[发明专利]包括呈轨道集合配置的切割元件的多级力平衡井下钻井工具

权利要求书

1.一种经设计以形成井筒的井下钻井工具，其包括：

钻头主体；

所述钻头主体的外部部分上的第一多个叶片；

所述第一多个叶片的外部部分上的第一组轨道集合切割元件；

所述钻头主体的外部部分上的第二多个叶片；

所述第二多个叶片的外部部分上的第二组轨道集合切割元件，所述第一和第二多个叶片以及所述第一组和第二组轨道集合切割元件彼此协作以形成复合钻头面型面；以及

所述复合钻头面型面上的每一相应组至少三个相邻切割元件，所述至少三个相邻切割元件相对于彼此力平衡，并且包括至少一个来自所述第一组轨道集合切割元件中的切割元件和至少一个来自所述第二组轨道集合切割元件中的切割元件；

其中所述第二组轨道集合切割元件相对于所述第一组轨道集合切割元件下方暴露，在钻头型面上形成阶梯型面，从而在钻井操作期间在所述井筒的底部或末端处形成凹槽并增强钻头的稳定性。

2.如权利要求1所述的井下钻井工具，其中：

所述第一组轨道集合切割元件中的切割元件中的每一个相对于彼此力平衡；且

所述第二组轨道集合切割元件中的切割元件中的每一个相对于彼此力平衡。

3.如权利要求1所述的井下钻井工具，其中所述第一组轨道集合切割元件和所述第二组轨道集合切割元件相对于彼此力平衡。

4.如权利要求1所述的井下钻井工具，其中所述第一和第二组轨道集合切割元件中的所有切割元件相对于彼此力平衡。

5.如权利要求1所述的井下钻井工具，其中：

所述第一多个叶片包括主要叶片；且

所述第二多个叶片包括次要叶片。

6.如权利要求1所述的井下钻井工具，其中用于每一组至少三个相邻切割元件的所述钻头面型面上的相应切割表面重叠30％与100％之间。

7.如权利要求1所述的井下钻井工具，其中如果与所述至少三个连续相邻切割元件相关联的钻头不平衡力的量值小于与相应组相邻切割元件中的每一切割元件相关联的最大钻头不平衡力，那么每一组至少三个相邻切割元件力平衡。

8.如权利要求1所述的井下钻井工具，其中每一相应组相邻切割元件包括三个或四个相邻切割元件。

9.一种经设计以形成井筒的井下钻井工具，其包括：

钻头主体；

所述钻头主体的外部部分上的第一多个叶片；

所述第一多个叶片的外部部分上的一组单集合切割元件；

所述钻头主体的外部部分上的第二多个叶片；

所述第二多个叶片的外部部分上的一组轨道集合切割元件，所述第一和第二多个叶片、所述一组单集合切割元件以及所述一组轨道集合切割元件彼此协作以形成复合钻头面型面；以及

所述复合钻头面型面上的每一相应组至少三个相邻切割元件，所述至少三个相邻切割元件相对于彼此力平衡，并且包括至少一个来自所述一组单集合切割元件中的切割元件和至少一个来自所述一组轨道集合切割元件中的切割元件；

其中所述一组轨道集合切割元件相对于所述一组单集合切割元件下方暴露，在钻头型面上形成阶梯型面，从而在钻井操作期间在所述井筒的底部或末端处形成凹槽并增强钻头的稳定性。

10.如权利要求9所述的井下钻井工具，其中：

所述一组单集合切割元件中的切割元件中的每一个相对于彼此力平衡；且

所述一组轨道集合切割元件中的切割元件中的每一个相对于彼此力平衡。

11.如权利要求9所述的井下钻井工具，其中所述一组单集合切割元件和所述一组轨道集合切割元件相对于彼此力平衡。

12.如权利要求9所述的井下钻井工具，其中所述一组单集合切割元件和所述一组轨道集合切割元件中的所有切割元件相对于彼此力平衡。