[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

说明书

本发明公开了一种经设计以用于钻制井筒的井下钻井工具。所述钻井工具包括钻头主体，以及所述钻头主体的外部部分上的第一多个叶片和第二多个叶片。第一组轨道集合切割元件在所述第一多个叶片的外部部分上，且第二组轨道集合切割元件在所述第二多个叶片上。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，使得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相对于彼此力平衡。

技术领域

本公开涉及井下钻井工具，且更特定来说涉及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。

发明背景

可使用各种类型的井下钻井工具，包括(但不限于)旋转钻头、扩孔器、岩心钻头、稳定器和其它井下工具，在相关联井下地层中形成井筒。旋转钻头的实施例包括(但不限于)用以形成延伸穿过一个或多个井下地层的井筒的固定切割器钻头、刮刀钻头、多晶金刚石复合片(PDC)钻头、矩阵钻头、牙轮钻头、旋转锥体钻头和岩石钻头。与这些钻头相关联的切割动作一般需要与进入井下地层的邻近部分中的切割元件相关联的钻压(WOB)和旋转。

旋转钻头可以形成为具有从钻头主体延伸的若干叶片，其中叶片的外部部分上安置有切割元件。已使用各种技术和程序来选择用于在井下钻井工具上安装切割元件的位置。这些现有技术假定所有切割元件与大体上均匀的井下地层接合。然而，在典型钻井应用中，地层可大体上具有在地层的上部部分(例如，较浅的钻井深度)中的相对低的压缩强度以及在地层的下部部分(例如，较深的钻井深度)中的相对高的压缩强度。

附图说明

通过参考以下结合附图做出的描述可以获得各种实施方案及其优点的更完整且详尽的理解，在附图中相同参考标号指示相同特征，且其中：

图1说明根据本公开的一些实施方案的钻井系统的实施例实施方案的立面图；

图2A说明根据本公开的一些实施方案的以经常用以建模或设计钻头的方式向上定向的旋转钻头的等距视图；

图2B说明根据本公开的一些实施方案的示出图2A的旋转钻头钻制井筒穿过第一井下地层且进入邻近的第二井下地层的截面和立面示意图，其中若干部分被分解开；

图3A说明根据本公开的一些实施方案的用于井下钻井工具的钻头面的示意图，所述井下钻井工具包括用于多级力平衡所述井下钻井工具的两切割元件组；

图3B说明根据本公开的一些实施方案的图3A的井下钻井工具的钻头面型面的示意图；

图3C说明根据本公开的一些实施方案的用于井下钻井工具的钻头面的示意图，所述井下钻井工具包括用于多级力平衡所述井下钻井工具的三切割元件组；

图3D说明根据本公开的一些实施方案的图3C的井下钻井工具的钻头面型面的示意图；

图3E说明根据本公开的一些实施方案的用于井下钻井工具的钻头面的示意图，所述井下钻井工具包括用于多级力平衡所述井下钻井工具的四切割元件组；

图3F说明根据本公开的一些实施方案的图3E的井下钻井工具的钻头面型面的示意图；

图3G说明根据本公开的一些实施方案的用于井下钻井工具的钻头面的示意图，所述井下钻井工具包括用于多级力平衡所述井下钻井工具的五切割元件组；

图3H说明根据本公开的一些实施方案的图3G的井下钻井工具的钻头面型面的示意图；

图4A和4B说明根据本公开的一些实施方案的示出匹配主叶片、切割元件组、叶片组以及切割元件集合以用于井下钻井工具的多级力平衡的实施例的表；

图5说明根据本公开的一些实施方案的示出在多级力平衡井下钻井工具的设计期间主叶片、切割元件组、叶片组以及切割元件集合的优选匹配的实施例的表；