[发明专利]使用热膨胀材料控制钻头切削深度的设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月7日提交的美国临时申请序列号61/472,887的优先权，该申请在此整体引入作为参考。

技术领域

本发明总的来说涉及用于形成钻孔的设备和方法，具体地说，涉及用于控制钻井时的切削深度的设备和方法。

背景技术

为在地层中形成井眼或钻孔，将一底端携带钻头的钻井组件（也被称为底部钻具组合或BHA）输送到井下。井眼可用来存储地层中的流体或者从地层获得流体，例如烃。底部钻具组合通常包括提供有关钻井作业的各种参数（钻井参数）、有关底部钻具组合动作的各种参数（底部钻具组合参数）以及有关井眼周围的地层的各种参数（地层参数）的信息的装置和传感器。钻头通常附着于底部钻具组合的底端。通过旋转钻柱而使钻头旋转，和/或由底部钻具组合中的钻井马达（也被称为泥浆马达）带动钻头旋转，以便粉碎地层，钻出井眼。当钻井从诸如页岩的软地层进行到诸如砂岩的硬地层时，钻头的机械钻速（ROP）发生变化，从而导致钻头部分的磨损和开裂。例如，聚晶金刚石复合片（PDC）刀具在切削硬地层区域时可能会遭受磨损和开裂，因而需要维修或更换钻头。由于为移除钻头，需要从钻孔拉出钻柱，因此更换钻头时间长，成本高。

发明内容

在一方面中，提供了一种用于钻制钻孔的钻头，其包括：主体，所述主体包括侧部、工作面部；和布置在主体内的通道。钻头还包括设置在工作面部中的研磨部件（rubbing member），所述研磨部件配置成控制钻头的切削深度，其中研磨部件包括与通道热连通的热响应材料，所述热响应材料配置成控制研磨部件相对于工作面部的位置。

在另一方面，提供了一种在地层中钻制钻孔的方法，其包括在地层中设置钻头，其中钻头包括：主体，所述主体包括侧部、工作面部；和在主体内的通道。该方法还包括通过控制通道中的流体流动，控制设置在工作面部中的研磨部件的位置，其中研磨部件包括与通道热连通的热响应材料，并且其中，热响应材料的形状控制钻头的切削深度。

在此披露的设备和方法的某些特征的例子概述得相当宽泛，以便可以更好地理解下述的详细说明。当然，下文还披露有设备和方法的附加特征，其形成了附加于此的权利要求的主题。

附图说明

参照下列详细说明书，并结合附图，本领域普通技术人员将更容易领悟和更好地理解本发明的优点和其他方面，其中贯穿附图中所示的几个视图，同样的参考标记一般表示同样或类似的元件，以及其中：

图1是示例性钻井系统的示意图，所述钻井系统包括钻柱，所述钻柱具有根据本发明的一个实施例制成的钻头；

图2是根据本发明的一个实施例制成的钻头的实施例的透视图；和

图3是图2的钻头的一部分的截面侧视图。

具体实施方式

图1是可以利用根据本发明制成的钻头的示例性钻井系统100的示意图。图1显示了井眼110，该井眼具有其中安装有壳体112的上部分111和正由钻柱118钻进的下部分114。所示的钻柱118包括管状部件116，该管状部件带有附着于其底端的底部钻具组合130。通过联接多个钻管节段可以构成管状部件116，或者管状部件116可以是盘绕管材。所示的钻头150安装于底部钻具组合130的底端，用于粉碎岩层119，从而形成选定直径的井眼110。所示的钻柱118被从地面167上的钻机180输送到井眼110中。为便于说明，所示的示例性钻机180为陆上钻机。在此披露的设备和方法也可以用于在水下钻井眼的海上钻机。可利用连接于钻柱118的转台169或顶驱（未显示）使钻柱118旋转，从而带动底部钻具组合130和钻头150旋转，以钻出井眼110。一钻井马达155（也被称为泥浆马达）可设置在底部钻具组合130中，以旋转钻头150。可单独使用钻井马达155来使钻头150旋转或者将由钻井马达产生的旋转叠加到由钻柱118带动的钻头旋转上。