[发明专利]包括呈阶梯型面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：

钻头本体；

所述钻头本体的外侧部分上的第一多个叶片；

第一组切割元件，其位于所述第一多个叶片的外侧部分上；

所述钻头本体的外侧部分上的第二多个叶片；

第二组切割元件，其位于所述第二多个叶片的外侧部分上且相对于所述第一组切割元件下方暴露，所述第一和第二多个叶片以及所述第一和第二组切割元件彼此协作以形成复合钻头面型面，所述复合钻头面型面包括相应组的至少三个相邻切割元件；以及

所述至少三个相邻切割元件相对于彼此力平衡，且包括来自所述第一组切割元件的至少一个切割元件以及来自所述第二组切割元件的至少一个切割元件，

其中所述第二组切割元件中的所述切割元件中的每一个下方暴露不同的量，以使得所述复合钻头面型面为阶梯形的钻头面型面，由此所述井下钻井工具能够在钻井操作期间在所述井筒的井下末端处形成凹槽，且

其中所述第二组切割元件中的所述切割元件中的至少两个相对于所述井下钻井工具的旋转轴线具有相同的径向位置。

2.如权利要求1所述的井下钻井工具，其中：

所述第一组切割元件中的每一切割元件相对于彼此力平衡；且

所述第二组切割元件中的每一切割元件相对于彼此力平衡。

3.如权利要求1所述的井下钻井工具，其中所述第一组切割元件和所述第二组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，其中用于每一组的至少三个相邻切割元件的所述复合钻头面型面上的相应切割表面重叠30％与100％之间。

6.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的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，那么每一组的至少三个相邻切割元件力平衡。

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

8.如权利要求1所述的井下钻井工具，其中所述第一组切割元件与所述第二组切割元件之间的下方暴露在0.01英寸与0.15英寸之间。

9.如权利要求1所述的井下钻井工具，其还包括：

所述钻头本体的外侧部分上的第三多个叶片；

第三组切割元件，其位于所述第三多个叶片的外侧部分上且相对于所述第二组切割元件下方暴露，所述第一、第二和第三多个叶片以及所述第一、第二和第三组切割元件彼此协作以形成所述复合钻头面型面；以及

所述复合钻头面型面上的每一相应组的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。