钻柄上具有负载传感器的钻头制造技术

披露了一种钻头，在一个实施方式中其包括：钻头本体，所述钻头本体具有切削部、连接到所述切削部的钻柄以及颈部；与所述钻柄表面接触的至少一个传感器，其中所述至少一个传感器响应于弯矩提供信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】钻柄上具有负载传感器的钻头优先权声明本申请要求于2013年3月4日申请的、名称为“Drill Bit With a Load Sensoron the Bit Shank”的美国专利申请序列号13/784，116的申请日的优先权。
本专利技术总体上涉及在钻头中包括钻压和扭矩传感器的钻头以及使用这种钻头用于钻井的设备和方法。
技术介绍
使用钻柱来钻出油井(井孔)，所述钻柱包括管状构件，所述管状构件具有钻进组件(也称作底部钻具组合或“BHA”)。钻头连接到BHA的底部。通过使所述钻柱旋转或者通过BHA中的电机来使所述钻头旋转以使地层碎裂，从而钻出井孔。BHA包括用于提供关于与钻进操作、BHA的行为(也称作“BHA参数”)和被钻进的井孔周围的地层(也称作“地层参数”)有关的多个参数的信息的装置和传感器。在钻头中也安装传感器来提供关于多个参数的信息。已经提出了在钻头中安装钻压和扭矩传感器。然而，这些传感器一般安装成这些传感器基于施加在钻头上的间接力来提供信号。本专利技术这里提供了一种钻头，其包括负载传感器，该负载传感器响应于施加在这些传感器上的直接力提供信号。这里使用的术语“力”包括钻头上的重量、扭矩和压力。
技术实现思路
在一个方面中，在一个实施方式中披露的钻头可以包括:具有切削部的钻头本体、连接到切削部的钻柄以及颈部；与钻柄表面接触的感测元件；以及在感测元件上的至少一个传感器，其中所述至少一个传感器响应于感测元件的弯矩和该感测元件上的钻压中的一个提供信号。在另一个方面中，在一个实施方式中披露了的一种提供钻头的方法可以包括:提供钻头，所述钻头具有钻头本体，所述钻头本体具有切削部和连接到所述切削部的钻柄部；在所述钻柄的外表面上成型一腔体；以及将传感器组件牢固地放置在所述腔体中，其中所述传感器组件包括感测元件和安装在所述感测元件上的至少一个传感器，所述传感器提供与用于确定钻头上扭矩的所述感测元件的弯矩相对应的信号。相当概括地总结了这里所披露的设备和方法的某些特征的示例以便于可以更好地理解其下面的详细描述。当然，存在下文中披露的该设备和方法的另外的特征，这些特征将会构成所附权利要求的主题。【附图说明】为了详细理解本专利技术，结合附图参照下面的详细描述，其中类似的元件总体上标注了类似的数字，其中:图1是配置成使用根据本专利技术的一个实施方式制造的钻头的示例性钻进系统的示意图；图2是结合有根据本专利技术的一个实施方式制造的一个或多个负载传感器的示例性钻头的轴测图；图3是示出了根据本专利技术的一个实施方式的示例性钻头的钻柄中的一个或多个预加载传感器的布置的轴测图；图4示出了连接到根据本专利技术的一个实施方式的钻头的钻柄的负载传感器和压力传感器；图5示出了用于确定钻压和扭矩的布置在电桥上的传感器，所述电桥可以以不同配置放置在图4中示出的感测元件上；以及图6示出了钻柄上的、配置成提供钻压和扭矩测量结果的传感器组件。【具体实施方式】图1是可以使用这里所披露的钻头以用于钻进井孔的示例性钻进系统100的示意图。图1示出了井孔110，其包括上部111和下部114，所述上部111具有安装其中的套管112，所述下部114正在被钻柱118钻进。所述钻柱118包括管状构件116，所述管状构件116在其底端携带有底部钻具组合(BHA) 130。所述管状构件116可以通过将钻管段连接或者通过连续油管构成。钻头150连接到BHA 130的底端以用于将岩层碎裂，以在地层102中钻出具有选定直径的井孔110。这里使用的术语井孔和钻孔是同义词。示出的钻柱118被从地表167处的钻架180输送到井孔110中。为了便于解释，图1中示出的示例性钻架180是陆上钻架。