混合旋转牙轮钻头制造技术

本发明专利技术涉及一种混合旋转牙轮钻头，包括多个支腿。轴承轴从每个支腿延伸，并且旋转牙轮可旋转地耦连到每个轴承轴。至少一个旋转牙轮包括顶排切削结构、内排切削结构和量规排切削结构。顶排切削结构和内排切削结构由铣齿形成。量规排切削结构由切削器镶嵌物形成。量规排切削结构由切削器镶嵌物形成。量规排切削结构由切削器镶嵌物形成。

【技术实现步骤摘要】
混合旋转牙轮钻头
[0001]本申请是申请号为201480057532.7、申请日为2014年7月14日、标题为“混合旋转牙轮钻头”的中国申请的分案申请。


[0002]本专利技术总体涉及用于钻井眼的钻头，并且更具体地涉及用于调节井眼并且钻出液压压裂设备(例如，压裂塞)或桥塞的混合旋转牙轮钻头(hybrid rotary cone drill bit)。

技术介绍

[0003]滚轮牙轮岩石钻头(roller cone rock bit)是在石油领域、天然气领域和采矿领域中使用的用于穿透地层成形井眼的切削工具。在井眼的成形中，滚轮牙轮钻头钻透组成不同岩层的不同地质材料。虽然钻头在钻透岩石时在不同深度处遇到不同地层，但是一般来说钻头的所有部分在同一时刻钻相同类型的岩层。
[0004]在液压压裂操作中，压裂塞(frac plug)被固定到作为钻孔内衬的套管。压裂塞在某种意义上说是一次性工具，因为在压裂塞已执行其功能之后，使用按照国际钻井承包商协会即IADC(International Association of Drilling Contractors)标准制造的滚轮牙轮岩石钻头将其钻出，并且钻出的压裂塞碎片随着钻探泥浆冲上井眼。压裂塞是大体柱形部件，该柱形部件由从大体中空的中心移动的不同径向位置处设置的不同材料形成。与钻透岩层相比，当钻出压裂塞时，钻头同时钻透不同的材料。不同的材料产生不同的穿透效率并且磨损钻头不同部分上的特征。
[0005]参考Lockstedt的美国专利No.5,131,480(其公开内容通过引用合并于此)，其公开了铣齿旋转牙轮岩石钻头，其中每个牙轮的跟部排(heel row)被分散并且碳化钨楔齿镶嵌物(chisel insert)被插入分散的跟部排内。跟部排镶嵌物与量规排(gage row)铣齿配合并且随着量规排铣齿磨损逐渐地切削更多的量规排钻孔。

