[发明专利]力自平衡钻头

说明书

发明背景

本公开涉及用于在地层中钻探井筒的钻头，并且更具体地，涉及具有可移动切割结构的钻头。

钻头可用来在地层中通过使钻头绕纵向轴线旋转来钻探井筒。钻头通常包括处于切割结构(例如，刀片、牙轮、圆盘)上的切割元件(例如，固定刀具、铣钢齿、碳化物插入件)。在钻头旋转期间，切割元件和切割结构通过对地层的各部分进行剪切、压裂、粉碎或者组合进行剪切、压裂、粉碎来在地下地层中形成井筒。在同一钻头上不同位置处的切割结构在它们与地层相互作用时暴露于不同的负载下。

附图简述

图1是示例性井系统的示意性部分截面图。

图2是示例性钻头的示意性透视图。

图3A是示例性钻头的示意性部分端视图。

图3B是示例性钻头的示意性部分端视图。

图4A和图4B是示例性钻头的示意性部分截面侧视图。

在各图中，类似的参考符号指示类似的元件。

具体实施方式

图1是示例性井系统10的示意性部分截面图，所述井系统10通常包括大致圆柱形井筒12，所述大致圆柱形井筒12从表面16处的井口14向下延伸到地面中从而进入一个或多个感兴趣的地下区(示出一个感兴趣的地下区18)。地下区18可以对应于由井系统10进入的单一地层、地层的一部分或多于一种地层，并且给定的井系统10可以进入一个或多于一个地下区18。在井筒12的一些或全部被钻探之后，井筒12的从井口14延伸到地下区18的部分与管件(称为套管20)的长度对齐。所描绘的井系统10是垂直井，并且井筒12从地面16大致垂直地延伸至地下区18。然而，本文中的概念适用于井的许多其他不同构型，包括水平井、倾斜井或以其他方式偏斜的井以及具有从入口井偏斜的支腿的多分支井。

钻柱22被示出为已经从地面16下放到井筒12中。在一些实例中，钻柱22是端对端耦接在一起的一系列联结长度的管件和/或连续的(即，不是联结的)复绕管件。钻柱22包括一个或多个井工具，包括井底总成24。井底总成24可例如包括钻头。在所示实例中，井筒12正在被钻探。井筒12可被分段钻探，并且可将套管20安装在各段之间。

图2是示例性钻头100的示意性透视图，所述示例性钻头100可以用于图1的井系统10的井底总成24中。示例性钻头100包括钻头主体组件102，所述钻头主体组件102具有处于钻头主体组件102的一个纵向端上的销端104，处于钻头主体组件102的与销端104相对的另一个纵向端上的钻探端106以及中心钻头主体轴线A-A。所述中心钻头主体轴线A-A通过钻头主体组件102的中心限定中心纵向轴线。钻头100在钻探时绕中心钻头主体轴线A-A旋转。在一些实例中，销端104是凸形的并且具有螺纹以与钻柱管件端处的凹形箱配合。钻头主体组件102包括处于钻头主体组件102内的液压回路(如在下文结合图4A和图4B进一步描述)。示例性钻头100包括位于刀片110上的呈刀具112形式的可单独移动的切割元件108，所述可单独移动的切割元件108由钻头主体组件102承载，可(大致或直接地)平行于中心钻头主体轴线A-A移动并且由液压回路中的流体支撑。在图2的示例性钻头100中，切割元件108(即，刀片110的刀具112)可沿着中心钻头主体轴线A-A纵向移动。刀片110从钻头主体组件102的钻探端106向前纵向延伸，并且刀具112部分地嵌入在刀片110中。尽管图2将切割元件108描绘为位于刀片110上的刀具112，但是切割元件108可以包括另外的或不同的特征部和部件。例如，切割元件108可以包括位于滚柱牙轮、圆盘和/或其他切割结构上的由钻头主体组件102承载并且由液压回路中的流体支撑或不由所述流体支撑的铣齿、PDC插入件、碳化物插入件和/或其他。切割元件108绕中心钻头主体轴线A-A对称地布置在示例性钻头100的钻探端106上。在一些实例中，切割元件108绕中心钻头主体轴线A-A不对称地布置在钻头100上。