋轉(zhuǎn)軸線為中心的圓周的一部分 在直徑等于主通路直徑和以第一軸線為中心的圓周的外側(cè)間隔開。優(yōu)選地，至少一個(gè)導(dǎo)向刀片短于導(dǎo)向規(guī)格直徑，僅延伸至主通路直徑的一部分。這樣的設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)在于，導(dǎo)向區(qū)域可以有增加的直徑，從而受益于增強(qiáng)的穩(wěn)定性 和增加的鉆具尺寸，同時(shí)，允許對(duì)相對(duì)大直徑的孔區(qū)域被鉆孔。應(yīng)當(dāng)理解，直徑等于導(dǎo)向規(guī)格直徑的圓周和直徑等于主通路直徑的圓周在兩個(gè)間 隔開的位置處相交。優(yōu)選地，刀片被設(shè)置在每一所述位置上，這些刀片便于同時(shí)用作主刀片 和導(dǎo)向刀片。主刀片便于通過許多保徑墊(gauge pad)彼此相互連接。流動(dòng)通道優(yōu)選地設(shè)置在 保徑墊的下方以允許流體流過。優(yōu)選地，保徑墊和刀片一起限定保徑環(huán)(gauge ring)。保 徑環(huán)優(yōu)選地為大致圓形橫截面，但優(yōu)選地包括具有不同曲率半徑的區(qū)域，該區(qū)域的位置與 短于所述導(dǎo)向規(guī)格直徑的所述至少一個(gè)導(dǎo)向刀片的位置在直徑上相對(duì)。


參考附圖，通過舉例的方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了進(jìn)一步的描述，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的雙中心鉆頭的圖示；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鉆頭的圖示；圖3是示出圖2中的鉆頭的端視圖；圖4是示出圖2中的鉆頭的操作的圖示；圖5a和5b是在使用中的鉆頭的圖示；和圖6是類似于附圖3的視圖，但示出可替代的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式首先參考圖1，示出了現(xiàn)有技術(shù)中的雙中心鉆頭，其包括限定主鉆孔區(qū)域12和導(dǎo) 向鉆孔區(qū)域14的鉆頭主體10。鉆頭主體10還包括安裝銷區(qū)域16，由此鉆頭可被固定至其 它的支撐鉆頭的井下工具上，允許鉆頭上重量(weight-on-bit)負(fù)載被施加到鉆頭上，并 允許鉆頭被驅(qū)動(dòng)以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。鉆頭主體10的主鉆孔區(qū)域12包括多個(gè)直立的刀片18 (僅一個(gè)是可見的)，每一個(gè) 刀片上安裝有多個(gè)切削元件20，例如成多晶金剛石的小型切削元件的形式。至少一些刀片 18向外延伸至主通路直徑22，其中心位于與鉆頭的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線26偏置或偏心的軸線24上。導(dǎo)向鉆孔區(qū)域14也包括多個(gè)直立的刀片28，其與主鉆孔區(qū)域12中的刀片18 — 樣，承載多個(gè)切削元件20。導(dǎo)向鉆孔區(qū)域14的刀片28遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸線26向外延伸至導(dǎo)向規(guī) 格直徑30，其以旋轉(zhuǎn)軸線26為中心。如從附圖1可以清楚地看到，直徑等于導(dǎo)向規(guī)格直徑 30的導(dǎo)向規(guī)徑圓周(gauge circle)以旋轉(zhuǎn)軸線26為中心，并且完全位于直徑等于主通路 直徑22且中心位于軸線24上的通路圓周內(nèi)。在使用時(shí)，在鉆頭圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線26旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，鉆頭上重量負(fù)載施加至其上， 導(dǎo)致導(dǎo)向鉆孔區(qū)域14鉆出相對(duì)小直徑的孔，該孔之后通過主鉆孔區(qū)域12被加寬或延展。主 鉆孔區(qū)域12比導(dǎo)向鉆孔區(qū)域14的直徑大，且還被布置成與其偏心，結(jié)果是，完工的孔的直 徑顯著地大于導(dǎo)孔的直徑，完工的孔的半徑大致等于從旋轉(zhuǎn)軸線26至最遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸線26 的主鉆孔區(qū)域12的刀片18的邊緣的徑向距離。