用于井下条件的具有弹性力构件的力调制系统技术方案

用于井下条件的具有弹性力构件的力调制系统包括刀具、保持器、保持器保持装置和由第一编织材料制成的第一力构件。刀具装在保持器上，保持器装在钻头上。保持器保持装置沿第一方向施加保持器保持力。第一力构件沿第二方向施加第一力。第二方向与第一方向成角度偏移，从而力调制系统的切割轮廓是可变的。还可以存在由第二编织材料制成的第二力构件以在第一方向上施加第二力以在第一方向上更多地改变切割轮廓。第二力构件可与第一力构件制成一体，包括第一编织材料和第二编织材料为相同材料。料。料。

【技术实现步骤摘要】
用于井下条件的具有弹性力构件的力调制系统


[0001]本专利技术涉及钻头上的切削元件。具体来说，本专利技术涉及用于钻头上固定刀具的力调制系统。更具体地说，本专利技术涉及一种用于井下条件的具有弹性力构件的力调制系统。

技术介绍

[0002]相关技术的说明，包括根据37CFR 1.97和37CFR 1.98公开的信息。
[0003]聚晶金刚石(PDC)切削齿用于石油和天然气钻井作业。现有技术的钻头包括多个部件的牙轮钻头和旋转切削齿，用于凿穿和磨削岩层。成排的切削齿沿着钻头部分移动，以分散切削齿的磨损。钻头的多个部分包括钻头切削刃、钻头体、牙轮、轴承和密封件。传统钻头是固定切削刀具钻头，它由单个钻头组成，没有任何移动部件。刀具固定在钻头的刀翼或钻头体上。固定在钻头部件上的刀具决定了钻头的切割轮廓，并在钻头上的适当位置剪切岩层。由于没有移动部件，固定刀具在井筒极端高温和高压条件下更加可靠。然而，这些刀具的磨损很大。
[0004]更复杂的是，固定刀具的磨损是不相等的。所有的固定刀具都有一定的损坏来源，如振动和冲击载荷。然而，固定刀具在钻头不同部位的磨损速度不同。例如，锥体中的固定切削齿与钻头刀片上的固定切削齿的磨损速度和方式不同。特别是放置在钻头刀片上的固定刀具位于钻头一侧，线切割速度最高，磨损更严重，切削力也最大。所有固定切削齿的损坏以及钻头刀片上固定切削齿的额外损坏会导致钻头过早失效，限制了钻进岩层的速度，限制了钻进岩层的进尺。
[0005]现有技术已经公开了在钻井时对固定切削齿切削轮廓的调整。图1显示了现有技术系统，该系统将固定刀具1安装在支架2中。保持器安装在钻头上。在刀柄2内有一个固定构件4，在刀柄2和钻头3之间有一个弹性构件5。弹性元件5可以是一个弹簧，通过压缩来减少对较硬岩石的切削力。对固定刀具的作用力较小，可以防止损坏。弹簧设定切削力的上限。任何更高的负荷将导致固定刀具缩回。包括CN105604491，Li发表于2016
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25。CN 204326973，Ge,Huixiang等人发表于2015
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13。CN 105156035，Hua,Jian等人发表于2017
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29。USPub 20100212964，美国专利号6142250，发布于2000
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07，专利技术人为Griffin等人，以及美国专利号5678645，发布于1997年10月21日，专利技术人为Tibbitts等人。
[0006]对现有技术系统进行了轻微的改进，例如在钻头中直接带有保持构件的切割器，而不需要保持器。参见宗涛等，CN 104564064，刘志海等发表于2015
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29。不同的弹性构件也在美国专利号10494876(Mayer等人发布于2019
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03)、美国专利号9938814(发布于2018
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10给Hay)、美国专利号10759092(Yu等人发布于2020年09月01日)和CN号108474238(Grosz,Gregory Christopher发布于2018
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31)中提及。现有技术体系仍然是单向的。固定刀具上的力的变化受限于弹性构件的方向。当单个固定刀具可以在弹性元件的一个方向上上下移动时，切割轮廓只会发生轻微的变化。一维的切削剖面变化不能有效地保护钻头零件上的固定切削齿，因为钻头在钻进过程中会遇到角度力。特别是，固定在钻头刀片或钻头肩上的刀具，称为台部刀具，它们遇到不同岩层之间的连接处，需要最大的切
削力。在这些交叉点上，岩层对固定的切割器施加了不止一个维度的力。
[0007]目前已知的用于井下工具的弹性构件包括：CN 105604491，Li于2016
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25公开，CN 204326973，2015
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13公开，Ge，Huixiang等人，CN 105156035，公开Hua,Jian等人于2017
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29，USPub 20100212964，Beuershausen于2010
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26公布，美国专利号10000977，Jain等人于2018
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19发布，美国专利号25016。2000
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07授予Griffin等人的美国专利，以及1997
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21授予Tibbitts等人的美国专利第5678645号。除了金属螺旋弹簧之外，用于力调节的弹性构件还可以是弹性体插入物、塑料插入物、金属网、碟形弹簧、复合弹性体插入物或液压致动器。丝网作为井下工具中的阻尼器也在现有技术专利中为人所知，包括1949年2月22日授予Goodloe的美国专利第2462316号、1959年1月20日授予Hartwell的美国专利第2869858号。3073557，1963年1月15日授予Davis，俄罗斯专利号RU2545142，2015年3月27日授予Alekseevich，美国专利号4514458，1985年4月30日授予Thorn等人，2007年7月52日授予的美国专利第523558号1993年授予Smith等人，美国公开号2019/0100968，Spencer于2019年4月4日公布，以及中国专利号CN110273650，2019年9月24日授予成都威亿石油有限公司。
[0008]然而，钻头的井下条件和空间限制并不与所有类型的弹性构件兼容。需要一种专门的力构件来解决井下条件升高的温度和压力的具体问题。如果没有可靠耐用的受力构件，力调制系统将很快失效。

