[发明专利]具有持续锋利边缘切削元件的钻头

说明书

优先权声明

本申请要求提交于2008年10月13日、名称为“具有持续锋利边缘切削元件的钻头”的美国专利申请序列No.12,250,445的提交日期的优先权。

背景技术

技术领域

本发明披露和教导的内容大体上涉及用于钻井的钻头；更特别地涉及用于在地层中钻井的具有超研磨切削元件的钻头。

现有技术

美国专利No.1,923,488公开了“一种钻井工具，例如钻头等，其具有简单、实用和改进的切削装置，其中工具通过使用达到自动磨锐。”

美国专利No.3,140,748公开了“一种刚性无轴承型钻地钻头，其公知为刮刀钻头。尽管JQ在本申请中强调了关于这种钻头在钻穿含油、气等的地层中的使用，但是应当理解，本发明还可用于其它钻地应用，包括采矿和采石。以在上述操作条件下具有长使用寿命、在从软到硬的各种地层中快速穿透、低“拉动”频率、保持大体上足尺寸井眼和将钻眼偏斜限制在可允许限度内为特征的钻头对石油工业非常有价值。另外，令人满意的钻头应当自动磨锐；并且它应当具有特定几何形状以快速穿透各种地层。在钻头中一开始具有这种几何形状的情况下，这种几何形状应当在钻头使用磨损时保持不变。然而，在一些情况下，希望的钻头几何形状仅在钻头使用磨损时形成，并且在形成之后应当在进一步使用期间保持不变。因此，该发明的目的之中包括提供一种具有如上所述的希望特征的可旋转的刮刀钻头，所述希望特征包括：与传统钻头相比能够在更长的时间内以更快的速度在坚硬地层钻进；在坚硬和磨蚀性岩石地层中保持大体上足尺寸井眼；自动磨锐；并且在使用中具有保持或形成用于钻头的希望几何形状的磨损情况。”

美国专利No.3,145,790公开了“[一种]用于从安装在井孔中的套管(14)的上部环形端(12)渐进地切掉套管(14)的一部分的铣削工具(10)。铣削工具(10)包括围绕铣削工具(10)的圆柱形主体(18)的外周以一英寸到三英寸的间隔彼此等距隔开的多个细长刮刀(32)。刮刀(32)相对于旋转轴线倾斜，以横排布置在刮刀(32)上的硬质合金切削盘(34)形成刮刀(32)的倾斜前平坦表面，最低的一排切削盘(34)形成在切削操作中与套管(14)的上端(12)接合的具有负前角的切削刃。”

美国专利No.4,533,004公开了“[一种]自动磨锐的旋转刮刀钻头组件，包括：(a)适于围绕第一轴线旋转且具有钻削端部的承载主体，(b)由主体支撑以在主体切削端部露出进行切削的切削件，所述切削件具有位于其上的硬质材料层，所述硬质材料层限定了在主体旋转时接合和切削被钻地层的切削刃，所述切削件还包括支撑所述硬质材料层的加固材料以防止硬质材料层在切削负载下发生偏斜，(c)所述主体和所述加固材料的特征在于：当钻头钻削端部与地层接合旋转时能够由地层研磨。”

美国专利No.4,719,979公开了“刮刀型钻头，其具有至少一个刮刀和多个流体流动通道，所述流体流动通道位于刮刀中以将来自钻头中空内部的钻井液或钻井泥浆引导至位于刮刀的前切削刃中的排放或喷射口。由金刚石或类似的“硬质”切削镶嵌件材料制成的条杆以如下构造整合在刮刀中，使得当在钻削期间刮刀磨损或被腐蚀并且小金刚石块丧失时，更多的金刚石暴露于地层以便切削。在刮刀被腐蚀或磨损期间，流体排放口持续操作以将钻井液喷射到大体上每个金刚石条杆附近，从而大大改善切屑的冲洗和金刚石的冷却。在本发明的一些实施例中，还与金刚石或类似的“硬质”切削镶嵌件条杆大体上平行地布置由交替的硬质和软质材料制成的条杆。当软质材料的条杆露出以钻削地层时，形成切口，所述切口随后由后续露出的硬质材料条杆“切掉”。”

美国专利No.4,813,500公开了“[一种]具有附接到钻头主体上的可研磨切削件刮刀的鱼尾型刮刀钻头。多个轴向对准的管子焊接在一起以形成刮刀，每个刮刀与钻头主体的轴线大体上平行。刮刀的每个管子容纳由金刚石切削件材料基体形成的环形件。环形件的中心形成流体管道，流体管道与由钻头体形成的流体腔连通。因此，金刚石基体的切削刃始终紧邻流体喷嘴，不管钻头在地下岩层中操作期间的刮刀磨蚀程度如何均是如此。”

美国专利No.4,913,247公开了“钻头，[其]包括具有切削件刮刀的主体构件，所述切削件刮刀具有大致抛物面形底部轮廓。每个切削件刮刀包括金刚石切削面，金刚石切削面的竖直高度大体上随着与钻头中心线的距离增加而增大。增大的高度允许钻头在钻头的每个半径处提供希望的总金刚石切削体积，同时允许金刚石接触区域随着钻头磨损保持大致不变。”