[发明专利]以基质材料制作井下工具的方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及一种与地下井结合执行的操作及所利用的设备，且在一个下述实例中，更具体地提供一种以基质材料制造井下工具的方法。

背景技术

不同类型的井下工具均会暴露在井下操作中的一种或多种磨蚀因素下。例如，钻井工具(例如钻头、扩眼器、稳定器等等)的表面会因诸如磨料流体流动、克服井眼壁的刮擦、克服地层的碰撞等等因素而被磨蚀。很可惜，抗磨蚀材料通常都非常脆弱。

因此应认识到，在制造井下工具的技术领域中，始终需要多种改进方案。这样的改进方案可以提高井下工具的抗磨蚀性，或以其它方式提升井下工具的性能、减少井下工具的成本、提高井下工具的效率，等等。其它的改进方案可包括维持现有的抗磨蚀性，但提高强度、延展性、韧性、冲击强度、减少成本，等等。

附图说明

图1示出了一种井系统和相关方法的代表性局部剖视图，其能够体现本发明的原理。

图2示出了井下工具的代表性立体图，其能够体现本发明的原理，并能够用于图1的系统中。

图3-图6示出了在井下工具制造方法的连续的步骤中的井下工具的代表性剖视图。

图7示出了井下工具的另一种构造的代表性剖视图。

具体实施方式

图1中代表性地示出的是用于井的系统10和相关方法，其能够体现本发明的原理。但是应当清楚的理解，系统10和方法仅是作为本发明的原理被应用于实际中的一个实例。多种其它的实例是可能的。因此，本发明的范围完全不限于图中示出的和/或在此描述的系统10和方法的细节。

在图1所示实例中，井眼12借助钻柱14被钻出。钻柱14包括各种井下工具16、18、20、22、24。在本实例中，井下工具16包括一个或多个钻铤，井下工具18是稳定器，井下工具20是扩眼器，井下工具22是接头或转换接头，井下工具24是钻头。

许多其它井下工具可被包括在钻柱14中。在其它实例中也可使用井下工具的不同的组合、排列方式和数量。因此，本发明的范围不限于井下工具的任何具体的类型、数量、排列方式或组合。

在以下进一步的描述中，井下工具24被用作实例来表明如何将本发明的原理应用于实际。但是应当清楚地理解，本发明的范围不限于制造钻头或任何其它具体类型的井下工具。任何井下工具(包括但不限于在井下作业时暴露在一个或多个磨蚀因素下的井下工具)均可受益于本发明的原理。

现在再参考图2，其代表性示出了井下工具24的按比例放大的视图。在该视图中，可以看到井下工具24是本领域技术人员已知类型的固定切削刃钻头。但是，在其它实例中也可使用其它类型的钻头(例如取芯钻头、“孕镶”钻头等)。

图2中示出的钻头包括多个向下和向外伸出的钻刃26。在每个钻刃上安装有多个用于切削到地层中的聚晶金刚石复合片(PDC)镶齿28。

钻刃26具有相对的表面30，这些相对表面暴露在不同的磨蚀因素下，磨蚀因素例如包括作为钻井作业的一部分的克服地层壁的刮擦、来自钻头中喷嘴32的钻井泥浆的磨料流动、克服地层的碰撞，等等。

能够保护钻刃26的表面30不受磨蚀会是有利的，无论磨蚀的原因或类型为何。能够提高钻头的抗磨蚀性，而不过度地增加钻头的制造成本、或过度地降低钻头的性能或效率，也会是有利的。

能够受益于以下描述的原理的钻头的附加部分包括内部流动通道34、36、38。这些流动通道34形成在喷嘴32中，在图6中示出的是流动通道36、38。这些通道34、36、38暴露在钻井泥浆的磨料流动下，并且能够受益于提高的抗磨蚀性。

节约成本、提升性能和效率、以及提高抗磨蚀性，可通过与在此描述的原理结合的某些实例来实现。但是，为了获得任何具体的益处或多个益处的结合，并非必须与本发明的范围一致。

例如，除了磨蚀之外，钻头和钻刃26还特别受到来自冲击和钻井振动等的高动力荷载。这样的荷载能够使冲击强度、延展性和韧性更为重要，并会限制用于钻刃支距(blade standoff)和厚度的材料的设计标准，从而不符合期望地减小多个钻刃26之间的排屑槽的面积。

钻刃26是钻头的外部特征，而流动通道34、36、38是钻头的内部特征。在以下进一步的说明中，会描述如何能够提高钻刃26的外表面30的抗磨蚀性的实例。但是，本发明的原理也能够被用来加强井下工具的多个特征，不论这些特征是内部的还是外部的。