具有减小的振动响应的钻地工具以及相关方法技术

钻地工具，可以包括：主体；刀片，所述刀片从所述主体向外延伸；以及切削元件，所述切削元件固定到所述刀片。第一刀片的整体可以呈现与第二刀片的至少另一部分的第二恒定或连续可变曲率半径不同的第一恒定或连续可变曲率半径。制作钻地工具的方法可以涉及形成从主体向外延伸的第一刀片的至少一部分以呈现第一曲率半径。可以形成从所述主体向外延伸的第二刀片的整体以呈现第二不同的恒定或连续可变曲率半径。可以将切削元件固定到所述第一刀片和所述第二刀片。

Drilling tools with reduced vibration response and related methods

A ground drilling tool may include: a body; a blade, the blade extending outwards from the body; and a cutting element, the cutting element fixed to the blade. The whole of the first blade may present a first constant or continuously variable radius of curvature different from the second constant or continuously variable radius of curvature of at least another part of the second blade. A method of making a ground drilling tool may involve forming at least a portion of a first blade extending outwards from the main body to present a first curvature radius. A whole of a second blade extending outwards from the main body can be formed to present a second different constant or continuously variable curvature radius. The cutting element can be fixed to the first blade and the second blade.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有减小的振动响应的钻地工具以及相关方法优先权声明本申请依据35U.S.C.§119(e)要求2017年3月17日提交的美国临时专利申请序列号62/473,114的权益，该申请的公开内容全文以引用的方式并入本文。
本公开总体涉及用于在地下地层中钻出钻孔的工具。更具体地，所公开的实施方案涉及可以在钻井期间增加钻柱的稳定性的钻地工具。
技术介绍
诸如像固定切削齿钻头、混合钻头和扩孔器的钻地工具可以包括主体，该主体具有从主体向外延伸的刀片。切削元件可以固定到刀片并定位成响应于钻地工具的旋转而与地下地层接合并移除地下地层。当使用此类钻地工具来钻出钻孔时，钻地工具和附接钻地工具的钻柱可以响应于在所施加的钻压(WOB)和通过钻柱(在一些情况下包括多部件井底组件)施加的扭矩下与地层接合而振动。
技术实现思路
在一些实施方案中，钻地工具可以包括：主体；刀片，所述刀片从所述主体向外延伸；以及切削元件，所述切削元件固定到所述刀片。第一刀片的整体可以呈现与第二刀片的整体的第二恒定或连续可变曲率半径不同的第一恒定或连续可变曲率半径。在其他实施方案中，制作钻地工具的方法可以涉及形成从主体向外延伸的第一刀片的整体以呈现第一恒定或连续可变曲率半径。可以形成从所述主体向外延伸的第二刀片的整体以呈现第二不同的恒定或连续可变曲率半径。可以将切削元件固定到所述第一刀片和所述第二刀片。在另外的其他实施方案中，利用钻地工具对土地地层进行钻井的方法可以涉及将钻地工具放入所述土地地层中的钻孔中，所述钻地工具包括主体、从所述主体向外延伸的刀片以及固定到所述刀片的切削元件。第一刀片的整体可以呈现与第二刀片的整体的第二恒定或连续可变曲率半径不同的第一恒定或连续可变曲率半径。可以利用所述钻地工具移除地下地层，同时维持所述钻地工具以对应于n*rpm/60Hz(其中n是刀片计数)的倍数的频率振动的峰值振幅为包括由具有相同曲率半径的刀片构成的钻地工具的钻柱以对应于n*rpm/60Hz的倍数的频率振动的峰值振幅的约75％或更小。附图说明尽管本公开以特别指出并明确要求保护特定实施方案的权利要求为结论，但是当结合附图阅读时，可以从以下描述中更容易地断定在本公开的范围内的实施方案的各种特征和优点，其中：图1是钻地工具的透视图；图2是图1的钻地工具的一部分的局部剖面侧视图；图3是图1的钻地工具的冠部的端视图；图4是根据本公开的钻地工具的另一个实施方案的冠部的端视图。