[发明专利]用于钻取井筒以及地下压裂的钻头

说明书

发明人：Shaohua Zhou(S·周)

受让人：Saudi Arabian Oil Company(沙特阿拉伯石油公司)

技术领域

本发明涉及用于形成井筒的钻地钻头。更具体地，本发明涉及具有封隔器的钻头，在地层中钻取井筒的同时能够选择性地部署封隔器而压裂地下地层。

背景技术

生产烃的井筒在地面下延伸并且与圈闭有烃的地下地层交叉。井筒通常是通过位于钻柱末端的钻头来产生的，通常，位于井筒开口上方的驱动系统使钻柱和钻头旋转。通常在钻头上设置有切削元件，随着钻头旋转，切削元件刮除井筒的底部且从地层中挖掘材料，从而将井筒加深。钻井流体通常沿钻柱向下泵送并且从钻头引入井筒，然后钻井流体在钻柱与井筒壁之间的环隙中沿井筒向上回流。钻井流体冷却钻头，维持井中的期望压力，当沿井筒向上流动时携载了在挖掘时产生的钻屑。

为了改善烃从地层到井筒的流动，有时从井筒壁到地层中形成裂缝。通常是通过将高压流体注入井筒中并且密封井筒的一部分来进行压裂的。压裂一般在井筒中的压力超过地层中的岩石强度时开始。通常通过注入诸如砂或树脂涂层颗粒等支撑剂(proppant)支撑裂缝；支撑剂通常还用于阻断从地层向井筒产出砂或其它颗粒物质。

发明内容

本文描述了钻地钻头，其用于钻取井筒并且能够用于压裂井筒周围的地下地层。在实例中，钻地钻头包括主体、用于将钻头选择性地附接到钻柱的连接件。腔室位于主体中且与钻柱的内部选择性地流体连通。钻头还包括出口喷嘴，所述出口喷嘴在所述主体的外表面上具有排放口；所述出口喷嘴与所述腔室选择性地连通。压裂口位于钻头上，压裂口在所述主体的外表面上具有排放口并且与所述腔室选择性地连通。钻头中还包括位于腔室中的阀组件，阀组件能够选择性地从将所述压裂口与腔室之间的流体连通阻断的钻井位置移动到将所述出口喷嘴与腔室之间的流体连通阻断的压裂位置。在实施例中，阀组件包括套管、安装在套管中的细长柱塞以及套管中的孔。在该实例中，当所述阀组件处于所述钻井位置时，所述套管的实心部分设置为与所述腔室与所述压裂口之间的接口邻近，从而阻断所述腔室与压裂口之间的流体连通。二者择一地，当所述阀组件处于所述压裂位置时，所述孔与所述压裂口对准并且所述柱塞的端部密封所述出口喷嘴与所述腔室之间的接口。在一个实例中，通过使指定量的流体流经钻柱而进入钻头，阀组件能够从钻井位置移动到压裂位置。钻头还可包括在腔室中位于套管的端部处的弹簧，弹簧用于将阀组件从压裂位置移动到钻井位置。任选地，柱塞是大致柱形的并且借助腹板部件与套管同轴地连接，腹板部件在柱塞和套管之间沿径向延伸。在一个替代的实施例中，钻头还包括能够选择性扩张的封隔器，所述封隔器设置在所述主体上，使得当所述封隔器与所述钻柱中的增压流体连通时，所述封隔器沿径向向外扩张而与井筒的内表面密封接触。钻头可包括刮板，刮板固定到主体的外表面上，具有与主体的轴线大致平行设置以在相邻刮板之间限定通道的细长侧部。在该实例中，还包括滑动刮板，滑动刮板位于所述主体的外表面上，并且能够选择性地移入移出所述通道。在一个实施例中，滑动刮板借助连杆机构连接到套管，连杆机构延伸贯穿主体中的槽。