[发明专利]并入延性插入件的钻头

说明书

技术领域

本公开总体涉及钻头。具体地，本文的主题总体涉及在用于油气勘探和生产的钻井系统中使用的固定刀具钻头。

背景技术

碳氢化合物勘探涉及深入地球内的钻探以发现产生碳氢化合物的地层。为了钻探井筒，将钻头设置在钻柱末端并且使其旋转以形成井筒。一种类型的钻头是固定刀具钻头。这类钻头通常包括紧固到钻头主体的面区域的刀具阵列。固定刀具钻头的刀具通常具有大致圆柱形形状。可将硬质超级研磨材料(诸如多晶金刚石)设置在每个刀具上，从而提供用于在钻探期间接合地层的切削表面。这类刀具经常被称为多晶金刚石复合片(PDC)刀具。通常，刀具是与钻头主体分开制造的并且紧固在形成于钻头主体的外表面中的刀具凹部或凹穴内。粘接材料(诸如钎焊合金)可用来将刀具紧固到钻头主体。将固定刀具钻头放置在井眼中，使得刀具与将要钻探的地球地层接触。当钻头旋转时，切削元件刮过并切断下伏地层的表面。

钻头的主体可由金属基复合材料形成。这类材料包括随机散布在整个基质材料中、经常被称为粘结材料的增强颗粒。可通过将金属芯棒或坯件嵌入颗粒材料卷(诸如碳化钨颗粒)中，然后用基质材料(诸如铜合金)渗入颗粒材料，可形成金属基复合物钻头主体。

具有由这类金属基复合物形成的主体的钻头提供优于全钢钻头主体的显著优点，包括增加的耐侵蚀性和耐磨性，但是通常具有较低的韧性和其他约束条件(诸如较低的刀片间隙)，所述约束条件会限制它们在某些应用中的使用。具体地，恶劣的钻井环境涉及钻头的复杂负载，已知经受循环负载的极限条件的金属基复合物主体会经受各种形式的断裂。一旦引发断裂，进一步的循环负载可致使断裂通过基质传播并且可导致钻头过早失效。这类失效的成本很高，因为它们通常需要在将钻柱和钻头从井眼移除以便检修或更换钻头时停止钻探。

附图说明

现将参考附图，仅通过举例的方式描述本发明的技术的实现方式，其中：

图1是示出用于根据本文中的公开的钻头的示例性环境的图；

图2是示出根据本文中的公开的钻头的第一实施方案的图；

图3是示出根据本文中的公开的钻头的第二实施方案的图；

图4是示出根据本文中的公开的钻头的第三实施方案的图；

图5是示出根据本文中的公开的钻头的第四实施方案的顶视图的图；

图6是示出根据本文中的公开的钻头的第五实施方案的顶视图的图；

图7是示出根据本文中的公开的钻头的第一实施方案的图；

图8是根据本文中的公开的沿图8的线8,9-8,9截取的横截面视图；

图9是根据本文中的公开的沿图8的线8,9-8,9截取的横截面视图；

图10是示出根据本文中的公开的具有插入件和金属基复合材料的模具的横截面视图；并且

图11是示出制造根据本文中的公开的钻头的方法的流程图。

具体实施方式

应了解，为了说明的简单和清楚，在适当的地方，已在不同的图中重复使用参考数字来指示对应的或类似的元件。此外，陈述了众多具体细节，以便提供对本文描述的实施方案的透彻了解。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文描述的实施方案。在其它情况下，并未详细描述方法、程序以及部件，以便不会混淆所描述的的相关特征。而且，描述不应被理解为会限制本文描述的实施方案的范围。附图未必是按比例的并且某些部分的比例可被夸大以更好地示出本公开的细节和特征。

在以下描述中，如本文中所使用，诸如“上部”、“向上”、“下部”、“向下”、“在...上方”、“在...下方”、“井下”、“井上”、“纵向”、“侧向”等术语意思是与周围井筒的底部或最远范围有关，即使井筒或井筒的部分可能是偏斜的或水平的。对应地，横向取向、轴向取向、侧向取向、纵向取向、径向取向等意思是与井筒或工具的取向相关的取向。与在方向上指代远离钻头的刀片的“远侧”相对，本文中的术语“近侧”在方向上指代钻头的朝向刀片的部分。