技术实现思路

[0009]本专利技术的一个目的是提供一种具有可变钻头切削轮廓的力调制系统。
[0010]本专利技术的一个目的是提供一种多向力调制系统。
[0011]本专利技术的另一个目的是提供一种用于井下条件的具有弹性构件的力调制系统。
[0012]本专利技术的另一个目的是提供一种以金属丝编织弹性件作为受力件的力调制系统，以配合钻头的有限空间并承受井下条件。
[0013]为达到上述目的，本专利技术提出用于钻头的力调制系统的实施例包括刀具、保持器、保持器保持装置和由第一编织材料构成的第一力构件。刀具与保持器可拆卸滑动配合。刀具从保持器延伸以钻入岩层。保持器保持装置设定保持器在钻头内的位置。刀具装在保持器上，保持器装在钻头上。保持器保持装置沿保持器的第一方向施加保持器保持力。第一力构件靠保持器定位以便在保持器的第二方向上施加第一力。第一力还保持保持器相对于钻头的位置，但尺寸不同。特别地，第二方向是保持器相对于钻头的另一个运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于井下条件的具有弹性力构件的力调制系统，其特征在于，所述力调制系统包括：刀具，包括具有切削端的刀体和在所述切削端与所述刀体一体形成的切削面；保持器，包括具有锚端的保持器主体、与所述锚端相对的保持端、位于所述锚端和所述保持端之间的保持器侧部、以及在所述保持端的保持器腔，所述刀具主体与所述保持器腔能移除的滑动配合接合；保持器保持装置，定位在至少一个保持器侧部，以便在所述保持器的第一方向上施加保持器保持力；抵靠所述保持器定位的第一力构件，以便在所述保持器的第二方向上施加第一力，所述第二方向与所述第一方向成角度偏移，其中，所述第一力构件由具有第一弹性的第一金属丝编织材料构成。2.根据权利要求1所述的力调制系统，其特征在于，所述刀具与所述保持器能拆卸地接合，所述切削面从所述保持器延伸以切割岩层。3.根据权利要求1所述的力调制系统，其特征在于，所述第一金属丝编织材料由弹簧线构成，所述弹簧线被编织和压缩成型。4.根据权利要求3所述的力调制系统，其特征在于，所述弹簧线具有0.005
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0.05英寸之间的丝直径。5.根据权利要求1所述的力调制系统，其特征在于，经过200次压缩循环，所述第一弹性在0.09
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0.13英寸之间。6.根据权利要求3所述的力调制系统，其特征在于，所述第一金属丝编织材料进一步包括在所述弹簧线上的耐腐蚀涂层。7.根据权利要求6所述的力调制系统，其特征在于，所述耐腐蚀涂层选自钢、镍合金、钴合金、钛合金和铜合金。8.根据权利要求1所述的力调制系统，其特征在于，所述力调制系统还包括：抵靠所述保持器定位的第二力构件以便在所述保持器的所述第一方向上施加第二力,其中，所述第二力构件由具有第二弹性的第二金属丝编织材料构成。9.根据权利要求8所述的力调制系统，其特征在于，第一力构件与所述第二力构件制成一体，所述第一金属丝编织材料与所述第二金属丝编织材料相容并结合到所述第二金属丝编织材料。10.根据权利要求9所述的力调制系统，其特征在于，所述第一金属丝编织材料与所述第二金属丝编织材料相同，所述第一金属丝编织材料和所述第二金属丝编织材...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，程晓明，杨雄文，杨振周，彭齐，柯晓华，刘青，
申请(专利权)人：北京华美世纪国际技术有限公司中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：