钻孔设备和方法技术

本申请涉及钻孔设备和方法。钻孔设备包括被构造成相对于导向钻头旋转的上部构件和钻头主体。上部构件的第一端部连接到工作柱。上部构件的内腔包括第一径向凸轮式表面。钻头主体的第一端部连接到上部构件的第二端部，使得钻头主体随上部构件旋转。钻头主体的第二端部包括工作面。导向钻头包括设置在上部构件的内腔中的第一端部，并且包括第二径向凸轮式表面，该第二径向凸轮式表面被构造成与第一径向凸轮式表面配合以输送锤击力。导向钻头延伸穿过钻头主体的中心钻孔，并且在其第二端部上包括接合表面，该接合表面被构造成接合围绕井眼的地层。的地层。的地层。

【技术实现步骤摘要】
钻孔设备和方法
[0001]本申请是申请日为2017年01月13日，申请号为201780005271.8，专利技术名称为“钻孔设备和方法”的申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请是于2015年9月24日提交的美国专利申请第14/864,016号的部分继续申请，该部分继续申请要求于2014年10月17日提交的美国临时专利申请第62/065,372号的利益和优先权，上述两个申请通过引用并入本文。
[0004]专利技术背景
[0005]本公开涉及一种钻孔设备和方法。更具体地，但不作为限制，本专利技术涉及钻头(drill bit)和钻井的方法。
[0006]钻头已经用于钻地下井。在钻井眼中，操作者寻求有效、安全且经济地钻井。钻直井、斜井、水平井、多分支井等需要钻头。这些年来已经提出了各种钻头，包括牙轮钻头和聚晶金刚石复合片钻头。
[0007]专利技术概述
[0008]在一个实施方案中，公开了一种设备，其包括：旋转段，其具有带有第一周向轮廓的第一径向表面；非旋转段，其具有带有第二周向轮廓的第二径向表面；围绕所述第一径向表面和第二径向表面设置的壳体；以及设置在第一径向表面和第二径向表面之间并与该第一径向表面和第二径向表面接触的一个或多个滚动元件，用于在该旋转段旋转时沿轴向方向传送该非旋转段。每个滚动元件相对于第一径向表面沿圆形路径移动360度，并且相对于第二径向表面沿圆形路径移动360度。旋转段相对于非旋转段旋转超过360度。第一周向轮廓可以包括锥形部分，该锥形部分可以包括波状的波形轮廓。第二周向轮廓可以包括锥形部分，该锥形部分可以包括波状的波形轮廓。滚动元件中的每一个可以包括球形外表面。在一个实施方案中，该设备可以包括彼此接触的两个滚动元件，并且每个滚动元件具有等于壳体的内径的一半的直径。在另一个实施方案中，设备可以包括三个或更多个滚动元件，其中每个滚动元件与两个相邻的滚动元件接触。在另一个实施方案中，该设备可包括引导构件和两个或更多个滚动元件，该引导构件设置在第一径向表面和第二径向表面之间，用于使滚动元件相对于彼此保持在固定位置中。
[0009]在另一个实施方案中，公开了一种设备，其包括：第一旋转段，其具有带有第一周向轮廓的第一径向表面；第二旋转段，其具有带第二周向轮廓的第二径向表面；围绕该第一径向表面和第二径向表面设置的壳体；以及设置在该第一径向表面和第二径向表面之间并与该第一径向表面和第二径向表面接触的一个或多个滚动元件，用于在该第一旋转段旋转时沿轴向方向传递该第二旋转段。第二旋转段以不同于第一旋转段的旋转速率旋转。可选地，第一旋转段和第二旋转段沿相反方向旋转。每个滚动元件相对于第一径向表面沿圆形路径移动360度，并且相对于第二径向表面沿圆形路径移动360度。第一旋转段相对于第二旋转段旋转超过360度。第一周向轮廓可以包括锥形部分，该锥形部分可以包括波状的波形轮廓。第二周向轮廓可以包括锥形部分，该锥形部分可以包括波状的波形轮廓。滚动元件中的每一个可以包括球形外表面。在一个实施方案中，该设备可以包括彼此接触的两个滚动