这里所披露的设备和方法还可以与海上钻架一起使用。可以使用连接到钻柱118的转盘169和上驱动器169a来在地表处使钻柱118旋转以使钻进组件130旋转，从而使钻头150旋转以钻出井孔110。还可以在钻进组件中设置钻进电机155(也称作“井下动力钻具”)以使钻头150旋转。可以是基于计算机的单元的控制单元(或控制器或地表控制器)190可以放置在地表167处以用于接收和处理由钻头150中的传感器和钻进组件130中的其他传感器传递的数据并且用于控制钻进组件130中各个装置和传感器的选定的操作。在一个实施方式中，地表控制器190可以包括处理器192、用于存储数据的数据存储装置(或计算机可读介质)194以及处理器192可访问的计算机程序196以用于执行包含在这些程序中的指令。所述数据存储装置194可以是任何合适的装置，包括但不局限于只读存储器(R0M)、随机存取存储器(RAM)、闪存、磁带、硬盘和光盘。为了钻进井孔110，在压力下将钻进流体179栗送到管状构件116中。所述钻进流体179在钻头150的底部排出并且经由钻柱118与井孔110的内壁IlOa之间的环形空间119 (也称作“环空”)返回到地表。继续参见图1，所述钻头150包括用于估测正如参照图2-4更详细描述的钻头150的一个或多个参数或特征的一个或多个负载传感器160和相关的电路165。所述钻进组件130还可以包括一个或多个井孔传感器，它们称作随钻测量(MffD)和随钻测井(LWD)传感器，它们共同由数字175表示。所述钻进组件130还包括控制单元(或控制器)170，该控制器170用于处理从钻头150与MffD和LWD传感器175接收到的数据。所述控制器170可以包括诸如微处理器之类的处理器172、数据存储装置174和程序176，所述处理器使用所述程序来处理井下数据并经由双向遥感单元188与地表控制器190传递这些数据和其他数据。所述数据存储装置174可以是任何合适的存储装置，包括但不局限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存和磁盘。图2示出了示例性钻头150的轴测图，该钻头150包括传感器组件240，该传感器组件240包括至少一个根据本专利技术的一个实施方式的负载传感器。所述钻头150包括钻头本体212，该钻头本体212包括钻头牙轮212a、钻柄212b和颈部212c。钻头牙轮212a包括许多刀片轮廓件(或轮廓件)214a，214b，…，214η。许多切削齿沿着每个轮廓件放置。例如，示出了轮廓件214a包含切削齿216a-216m。示出的所有轮廓件终止于钻头215的底部。每个切削齿具有切削表面或切削元件，比如切削齿216a的元件216a’，当在钻进井孔(比如井孔110(图1))过程中钻头150转动时所述切削表面接合岩层。每个切削齿216a-216m具有后倾角和侧前角，它们共同限定了钻头的侵彻性和由这些切削齿形成的切削深度。在一个方面中，所述传感器组件240包括一个或多个传感器244，所述传感器244配置成在井孔钻进过程中提供钻压(“W0B”)和钻头扭矩(“Τ0Β”)的测量结果。诸如压力传感器之类的其他传感器可以包括在所述传感器组件240中。此外，所述钻头150还可以包括用于检测振动、摆动、弯曲、粘滑、涡旋等的传感器。在一个方面中，所述负载传感器242连接到钻头150的钻柄212c，正如参照图4更详细描述的。可以使用当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻头，包括：钻头本体，其具有切削部、连接到所述切削部的钻柄以及颈部；与所述钻柄表面接触的感测元件；以及在所述感测元件上的至少一个传感器，其中所述至少一个传感器响应于所述感测元件的弯矩和感测元件上的钻压这二者中的一个提供信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·姚，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US