[发明专利]用于钻头的切割元件支撑蹄件

说明书

技术领域

本公开总体涉及油田设备，并且更具体地涉及用于钻探井筒以便采集石油、天然气或矿物质的钻地钻头。更具体地，本公开涉及将超硬切割元件安装到钻头体、刀片或牙轮。

背景技术

通常通过旋转钻井的方法来钻探油井和气井。钻地钻头安装在钻柱的下端上。重量施加在钻头上，并且钻头通过在地表处旋转钻柱或通过致动井下马达或两者来旋转。旋转钻头包括啮合地层以形成钻孔的切割元件。钻头在一定程度上可使用钻柱中位于井下的任选定向钻井组件来引导，以沿着朝向目标区域的预先确定的路径形成井筒。

已经开发出许多不同类型的钻头和用于钻头的切割结构并且它们可用于钻探这类井筒。两种主要类型的岩石钻头是牙轮钻头和固定切刀钻头。两种类型的钻头都可包括啮合土壤以切割并释放诸如岩石的土料的硬化元件。牙轮钻头包括通过铲凿刮削或切割破碎作用切割土壤的切割元件。固定切刀钻头包括通过剪切作用切割土壤的切割元件。

当钻头旋转时，钻井液被泵送穿过钻柱并且引导出钻头。钻头通常包括围绕钻头刃面间隔的喷嘴或固定端口，所述喷嘴或固定端口用于将钻井液喷射到若干叶片之间或牙轮之中的流动通路中。流动流体执行若干重要的功能。流体将地层切屑从钻头的切割结构移除。否则，地层材料积聚在切割结构上可能减少或阻止切割结构穿透到地层中。此外，流体将所切割的地层材料从孔眼底部移除。未能将地层材料从孔眼底部移除可能导致切割结构进行随后的道次以再切割相同材料，因此降低切割速率并且潜在地增加对切割表面的磨损。从钻头刃面以及从孔眼底部移除的钻井液和切屑被迫通过存在于钻柱与井筒侧壁之间的环空从井筒底部到达地表。另外，流体从切割元件移除通过与地层接触产生的热量以便延长切割元件寿命。因此，钻井液喷嘴的数目和布局以及所引起的钻井液的流动可显著影响钻头的性能。

附图说明

下文参考附图详细描述实施方案，在附图中：

图1是根据实施方案的钻井系统的块级示意图，其示出用于在土壤中钻井的钻柱和图2的钻头；

图2是根据优选实施方案的固定切刀钻头的立体图，其示出具有凹腔的刀片，硬切割元件定位并固定在所述凹腔中；

图3是图2的固定切刀钻头的一部分的分解图，其示出形成于刀片的前缘中的凹槽以及尺寸被设定成被接收并安装在所述凹槽内的切割元件支撑蹄件；

图4是图3的钻头的一部分的立体图，其示出覆盖切割元件的一部分以用于增强切割元件在凹腔内的机械固持的切割元件支撑蹄件；

图5是根据实施方案的用于制造图3的钻头的方法的流程图；并且

图6是根据实施方案的牙轮钻头的局部截面正视图，其示出牙轮和臂，其中切割元件使用切割元件支撑蹄件机械地固定到钻头。

具体实施方式

图1是包括钻头100的钻井系统20的一个实例的正视图。钻井系统20可包括陆地钻机22。然而，本公开的教义还可与海上平台、半潜式平台、钻井船以及适用于形成延伸穿过一个或多个井下地层的井筒的任何其他钻井系统相关联。

钻机22可邻近井口24定位。钻机22还包括转盘38、旋转驱动马达40和与使钻柱32在井筒60内旋转相关联的其他设备。环空66可在钻柱32的外部与井筒60的内径之间形成。

对于一些应用，钻机22还可包括顶部驱动马达或顶部驱动单元42。在井口24处还可设置有防喷器(未明确示出)和与钻探井筒相关联的其他设备。一个或多个泵48可用于将钻井液46从储库30泵送到钻柱32从井口24延伸的一端。导管34可用于将钻井泥浆从泵48供给到钻柱32的从井口24延伸出去的那一端。导管36可用于将钻井液、地层切屑和/或井下碎片从井筒60的底部或端部62送回到流体储库或凹坑30。各种类型的管道、管和/或导管可用于形成导管34和36。

钻柱32可从井口24延伸并且可与钻井液供应源、诸如储库30耦接。钻柱32的相对端可包括与井筒60的端部62相邻设置的井底钻具组件90和旋转钻头100。旋转钻头100可包括一个或多个流体流动通路，流体流动通路中设置有相应喷嘴20(图2)的，如下文更详细地描述的。各种类型的钻井液46可通过泵48和导管34从储库30被泵送到钻头32从井口24延伸的一端。钻井液46可穿过钻柱32向下流动并且从形成于旋转钻头100中的喷嘴16(图2)离开。