元件，并且每个滚动元件具有等于壳体的内径的一半的直径。在另一个实施方案中，设备可以包括三个或更多个滚动元件，其中每个滚动元件与两个相邻的滚动元件接触。在另一个实施方案中，该设备可包括引导构件和两个或更多个滚动元件，该引导构件设置在第一径向表面和第二径向表面之间，用于使滚动元件相对于彼此保持在固定位置中。
[0010]在另一个实施方案中，公开了一种用于钻井的设备，该设备连接到工作柱(workstring)。该设备包括具有第一端部、内腔和第二端部的钻头主体，其中第一端部连接到工作柱，该工作柱构造成向钻头主体输送旋转力。内腔包含具有第一径向凸轮式表面(first radial cam surface)的轮廓。钻头主体的第二端部包括包含切割构件的工作面。该设备还包括旋转地连接在钻头主体的内腔内的导向钻头。导向钻头从工作面延伸。导向钻头包括第一端部和第二端部。导向钻头的第一端部具有第二径向凸轮式表面，该第二径向凸轮式表面可操作地构造成与第一径向凸轮式表面配合以输送锤击力。导向钻头的第二端部包括构造成接合围绕井眼的地层的接合表面。钻头主体以不同于导向钻头的速率旋转。第一径向凸轮式表面可以包括倾斜部分和直立部分。第二径向凸轮式表面可以包括倾斜部分和直立部分。接合表面可以包括偏心圆锥形表面。可选地，接合表面可包括凿刻表面。工作柱可以包含用于输送旋转力的泥浆马达。该设备还可包括与导向钻头可操作地相关联的保持器，用于将导向钻头保持在内腔内。工作柱可以是管状钻柱或盘绕管柱。该设备还可以包括设置在第一径向凸轮式表面和第二径向凸轮式表面之间并与第一径向凸轮式表面和第二径向凸轮式表面接触的一个或多个滚动元件。每个滚动元件可以是球形外表面。该设备可以包括彼此接触的两个滚动元件，其中滚动元件中的每一个的直径等于内腔的内径的一半。该设备可以包括三个或更多个滚动元件，滚动元件中的每一个与两个相邻的滚动元件接触。该设备可以包括引导构件和两个或更多个滚动元件，该引导构件设置在第一径向凸轮式表面和第二径向凸轮式表面之间，以用于使滚动元件相对于彼此保持在固定位置中。
[0011]还公开了一种钻井眼的方法。该方法包括在井眼内提供钻头设备，钻头设备包括：钻头主体，其具有第一端部、内腔和第二端部，其中第一端部连接到工作柱，该工作柱构造成将旋转力输送到钻头主体；该内腔包含具有第一径向凸轮式表面的轮廓；该第二端部包括包含切割构件的工作面；该设备还包括突出物(protuberance)，该突出物旋转地连接在钻头主体的内腔内并从该工作面延伸；所述突出物包括第一端部和第二端部，该第一端部具有第二径向凸轮式表面，并且该第二端部具有接合表面。该方法还包括使钻头设备降低到井眼中，使工作面的切割构件与储层界面接触，使钻头主体相对于突出物旋转，使突出物的接合表面与井眼中的储层界面接合，以及用该第一径向凸轮式表面撞击该第二径向凸轮式表面，使得在钻井眼时将冲击力输送到切割构件和接合表面。在一个实施方案中，第一径向凸轮式表面包括倾斜部分和直立部分，并且第二径向凸轮式表面包括倾斜部分和直立部分。工作柱可以包含用于输送旋转力的泥浆马达。工作柱可以是管状钻柱、生产柱或盘绕管柱。另外，接合表面可以是偏心圆锥形表面或凿刻表面。突出物可以由于与钻头主体的旋转相关联的摩擦力而旋转，其中突出物的旋转速率不同于钻头主体的旋转速率。钻头设备还可以包括设置在第一径向凸轮式表面和第二径向凸轮式表面之间并与该第一径向凸轮式表面和第二径向凸轮式表面接触的一个或多个滚动元件，并且该方法可以包括通过滚动元件用第一径向凸轮式表面撞击第二径向凸轮式表面。滚动元件中的每一个可以包括球形外
表面。
