钻头、可旋转的切削结构、具有可调整的旋转阻力的切削结构以及相关方法技术

一种钻一地种工钻具地可以包括主体和至少一个可旋转的切削结构组件。所述可旋转的切削结构组件可以包括：支腿；可旋转的切削结构，所述可旋转的切削结构可旋转地耦合到所述支腿；以及阻力致动器，所述阻力致动器被配置成相对于所述支腿对所述可旋转的切削结构强加旋转阻力。钻地工具可以包括耦合到所述钻头主体的多个可旋转的切削结构组件和耦合到所述主体的多个刀片。一种钻出钻孔的方法可以包括：使钻地工具在所述钻孔内旋转；致使对所述钻地工具的至少一个可旋转的切削结构强加旋转阻力；致使将所述钻地工具的刀片推进所述钻孔的侧壁中；以及使用所述刀片对所述钻孔的所述侧壁进行侧向切削。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钻头、可旋转的切削结构、具有可调整的旋转阻力的切削结构以及相关方法优先权要求本申请要求在2016年3月4日提交的美国专利申请序列号15/060,991“DRILLBITS,ROTATABLECUTTINGSTRUCTURES,CUTTINGSTRUCTURESHAVINGADJUSTABLEROTATIONALRESISTANCE,ANDRELATEDMETHODS.”的申请日的权益。
本公开总体涉及具有可旋转的切削结构的钻地工具。本公开还涉及具有带有固定切削元件的刀片以及可旋转的切削结构的钻地工具。本公开还涉及具有带有可调整的旋转阻力的可旋转的切削结构组件的钻地工具。
技术介绍
通常使用钻柱来钻出油井(井筒)。所述钻柱包括管状部件，所述管状部件具有钻井组件，所述钻井组件包括在其底端处的单个钻头。所述钻井组件还可以包括装置和传感器，所述装置和传感器提供与以下各者相关的信息：与钻井操作相关的多种参数(“钻井参数”)、钻井组件的行为(“钻井组件参数”)和与由井筒穿透的地层相关的参数(“地层参数”)。通过从钻机旋转钻柱且/或通过井底钻具组件(“BHA”)中的钻井马达(还称为“泥浆马达”)来使附接到钻井组件的底端的钻头和\或扩孔器旋转，以移除地层材料来钻出井筒。沿着非垂直的波形轨迹来钻出许多井筒，这常常称为定向钻井。举例来说，单个井筒可以包括延伸穿过不同类型的岩石地层的一个或多个垂直区段、斜井段和水平区段。常常使用定向钻井和水平钻井来到达在相邻地层下方的目标、减少气田开发的占用空间、增加井筒中的“产油层”的长度、谨慎地与裂缝交叉、构造减压井，以及在其中不可能进行挖掘或者挖掘非常昂贵的陆地下方安装公用设施。常常使用在本领域中已知的旋转可操纵系统(“RSS”)或者钻井马达来实现定向钻井。
技术实现思路
本公开的一些实施方案包括钻地工具。所述钻地工具可以包括钻头主体和可旋转地耦合到所述钻头主体的至少一个切削结构组件。至少一个切削结构组件可以可旋转地安装到从钻头主体延伸的支腿，并且可操作地耦合到阻力致动器，所述阻力致动器被配置成相对于所述支腿对所述切削结构强加旋转阻力。在额外的实施方案中，所述钻地工具可以包括钻头主体、耦合到所述钻头主体的多个滚刀组件，以及耦合到所述钻头主体的多个刀片。每个滚刀组件可以包括从所述钻头主体延伸的支腿、可旋转地耦合到所述支腿的滚刀，以及被配置成相对于所述支腿对所述滚刀强加旋转阻力的阻力致动器。本公开的一些实施方案包括一种钻出钻孔的方法。所述方法可以包括：使钻地工具在所述钻孔内旋转；致使对所述钻地工具的至少一个滚刀强加旋转阻力；致使将所述钻地工具的一部分推进所述钻孔的侧壁中；以及使用所述钻地工具的所述部分对所述钻孔的所述侧壁进行侧向切削。