在這樣的孔擴(kuò)展過程中，鉆頭的導(dǎo)向區(qū)域 14和導(dǎo)孔的壁之間的接合，用于穩(wěn)定鉆頭，從而反作用于由主鉆孔區(qū)域12的刀片18相對(duì)于 旋轉(zhuǎn)軸線26偏心布置所產(chǎn)生的施加至其上的側(cè)向作用負(fù)載。雖然能夠鉆出相對(duì)大直徑的孔，但是雙中心鉆頭能夠鉆進(jìn)或穿過直徑非常小的 孔，鉆頭能夠穿過直徑等于主通路直徑22的開口。如上所述，這樣的布置具有這樣的缺點(diǎn)即能夠使用所述鉆頭的井下鉆具的最大 直徑相對(duì)小而且鉆頭的穩(wěn)定性相當(dāng)差。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，參考圖2-5，鉆頭包括鉆頭主體50，例如鑄鋼的形式， 其限定主鉆孔區(qū)域52和導(dǎo)向鉆孔區(qū)域54。如已知的布置，主鉆孔區(qū)域和導(dǎo)向鉆孔區(qū)域52、 54每個(gè)設(shè)置一系列的直立的刀片56和58，刀片中的每個(gè)承載多個(gè)切削元件60。鉆頭主體 50還包括安裝銷(未示出)，由此它可被連接至其它的井下鉆具上，以允許在期望的位置上 支撐鉆頭，以將鉆頭上重量負(fù)載施加到其上以及傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)至鉆頭。
如上文所述，主鉆孔區(qū)域52包括多個(gè)主刀片56 (附圖4中未示出)，主刀片56中 的至少一些向外延伸至具有通路直徑的通路圓周68上。也如上文所述，導(dǎo)向鉆孔區(qū)域54具有多個(gè)導(dǎo)向刀片58。導(dǎo)向鉆孔區(qū)域54的中心 位于鉆頭的旋轉(zhuǎn)軸線64上，且大部分的導(dǎo)向刀片58遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸線64延伸至具有導(dǎo)向規(guī)格 直徑66的導(dǎo)向規(guī)徑圓周65。導(dǎo)向規(guī)徑圓周65的中心位于旋轉(zhuǎn)軸線65上。通路圓周68的 中心位于與旋轉(zhuǎn)軸線64間隔開的軸線72上，直徑66、70使得導(dǎo)向規(guī)徑圓周65的一部分74 突出到通路圓周68的外側(cè)。雖然大部分導(dǎo)向刀片58延伸至導(dǎo)向規(guī)徑圓周65上，導(dǎo)向刀片 中的一個(gè)(由數(shù)字58a來(lái)表示)沿導(dǎo)向規(guī)徑圓周65突出通路圓周68以外的方向延伸，該 刀片58a短于或未到達(dá)導(dǎo)向規(guī)格直徑66，僅延伸至通路圓周68。盡管在這個(gè)實(shí)施例中只有 一個(gè)刀片58a是這樣設(shè)置的，但是以下布置是可能的，其中兩個(gè)或者更多的刀片58a沿導(dǎo) 向規(guī)徑圓周65突出通路圓周68以外的方向延伸，且在這樣的布置中每個(gè)刀片58a短于或 未到達(dá)導(dǎo)向規(guī)格直徑66，僅延伸至通路圓周68。應(yīng)當(dāng)理解，通過將縮短的導(dǎo)向刀片58a包含在鉆頭的這一部分中，可以獲得相對(duì) 大的導(dǎo)向規(guī)格直徑66。結(jié)果，可以改善鉆頭的穩(wěn)定性?？梢垣@得這些優(yōu)點(diǎn)，而不增加通路直 徑的尺寸和不減小鉆頭的最大鉆孔直徑。如圖5a和5b分別示出的，鉆頭用于對(duì)相對(duì)大直 徑的鉆井區(qū)域進(jìn)行鉆孔，穿過相對(duì)小直徑的區(qū)域，從這些附圖可以清楚地看出，盡管鉆頭具 有相對(duì)大的導(dǎo)向規(guī)格直徑，與典型的布置相比，本發(fā)明仍然允許形成具有比鉆頭的通路直 徑大許多的直徑的鉆孔區(qū)域。導(dǎo)向規(guī)徑圓周65在兩個(gè)點(diǎn)76處與通路圓周68相交，且方便地同時(shí)用作導(dǎo)向刀片 和主刀片56、58的刀片位于這些點(diǎn)76上。這樣的布置的優(yōu)點(diǎn)在于，穩(wěn)定性，特別是導(dǎo)向區(qū) 域的穩(wěn)定性被提高，因?yàn)檫@些刀片提供了與靠近設(shè)置了縮短的刀片58a的導(dǎo)向部分的任一 側(cè)的地層結(jié)構(gòu)的接觸點(diǎn)。優(yōu)選地，點(diǎn)76彼此間隔開足夠的距離，使得它們?cè)谳S線64處相對(duì) 的角度為80-130°，優(yōu)選地約100°。接下來(lái)，參考圖6，示出了一種可替代的布置。因?yàn)閳D6中的大部分與圖3中的相 同或者非常類似，所以這里僅對(duì)顯著的差別進(jìn)行詳細(xì)描述。在圖6的布置中，設(shè)置有多個(gè)保徑墊80，每個(gè)保徑墊80相互連接主刀片56中兩個(gè) 相鄰的主刀片，跨過在其之間形成的槽82。