技术实现思路

[0006]在一个实施例中，一种混合旋转牙轮钻头包括多个支腿。轴承轴从每个支腿延伸，并且旋转牙轮可旋转地耦连到每个轴承轴。至少一个旋转牙轮包括顶排切削结构、内排切削结构和量规排切削结构。顶排切削结构和内排切削结构包含铣齿。量规排切削结构包含切削器镶嵌物。
[0007]在某一实施例中，切削器镶嵌物是碳化钨镶嵌物并且铣齿由钢形成。切削器镶嵌物可以是锥形形状或楔形形状(chisel
‑
shaped)。
[0008]本专利技术的混合旋转牙轮钻头被用于同时钻出塞的不同材料。切削器镶嵌物和铣齿在旋转牙轮上的位置允许塞的不同材料被有效地钻出。具体地，被设置在塞的外直径上的塞卡瓦(plug slip)的相对较硬的材料通过设置在钻头的外直径上的切削器镶嵌物有效地钻出，同时塞体/塞主体的相对较软的材料通过在切削器镶嵌物的径向向内设置的铣齿有
效地钻出。
[0009]当结合附图时，根据下面的具体实施方式，本专利技术的其他方面、特征和优点将变得明显，附图是本公开的一部分并且其通过示例方式图示说明公开的本专利技术的原理。
附图说明
[0010]为了更完整地理解本专利技术及其优点，现在结合附图和具体实施例参考下面的附图说明，其中相同的附图标记表示相同的部分，其中：
[0011]图1图示在安置在钻孔中的压裂塞的横截面正上方设置在钻出位置的混合旋转牙轮钻头；
[0012]图2A图示根据本专利技术的教导的混合旋转牙轮钻头的前端(face)。
[0013]图2B图示根据本专利技术的教导的旋转投影截面，其示出钻孔中铣齿和切削器镶嵌物的位置；
[0014]图3A图示根据本专利技术的教导的混合旋转牙轮钻头的替换实施例的前端。
[0015]图3B图示根据本专利技术的替换实施例的教导的旋转投影截面，其示出钻孔中铣齿和切削器镶嵌物的位置。
具体实施方式
[0016]现在参考图1，其示出了混合钻头10或更具体地说是混合旋转牙轮钻头10。混合旋转牙轮钻头10被图示在用金属套管16作为内衬的钻孔或井眼12内。钻头10被示出在套管塞或塞14的横截面上方的钻出位置中。混合钻头10包括从钻头体(未示出)悬挂的三个支腿18(示出两个)。如下面更详细地描述，每个支腿18均支撑旋转牙轮20。每个旋转牙轮20均包括两种不同类型的切削结构。在井眼12中最靠近套管16的切削结构是切削器镶嵌物22，例如，碳化钨镶嵌物。朝向钻头12的中心的切削结构是铣齿24。切削器镶嵌物22是锥形形状，但是也可以是圆顶形状、楔形形状、双锥形形状、卵形形状或适于钻出套管塞14的任意其他形状。
[0017]混合钻头10被配置为钻出全部钻孔和/或钻出固定在钻孔内的压裂塞。因此，混合钻头10被配置为从钻孔的中心线并且延伸到钻孔的整个半径钻出岩层或部分压裂塞。混合钻头10不同于扩眼器(reamer)，因为扩眼器不被配置为钻出靠近钻孔中心线的中心部分。更确切地说，扩眼器被配置为铰削已经至少部分形成的孔。
[0018]在某些钻孔操作中，诸如，在液压压裂(hydraulic fracturing)或破裂(fracking)操作中，塞14(诸如压裂塞)被用于隔离要被破裂的井眼12的一部分。塞14作为单向阀并且允许钻孔的特定部段被隔离和被加压用于液压破裂操作。当塞14已执行其功能之后，使用根据本公开的教导的混合旋转牙轮钻头10在钻出操作中将其钻出。在钻出操作中，混合旋转牙轮钻头10被附连到钻柱并且被旋转，使得其切削元件压碎、割裂并且分裂塞14。被泵送通过钻头10的钻井流体将塞14的碎片冲洗回地面。除了压裂塞之外其他塞也可以被固定在钻孔内并且可以通过使用本公开的教导的混合旋转牙轮钻头10而被钻出。例如，混合旋转牙轮钻头10可以被用于钻出桥塞和与套管16接合的其他类型的塞。
[0019]在准备破裂过程中，塞14被定位在钻孔12中的期望位置处，使得塞14的外直径部分抓紧套管16，并且将塞14固定或安置在适当位置。一旦塞14被安置，塞14将经受钻孔中区
域的加压而不移动或滑动。为了安置塞14，围绕一部分塞体/塞主体28的大体环形形式的卡瓦(slip)26被引起与套管16接合并且产生一种类型的密封。为了本公开的目的，塞体28包括不是由相对较硬材料形成的塞的任意部分，这些部分与套管16接合，以将塞安置在适当位置并且产生密封。虽然塞体28主要被径向设置在卡瓦26的内部，但是一部分塞体28可以被设置在卡瓦26的上面或下面并且与卡瓦26对齐。
[0020]在图1中示出的实施例中，示出上卡瓦和下卡瓦26。每个卡瓦26均包括多个脊29，脊29咬合到套管内以提供牢固抓紧。卡瓦26扩张并且可能部分地压裂，从而使得一些卡瓦26嵌入到金属套管16内。为了在高压力下保持塞14的抓紧，卡瓦26通常由硬质材料形成。在某些塞14中，卡瓦16由铸铁形成。一旦卡瓦26被安置，卡瓦26就占据套管16和塞体28之间的空间，所述空间可以取决于套管直径的内部的英寸数。例如，钻孔的套管16可以具有大约12英寸的直径，并且卡瓦26可以具有大约12英寸的外直径和大约10英寸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于钻出设置在用套管作内衬的钻孔内的塞的旋转牙轮钻头，每个塞具有主体以及上卡瓦和下卡瓦，所述旋转牙轮钻头包含：多个支腿；从每个支腿延伸的轴承轴；多个旋转牙轮，每个旋转牙轮可旋转地耦连到相应的轴承轴，并且具有内切削结构和外切削结构，其中：每个切削结构包括多个切削元件，所述切削元件从仅包括铣齿和切削器镶嵌物的组中选择，所述内切削结构的所述切削元件仅包括铣齿，用于钻出所述塞的主体，并且所述外切削结构的所述切削元件至少包括大部分的切削器镶嵌物，用于钻出所述上卡瓦和下卡瓦。2.根据权利要求1所述的旋转牙轮钻头，其中：每个旋转牙轮限定大体锥形表面，并且每一个切削器镶嵌物包括被设置在相应的大体锥形表面之上的切削部分和被设置在相应的大体锥形表面之下的下基部。3.根据权利要求1所述的旋转牙轮钻头，其中在每一个旋转牙轮的基部和根部上没有切削元件。4.根据权利要求1所述的旋转牙轮钻头，其中所述切削器镶嵌物是碳化钨切削器镶嵌物...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：维拉国际工业有限公司，
类型：发明
国别省市：