附图说明为了详细地理解本公开，将参考结合附图进行的以下详细描述，其中已经大体上使用相同的数字标示了相同的元件，并且其中：图1是包括钻柱的井筒系统的示意图，所述钻柱包括根据本公开的实施方案的钻地工具；图2是根据本公开的实施方案的具有可旋转的切削结构的钻地工具的底部透视图；图3是根据本公开的实施方案的钻地工具的支腿和可旋转的切削结构组件的部分横截面图；图4是根据本公开的实施方案的阻力致动器的放大的部分横截面图；图5是根据本公开的实施方案的具有阻力致动器的钻地工具的支腿和可旋转的切削结构组件的部分横截面图；图6是根据本公开的实施方案的阻力致动器的放大的部分横截面图；图7是根据本公开的实施方案的阻力致动器的放大的部分横截面图；图8是根据本公开的另一实施方案的钻地工具的支腿和可旋转的切削结构组件的部分横截面图；图9是根据本公开的另一实施方案的钻地工具的支腿和可旋转的切削结构组件的部分横截面图；图10是根据本公开的另一实施方案的钻地工具的支腿和可旋转的切削结构组件的部分横截面图；图11是根据本公开的实施方案的钻孔中的混合钻头的顶部部分横截面图；以及图12是本公开的钻地工具和常规钻头的造斜率的比较的图形表示。具体实施方式本文呈现的说明不是任何钻头、滚刀或者其任何组件的实际视图，而仅仅是用于描述本专利技术的理想化的表示。术语“钻头”和“钻地工具”各自是指并包括用于形成钻孔、扩大钻孔或者形成并扩大钻孔的钻地工具。钻头的非限制性实例包括固定切削齿(刮刀)钻头、固定切削齿取心钻头、固定切削齿偏心钻头、固定切削齿双心钻头、固定切削齿扩孔器、具有支承固定切削齿的刀片的可扩展扩孔器，以及包括固定切削齿和可旋转切削结构(牙轮)的混合式钻头。如本文所使用，术语“切削结构”是指并包括被配置用于在钻地工具上使用并且用于在所述钻地工具操作期间在井筒内从地层移除地层材料的任何元件。作为非限制性实例，切削结构包括可旋转的切削结构，在本领域中通常称为“牙轮”或者“滚动锥体”。如本文所使用，术语“切削元件”是指并包括(例如)用作固定切削元件的超硬磨料(例如，多晶金刚石复合片或者“PDC”)，以及用作安装到可旋转的切削结构(例如，牙轮)的切削元件的碳化钨嵌件和超硬磨料嵌件。如本文所使用，术语“阻力致动器”是指并包括用于将钻地工具的可旋转切削结构的旋转速度减小到由于与被钻孔的地层接触而引起的速度以下或者将钻地工具的可旋转切削结构的旋转速度增加到由于与被钻孔的地层接触而引起的速度以上的机构。如本文所使用，术语“旋转阻力”是指并包括与由于与被钻孔的地层接触而引起的速度相比来减小或者增加可旋转切削结构的旋转速度的阻力。如本文所使用，出于清楚起见并且为了便于理解本公开和附图而使用任何关系术语，例如“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”等，并且所述关系术语不暗示或者取决于任何特定偏好或者次序，除非上下文另外清楚地指示。举例来说，这些术语可以指当钻地工具以常规方式安置在钻孔内时的钻地工具的元件的定向。此外，这些术语可以指当如图式中进行说明时钻地工具的元件的定向。如本文所使用，关于给定参数、性质或者条件的术语“基本上”在本领域技术人员将理解的程度上是指并包括给定参数、性质或者条件遇到较小程度的变化，例如在可接受的制造公差内。举例来说，基本上满足的参数可以满足至少约90％、满足至少约95％，或者甚至满足至少约99％。本公开的一些实施方案包括用于定向钻井的钻地工具。举例来说，所述钻地工具可以包括侧向切削能力。在一些实施方案中，所述钻地工具可以包括可操作地耦合到阻力致动器的至少一个可旋转的切削结构，例如牙轮。所述阻力致动器可以对至少一个滚刀强加旋转阻力。对至少一个可旋转的切削结构强加旋转阻力可以致使钻地钻头围绕至少一个可旋转的切削结构枢转，并且将所述钻地工具的其他部分(例如，具有固定切削元件的刀片)推进钻地工具正在钻的钻孔的侧壁中。