保徑墊80與主刀片56的相鄰部分共同限定了 連續(xù)的保徑環(huán)86。盡管未示出，保徑環(huán)的保徑面可以設(shè)置有適合的耐磨涂層或插入件。此 外，雖然圖示是連續(xù)的，如果需要，保徑環(huán)86可以是部分圓周的不連續(xù)的形式。流動(dòng)通道84 形成在保徑墊80的下面、在保徑墊80和主體50之間，允許流體沿著槽82流過保徑環(huán)86。保徑環(huán)86為大致圓形，但可以包括與刀片58a相對(duì)設(shè)置的、具有不同的(優(yōu)選較 大的)直徑的區(qū)域88。類似地，在圖2-5的布置中，刀片56在這個(gè)區(qū)域中可以短于通路圓 周68。盡管在上文對(duì)鉆頭進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明還可應(yīng)用于其它類型的鉆 具，如擴(kuò)孔鉆(reamer)等。另外，應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，可以對(duì)此處描 述的布置進(jìn)行各種修改和替換。
權(quán)利要求
一種鉆具，其包括具有主鉆孔區(qū)域和與所述主鉆孔區(qū)域偏心的導(dǎo)向鉆孔區(qū)域的主體，所述主鉆孔區(qū)域包括多個(gè)主刀片，所述導(dǎo)向鉆孔區(qū)域包括多個(gè)導(dǎo)向刀片，所述主鉆孔區(qū)域限定以第一軸線為中心的主通路直徑，所述主刀片中的至少一個(gè)延伸至所述主通路直徑，所述導(dǎo)向區(qū)域限定以第二軸線為中心的導(dǎo)向規(guī)格直徑，所述導(dǎo)向刀片中的至少一個(gè)延伸至所述導(dǎo)向規(guī)格直徑，其中，直徑等于所述導(dǎo)向規(guī)格直徑且以所述第二軸線為中心的圓周的一部分在直徑等于所述主通路直徑且以所述第一軸線為中心的圓周的外側(cè)被間隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的工具，其中所述導(dǎo)向刀片中的至少一個(gè)短于所述導(dǎo)向規(guī)格直 徑，僅延伸至所述主通路直徑的一部分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的工具，其中直徑等于與所述導(dǎo)向規(guī)格直徑的所述圓周和直 徑等于所述主通路直徑的所述圓周在兩個(gè)間隔開的位置處相交，在每個(gè)所述位置處設(shè)置有 導(dǎo)向刀片。
4.如權(quán)利要求3所述的工具，其中既用作主刀片又用作導(dǎo)向刀片的刀片位于每個(gè)所述 位置處。
5.如權(quán)利要求3或4所述的工具，其中所述位置以80-130°角度對(duì)著所述第二軸線。
6.如權(quán)利要求5所示的工具，其中所述位置以100°角度對(duì)著所述第二軸線。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工具，其中相鄰的主刀片通過一系列保徑墊彼此互 相連接。
8.如權(quán)利要求7所述的工具，還包括設(shè)置在所述保徑墊下方的流動(dòng)通道，以允許流體 通過。
9.如權(quán)利要求7或8所述的工具，其中所述保徑墊和刀片共同限定保徑環(huán)。
10.如權(quán)利要求7-9中的任一項(xiàng)所述的工具，其中所述保徑環(huán)大體上為圓形橫截面，但 包括具有不同曲率半徑的區(qū)域，該區(qū)域的位置與短于所述導(dǎo)向規(guī)格直徑的所述至少一個(gè)導(dǎo) 向刀片的位置在直徑上相對(duì)。
全文摘要
鉆具包括具有主鉆孔區(qū)域和與主鉆孔區(qū)域偏心的導(dǎo)向鉆孔區(qū)域的主體，主鉆孔區(qū)域包括多個(gè)主刀片，導(dǎo)向鉆孔區(qū)域包括多個(gè)導(dǎo)向刀片，主鉆孔區(qū)域具有中心位于第一軸線上的主通路直徑，至少一個(gè)主刀片延伸至主通路直徑，導(dǎo)向區(qū)域具有中心位于第二旋轉(zhuǎn)軸線上的導(dǎo)向規(guī)格直徑，至少一個(gè)導(dǎo)向刀片延伸至導(dǎo)向規(guī)格直徑，其中，直徑等于導(dǎo)向規(guī)格直徑的和中心位于第二旋轉(zhuǎn)軸線的圓周的一部分延伸到直徑等于主通路直徑和中心位于第一軸線上的圓周的外面。
文檔編號(hào)E21B10/43GK101899952SQ200910253060
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者瑞德哈·察法, 詹姆斯·華萊士 申請(qǐng)人:瑞德?？陕甯裼?guó)有限公司