图5是根据本公开的钻地工具的又一个实施方案的冠部的端视图；图6是根据本公开的钻地工具的又一个实施方案的冠部的端视图；图7是根据本公开的钻地工具的又一个实施方案的示意性端视图；图8是描绘根据本公开的钻地工具的实施方案的在周向地相邻的刀片上的切削元件之间的角距离的曲线图；图9是描绘在常规钻地工具的周向地相邻的刀片上的切削元件之间的角距离组的条形图；图10是描绘根据本公开的钻地工具的实施方案的在周向地相邻的刀片上的切削元件之间的角距离的条形图；图11是在钻井期间常规钻地工具的测得的振动响应的曲线图；以及图12是在钻井期间根据本公开的钻地工具的测得的振动响应的曲线图。具体实施方式在本公开中呈现的图示不意图是任何特定钻地工具或其部件的实际视图，而仅是用于描述说明性实施方案的理想表示。因此，附图不必按比例绘制。所公开的实施方案总体涉及可以在钻井期间增加钻柱的稳定性的钻地工具。更具体地，公开了钻地工具的实施方案，该钻地工具可以包括至少一个刀片，该至少一个刀片具有与钻地工具的至少另一个刀片的曲率半径不同的曲率半径。如本公开所使用，术语“钻地工具”表示并包括具有固定到工具的刀片的切削元件的任何类型的工具，并且被配置为用于在形成或扩大地下地层中的井筒期间进行钻井。例如，钻地工具包括固定切削齿钻头、偏心钻头、双中心钻头、铣刀、刮刀钻头、混合式钻头、扩孔器以及本领域中已知的其他钻头和工具。参考图1，示出了钻地工具100的透视图。图1中所示的钻地工具100可以被配置为固定切削齿钻头，但是本文所述的钻地工具100的特征中的许多特征可以结合到其他类型的钻地工具中。钻地工具100可以包括具有前端104和后端106的主体102。在后端106处，主体102可以包括连接构件108(例如，美国石油学会(API)螺纹连接)，该连接构件被配置为将钻地工具100连接到钻柱。在前端104处，主体102可以包括刀片110，所述刀片从主体102的其余部分轴向向外并跨前端104相对于主体102的旋转轴线112径向向外延伸，该旋转轴线也可以是中心轴线。钻地工具100的主体102的冠部114可以包括由刀片110和主体102的其余部分在主体102的前端104处限定的外部冠面。排屑槽118可以周向地定位在相邻的刀片110之间，以使得由钻地工具100产生的切屑能够通过使钻井液流动而被移除。切削元件116可以靠近刀片110的按旋转方向的前冠面固定到刀片110，使得切削元件116可以定位成与地下地层接合并移除地下地层。图2是图1的钻地工具100的部分120的局部剖面侧视图。每个刀片110可以包括径向地位于旋转轴线112与钻地工具100的周边之间的若干区域(参见图1)。例如，至少一些刀片110可以包括紧密地围绕旋转轴线112定位的锥形区域122。锥形区域122可以由倾斜冠面表征，所述倾斜冠面以至少基本上恒定的斜率远离后端106朝向地下地层延伸。鼻部区域124可以在锥形区域122的与旋转轴线112相对的一侧上与锥形区域122相邻地定位。鼻部区域124可以由在鼻部区域的斜坡至少基本上垂直于旋转轴线112时终止的逐渐地变化的斜坡表征。肩部区域126可以在鼻部区域124的与锥形区域122相对的一侧上与鼻部区域124相邻地定位。肩部区域126可以由开始从垂直于旋转轴线112朝向后端106延伸的逐渐地变化的斜坡表征。保径区域128可以在肩部区域126的与鼻部区域124相对的一侧上与肩部区域126相邻地定位。保径区域128可以位于钻地工具100的周边处。切削元件116可以位于给定刀片110的前述区域122至128中的至少一个并直至全部区域中。排屑槽118(参见图1)可以从保径区域128穿过肩部区域126和鼻部区域124延伸到锥形区域122，使得每个相邻的刀片100之间保留周向空间。图3是图1的钻地工具100的冠部114的透视图。如图3所示，钻地工具100可以包括至少一个第一刀片130，该至少一个第一刀片的至少一部分可以具有第一曲率半径R1，该第一曲率半径R1可以如下面在解释如何计算钻地工具的刀片的曲率半径的段落中阐述的那样限定。更具体地，该第一刀片130或多个第一刀片130的至少一部分可以具有第一曲率半径R1，至少在相关部分的径向范围内，该第一曲率半径R1可以是恒定的(例如，形成圆的一部分)或连续可变的(例如，具有达其曲率的平滑弧)。换句话说，该第一刀片130或多个第一刀片130的具有第一曲率半径R1的部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻地工具，所述钻地工具包括：/n主体；/n刀片，所述刀片从所述主体向外延伸；以及/n切削元件，所述切削元件固定到所述刀片；/n其中第一刀片的整体呈现与第二刀片的整体的第二恒定或连续可变曲率半径不同的第一恒定或连续可变曲率半径。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170317 US 62/473,1141.一种钻地工具，所述钻地工具包括：
主体；
刀片，所述刀片从所述主体向外延伸；以及
切削元件，所述切削元件固定到所述刀片；
其中第一刀片的整体呈现与第二刀片的整体的第二恒定或连续可变曲率半径不同的第一恒定或连续可变曲率半径。