将刀片推进钻孔的侧壁中可以致使钻地工具侧向切削到所述钻孔的侧壁中并且可以改变所述钻地工具的轨迹。在一些实施方案中，所述钻地工具可以是包括刀片和可旋转的切削结构的混合钻头。在其他实施方案中，所述钻地工具可以仅包括可旋转的切削结构(例如，三牙轮钻头)。图1是可以利用本文公开的用于钻出钻孔的设备和方法的钻出系统100的实例的示意图。图1示出钻孔102，所述钻孔包括：上部区段104，所述上部区段具有安装在其中的套管106；以及下部区段108，所述下部区段是使用钻柱110钻出。钻柱110可以包括管状部件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻地工具，所述钻地工具包括：主体；以及至少一个可旋转的切削结构组件，所述至少一个可旋转的切削结构组件耦合到所述主体并且包括：支腿，所述支腿从所述主体延伸；可旋转的切削结构，所述可旋转的切削结构可旋转地耦合到所述支腿；以及阻力致动器，所述阻力致动器被配置成相对于所述支腿对所述可旋转的切削结构强加旋转阻力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.04 US 15/0609911.一种钻地工具，所述钻地工具包括：主体；以及至少一个可旋转的切削结构组件，所述至少一个可旋转的切削结构组件耦合到所述主体并且包括：支腿，所述支腿从所述主体延伸；可旋转的切削结构，所述可旋转的切削结构可旋转地耦合到所述支腿；以及阻力致动器，所述阻力致动器被配置成相对于所述支腿对所述可旋转的切削结构强加旋转阻力。2.如权利要求1所述的钻地工具，所述钻地工具还包括耦合到所述钻地工具的所述主体的至少一个刀片。3.如权利要求1所述的钻地工具，其中所述至少一个可旋转的切削结构组件的所述支腿还包括：支腿部分，所述支腿部分从主体延伸；以及头部，所述头部用于将所述可旋转的切削结构可旋转地耦合到所述支腿并且从所述支腿部分延伸，所述头部的纵轴与所述支腿的所述支腿部分的纵轴形成锐角。4.如权利要求3所述的钻地工具，其中所述阻力致动器安置在所述可旋转的切削结构的主体内并且安置在所述可旋转的切削结构的所述主体与所述支腿的所述头部的界面处。5.如权利要求3所述的钻地工具，其中所述阻力致动器在所述可旋转的切削结构的主体与所述支腿的所述头部的界面处安置在所述头部内。6.如权利要求1所述的钻地工具，其中所述阻力致动器包括：轴杆，所述轴杆从所述至少一个可旋转的切削结构组件的所述可旋转的切削结构的径向最内端延伸；以及制动机构，所述制动机构耦合到所述轴杆并且被配置成向所述轴杆强加旋转阻力。7.如权利要求1所述的钻地工具，其中所述阻力致动器安置在所述至少一个可旋转的切削结构组件的所述支腿与所述至少一个可旋转的切削结构组件的所述可旋转的切削结构的界面处。8.如权利要求1所述的钻地工具，其中所述至少一个可旋转的切削结构组件包括多个可旋转的切削结构组件。9.如权利要求8所述的钻地工具，所述钻地工具还包括位于所述多个可旋转的切削结构组件中的相邻的可旋转的切削结构组件之间的至少一个刀片。10.如权利要求8所述的钻地工具，其中所述多个可旋转的切削结构组件中的第一可旋转的切削结构的旋转轴与所述多个可旋转的切削结构组件中的第二相邻的可旋转的切削结构的旋转轴间隔开约180°。11.如权利要求8所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·斯托基，R·W·斯宾塞，
申请(专利权)人：通用电气GE贝克休斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US