[发明专利]井下使用的纤维增强工具

说明书

一种可至少部分由包括分散在粘合剂中的增强颗粒和增强纤维的纤维增强硬复合材料部分形成的井筒工具，其中所述增强纤维具有范围为1到15倍临界纵横比(A_c)的纵横比，其中A_c＝σ_f/(2T_c)，σ_f是所述增强纤维的极限拉伸强度，且Tc是所述增强纤维与所述粘合剂之间的界面剪切粘结强度或所述粘合剂的屈服应力，取所述界面剪切粘结强度和所述屈服应力中较低的一者。

发明背景

本公开涉及井下使用的增强工具，包括(但不限于)纤维增强钻头，以及与其相关的生产和使用的相关联方法。

在油气产业中在井下使用多种多样的工具，包括用于形成井筒的工具、用于完成已经钻探的井筒的工具，以及用于自完井中生成诸如油气的碳氢化合物的工具。特定而言，频繁使用切削工具来钻探油气井、地热井和水井。切削工具可以包括牙轮钻头、固定刀具钻头、扩眼钻头、取芯钻头等等。例如，固定刀具钻头常由基体钻头体形成，所述基体钻头体具有布置在基体钻头体外部周围的所选位置处的切削元件或插入件。在钻探期间，这些切削元件接合且移除地下地层的邻近部分。

复合材料可用于固定刀具钻头的基体钻头体中。这些材料通常耐腐蚀且展现出高冲击强度。然而，这些复合材料可能是易碎的。结果，由于制造期间遭受的热应力或钻探期间传送的机械应力可能发生应力开裂。这在复合材料的腐蚀加速时格外如此。

附图简述

包括附图以说明实施方案的特定方面，且所述附图不应被视为排外性实施方案。如所属领域技术人员将出现且得益于本公开，所公开的标的物在形式和功能上具有相当大的修改、替代、组合和等效，而不脱离本公开的范畴。

图1是示出具有根据本公开的教导的至少一个纤维增强部分的基体钻头体的钻头的一个实例的横截面图。

图2是图1的钻头的等距视图。

图3是示出用于形成根据本公开的教导的基体钻头体的铸模组合件的一个实例的横截面图。

图4是示出用于形成根据本公开的教导的基体钻头体的铸模组合件的一个实例的端视图。

图5是示出根据本公开的教导的基体钻头体的一个实例的横截面图。

图6是示出根据本公开的教导的基体钻头体的一个实例的横截面图。

图7是示出根据本公开的教导的基体钻头体的一个实例的横截面图。

图8是示出根据本公开的教导的基体钻头体的一个实例的横截面图。

图9是示出适于结合本公开的基体钻头使用的钻探组合件的一个实例的示意图。

发明详述

本公开涉及纤维增强井下工具，和制造及使用这些纤维增强井下工具的方法。本公开的教导可适用于可至少部分由复合材料形成且在与井筒或其它井下装置接触期间遭受磨损的任何井下工具。这些工具可以包括用于钻井、完井和自井中生产碳氢化合物的工具。这些工具的实例包括：切削工具，诸如钻头、扩眼钻头、稳定器和取心钻头；钻探工具，诸如可旋转导向装置、泥浆电机；以及井下使用的其它工具，诸如窗机、封隔器、工具接头和其它易磨损工具。