[0012]在另一个实施方案中，公开了一种用于钻井的设备，该设备连接到工作柱。该设备包括具有第一端部、内腔和第二端部的钻头主体，其中第一端部连接到工作柱，该工作柱构造成向钻头主体输送旋转力。内腔包含具有锤的轮廓。钻头主体的第二端部包括包含多个切割构件的工作面。该设备还包括旋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于钻井眼的设备，所述井眼包含同心地定位在其中的工作柱，所述设备包括：上部构件，其具有第一端部、内腔和第二端部，其中所述第一端部连接到所述工作柱，所述工作柱构造成将旋转力输送到所述上部构件，其中所述内腔包含具有第一径向凸轮式表面的轮廓；钻头主体，其具有第一端部、第二端部和从所述钻头主体的所述第一端部延伸到所述钻头主体的所述第二端部的中心钻孔，所述钻头主体的所述第一端部可操作地连接到所述上部构件的所述第二端部，其中所述钻头主体被构造成随着所述上部构件的旋转而旋转，其中所述钻头主体的所述第二端部包括包含切割构件的工作面；导向钻头，其旋转地连接在所述上部构件的所述内腔内，并且延伸穿过所述钻头主体的所述中心钻孔，延伸超过所述钻头主体的所述工作面，其中所述导向钻头包括第一端部和第二端部，其中所述导向钻头的所述第一端部包括可操作地构造成与所述第一径向凸轮式表面配合以输送锤击力的第二径向凸轮式表面，并且其中所述导向钻头的所述第二端部包括构造成接合围绕所述井眼的地层的接合表面；至少三个或更多个滚动元件，其设置在所述第一径向凸轮式表面和所述第二径向凸轮式表面之间并与所述第一径向凸轮式表面和所述第二径向凸轮式表面接触，所述至少三个或更多个滚动元件中的每一个与两个相邻的滚动元件直接接触；其中所述第一径向凸轮式表面包括波状的波形轮廓，并且所述第二径向凸轮式表面包括波状的波形轮廓或平坦径向表面，或者其中所述第二径向凸轮式表面包括波状的波形轮廓，并且所述第一径向凸轮式表面包括波状的波形轮廓或平坦径向表面；并且其中，所述上部构件和所述钻头主体相对于所述导向钻头旋转，由此致使所述至少三个或更多个滚动元件在所述第一径向凸轮式表面和所述第二径向凸轮式表面上移动，从而引起所述导向钻头相对于所述上部构件和所述钻头主体的轴向移动。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述导向钻头的所述接合表面包括偏心圆锥形表面或凿刻表面。3.根据权利要求1所述的设备，还包括与所述导向钻头可操作地相关联的保持器，用于将所述导向钻头保持在所述内腔内。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少三个或更多个滚动元件中的每一个包括球形外表面。5.根据权利要求4所述的设备，其中所述至少三个或更多个滚动元件包括不锈钢球轴承或陶瓷球。6.根据权利要求1所述的设备，还包括引导构件，所述引导构件设置在所述第一径向凸轮式表面和所述第二径向凸轮式表面之间，以用于使所述至少三个或更多个滚动元件相对于彼此保持在固定位置中。7.根据权利要求1所述的设备，其中当所述第一径向凸轮式表面包括波状的波形轮廓时，所述第一径向凸轮式表面的波状的波形轮廓包括多个高点，并且其中所述至少三个或更多个滚动元件的数量等于所述多个高点的数量。8.根据权利要求1所述的设备，其中当所述第二径向凸轮式表面包括波状的波形轮廓时，所述第二径向凸...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩特尔，
申请(专利权)人：艾斯米恩控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：