2.如权利要求1所述的钻地工具，其中呈现所述第一曲率半径的第一刀片的数量等于呈现所述第二曲率半径的第二刀片的数量。


3.如权利要求1所述的钻地工具，其中呈现所述第一曲率半径的第一刀片的数量与呈现所述第二曲率半径的第二刀片的数量不同。


4.如权利要求1所述的钻地工具，其中所述第一刀片包括主刀片，并且所述第二刀片包括副刀片。


5.如权利要求4所述的钻地工具，其中所述第一曲率半径在所述第二曲率半径的约125％与约7,500％之间。


6.如权利要求4所述的钻地工具，其中所述第一曲率半径在所述第二曲率半径的约0％与约80％之间。


7.如权利要求4所述的钻地工具，其中所述第一曲率半径大于约15英寸，并且所述第二曲率半径在约1英寸与约12英寸之间。


8.如权利要求4所述的钻地工具，其中所述第一曲率半径在约1英寸与约12英寸之间，并且所述第二曲率半径在约25英寸与约150英寸之间。


9.如权利要求1所述的钻地工具，其中所述钻地工具的变化指数在5％与约30％之间。


10.如权利要求1所述的钻地工具，其中所述钻地工具以成n个刀片乘以rpm/60的倍数的以Hz计的频率振动的峰值振幅是包括由具有相同曲率半径的刀片构成的钻地工具的钻柱以成n个刀片乘以rpm/60的倍数的以Hz计的频率振动的峰值振幅的约75％或更小。


11.一种制作钻地工具的方法，所述方法包括：
形成从主体向外延伸的第一刀片的整体以呈现第一恒定或连续可变曲率半径；
形成从所述主体向外延伸的第二刀片的整体以呈现第二不同的恒定或连续可变曲率半径；以及
将切削元件固定到所述第一刀片和所述第二刀片。


12.如权利要求11所述的方法，其中形成所述第一刀片的所述整体以呈现所述第一曲率半径和形成所述第二刀片的至少另一部分以呈现所述第二不同的曲率半径包括形成在数量上等于包括呈现所述第二曲率半径的部分的第二刀片的数量的包括呈现所述第一曲率半径的部分的第一刀片。

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·克雷格·罗素，肯尼斯·R·埃文斯，
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