[发明专利]具有冲洗功能的钻头和使用该钻头的系统

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求提交于2013年11月20日的美国专利申请第14/085,242号的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于在地层中形成孔的钻头，并且更具体地讲涉及用于在地层中形成孔的全断面钻头。

背景技术

现有钻头通常具有中心排水沟和一系列提供钻头侧面和中心排水沟之间流体连通的通道(无直接定位于钻头切削面的通道)。需要中心排水沟来允许去除钻头的整个表面上方的切屑。现有的这些钻头不允许水直接流过钻头的切削面。切削面缺水则导致切屑去除率下降，从而导致切削面的磨损增加。此外，缺乏水流还可最小化地在钻头高速旋转运行过程中从切削面去除热。这些熟知的钻头设计还与相对较低的渗透率和减小的接触应力测量值相关联。

因此，在相关技术中，需要向钻头切削面更高效提供高速流体流并去除源自切削面的热量的钻头。在相关技术中，还需要与普通钻头相比提供更高的切屑去除率和渗透率的钻头。

发明内容

本文描述了用于在地层中形成孔的钻头。钻头具有纵向轴线，柄和全断面齿冠。全断面齿冠具有切削面和外表面。全断面齿冠和柄配合以限定围绕纵向轴线的内部空间。内部空间可被配置为在钻头使用过程中接纳水或其他钻液。

在一个方面，全断面齿冠可限定多个从切削面延伸至内部空间的孔。全断面齿冠可完全周向地包围内部空间。在示例性方面，全断面齿冠不具有在全断面齿冠的外表面和内部空间之间径向延伸的排水沟。任选地，全断面齿冠的外表面可限定朝向纵向轴线径向向内延伸的多条通道。还描述了使用钻头在地层中形成孔的系统。

在另一方面，全断面齿冠可限定在全断面齿冠外表面的切削面内延伸的狭槽，所述狭槽被配置为允许所需岩心样本的断裂和喷出。在示例性方面，与内部空间和增压钻液连通的导管可被定位为与所限定的狭槽的一部分连通，使得在钻孔过程中所需量的钻液可被传送至狭槽。

本发明的其他优点将在下面部分地阐明，部分地从该描述中将显而易见，或可以通过本发明的实践而获知。通过在所附权利要求书中特别指出的要素和组合，可实现和获得本发明的优点。应当理解，上述一般描述和以下详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对如受权利要求书所保护的本发明进行限制。

附图说明

本发明的优选实施例的这些和其他特征在参照附图的详细描述中将变得更加显而易见，其中：

图1是如本文所公开的示例性钻头的顶部透视图。

图2A是如本文所公开的示例性钻头的第二实施例的顶部透视图。图2B是图2A的钻头的底部透视图。

图3是如本文所公开的图2A的钻头的俯视图。

图4是沿如本文所公开的图3的线4-4截取的钻头的剖视图。

图5是如本文所公开的示例性钻头的第二实施例的顶部透视图。

图6是如本文所公开的具有凸形切削面的示例性钻头的透视图。

图7是如本文所公开的具有延伸至狭槽内的中心凸起的示例性钻头的顶部透视图。

图8是如本文所公开的示例性钻头的第三实施例的顶部透视图。

图9是如本文所公开的示例性钻头的第四实施例的顶部部分透明的透视图。如图所示，多个耐磨构件部分地嵌入至限定钻头狭槽的底面和侧面的部分。嵌入至底面和侧面的耐磨构件的部分以虚线的方式示出，而从底面和侧面延伸的多个耐磨构件的部分以实线的方式示出。

图10是具有如本文公开的钻头的钻孔系统的示意图。

图11A是如本文所公开的示例性钻头的第五实施例的顶部平面图。图11B是沿图11A的线11B-11B截取的钻头的剖视图。如图所示，钻头的狭槽的底部表面相对于钻头的纵向轴线的角度可有所变化。

图12是如本文所公开的示例性钻头的第五实施例的顶部透视图。如图所示，钻头的狭槽的底部表面相对于限定狭槽的侧壁的角度可有所变化。因此，如本文进一步公开的，钻头的狭槽的底部表面可具有复合曲率。

具体实施方式

通过参照以下详细说明、实例、附图和权利要求及其以上和以下的说明可更加容易地理解本发明。然而，在公开并描述本发明装置、系统和/或方法之前，应当理解，除非另有指明，本发明并不局限于所公开的具体装置、系统和/或方法，因为此类具体装置、系统和/或方法理所当然可能会发生变化。也应当了解本文所用的术语仅是为了描述特定方面，而不旨在进行限制。