在硬質(zhì)和磨蝕性巖層中具有改進(jìn)功能特性的鉆孔器的制造方法
【專利說明】在硬質(zhì)和磨蝕性巖層中具有改進(jìn)功能特性的鉆孔器
[0001]交互參考
[0002]本申請要求來自在2012年8月14日提交的美國非臨時申請N0.13/585，555、和在2013年8月7日提交的美國部分繼續(xù)申請N0.13/961,660的優(yōu)先權(quán)，這兩個申請的全部內(nèi)容通過參考結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開涉及用于對井孔(所述井孔用以由烴類材料穿過而抽取之)進(jìn)行鉆削的鉆孔器的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0004]井底組件(Bottom Hole Assemblies, BHA)是鉆具組的部分。具體地說，井底組件典型地指鉆具組的下部部分，該下部部分從鉆頭延伸到鉆桿。在一些構(gòu)造中，井底組件可以包括鉆孔器。鉆孔器可以沿著井孔跟隨鉆頭，并且可以用來增大井孔(該井孔最初由鉆頭鉆削)的直徑。
[0005]已有的一些傳統(tǒng)鉆孔器設(shè)計(jì)成與鉆頭相匹配，傳統(tǒng)鉆孔器與這些鉆頭成對。一般而言，這種匹配包括:依據(jù)尺寸、直徑和/或后傾角，將在鉆孔器上布置的刀具的構(gòu)造與在相匹配的鉆頭上使用的刀具以物理方式相匹配；并且/或者試圖使鉆孔器的操作特性與鉆頭的操作特性相匹配，從而鉆孔器和鉆頭對于轉(zhuǎn)速和/或在鉆頭上的重力的變化將相同地作用。本文使用的術(shù)語“匹配”意味著成對和一起工作，以呈現(xiàn)可預(yù)測的行為和后果。
[0006]然而，在操作期間，使各操作特性相匹配的嘗試可能被證明是無效的，因?yàn)殂@頭和鉆孔器串聯(lián)穿過不同的巖層行進(jìn)，按不同速率并且/或者按不同方式經(jīng)歷磨損，和/或經(jīng)歷引起誤匹配操作的其它現(xiàn)象。在鉆頭和鉆孔器的操作特性之間的這些誤對準(zhǔn)的源可能成為振動源，這些振動源除引起鉆頭和/或鉆孔器的失效之外，還可能引起昂貴得多的井下工具(如記錄、成像、及旋轉(zhuǎn)可控系統(tǒng))的失效。另外，這些動態(tài)條件會造成更短和更慢的運(yùn)行，這些些問題又會迫使進(jìn)行多次往返，并且增加操作成本。對于在硬質(zhì)和/或磨蝕性巖層中、以及深度也已經(jīng)變得更深的情況，這些失效對于項(xiàng)目成本具有顯著的影響。為了降低這些成本，業(yè)內(nèi)研宄人員已經(jīng)將重點(diǎn)放在旨在解決這些問題的解決方案上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本公開的一個方面涉及一種鉆孔器，這種鉆孔器構(gòu)造成用以形成井孔，該井孔用于抽出烴類材料。鉆孔器包括縱向本體和一個或更多個鉆孔器塊，所述一個或更多個鉆孔器塊能夠從沿縱向貫穿鉆孔器的轉(zhuǎn)動軸線延伸、并且能夠向所述轉(zhuǎn)動軸線收縮。每一個鉆孔器塊帶有多個刀具，這些刀具構(gòu)造成用以接合巖層。
[0008]在給定鉆孔器塊上，刀具可以按多排布置。在各排上的刀具可以與鉆孔器塊輪廓大致垂直地布置，或者按離開垂直的傾斜角度布置。在任何所述塊上的各排可以彼此大致平行地布置。各排可以包括首排、尾排和/或其它排。在首排中的刀具中的一個或更多個設(shè)計(jì)參數(shù)的值可以與沿鉆孔器塊在尾排中的刀具中的一個或更多個參數(shù)的設(shè)計(jì)條件不同。
[0009]例如，首排可以包括第一刀具，該第一刀具沿一輪廓位置布置，該輪廓位置至少部分地與第二刀具(該第二刀具包括在同一塊的尾排中)的輪廓位置相重疊。在另一些情況下，特定排的第一刀具可以與在不同塊上的首或尾排中的另一個刀具部分地重疊。另外，在特定排上的第一刀具可以具有與在不同排(該不同排可以位于相同或不同塊中)上的第二刀具的全體重疊或包納度。第一刀具的尺寸、直徑和/或形狀中的一個或更多個可以與第二刀具的不同。相對于第二刀具的第一刀具的更大尺寸可以指從鉆孔器塊的外表面的更大延伸度、橫截面面積或菱形面積或體積中的一個或更多個。相對于第二刀具的第一刀具的不同形狀可以包括幾何橫截面形狀的差別。更大直徑可以指沿主軸線的直徑。這些刀具可以具有不同的幾何橫截面形狀，如圓形、橢圓形、卵形刀具和/或其它幾何形狀。第一刀具和第二刀具可以具有共同幾何橫截面形狀，但可以具有不同幾何參數(shù)。例如，第一刀具和第二刀具可以具有不同半徑、在對稱軸線中的不同定向、不同數(shù)量的對稱軸線、不同焦點(diǎn)、不同焦距、不同偏心率和/或彼此不同的其它幾何參數(shù)。相對于第二刀具的第一刀具的不同形狀可以包括相對于側(cè)部的刀具的正面的不同角度。在這樣的第一和第二刀具描述中的刀具之一的后傾角和/或橫向前角可以是不同的。第一或第二刀具可以具有共同或不同的徑向位置，所述第一或第二刀具如以上描述的那樣，并且具有不同尺寸、直徑、幾何形狀、后傾角和/或其它參數(shù)。
[0010]第一刀具和第二刀具(和/或在首排、尾排和/或其它排中的其它重疊刀具)的尺寸、形狀、直徑和/或其它參數(shù)的差別，沿鉆孔器塊的輪廓的同一截面可以具有不同特性或性質(zhì)。例如，第一刀具和第二刀具可以具有不同的磨蝕能力以及沖擊能力。早先述及的設(shè)計(jì)參數(shù)將建立不同水平的效率和/或侵蝕性，由此導(dǎo)致不同的功能特性。
[0011]在鉆孔器塊上設(shè)置的多個刀具可以包括井孔刀具打開組、井孔刀具保持組和/或其它刀具組。鉆孔器塊和刀具打開組可以形成為使得刀具打開組與周圍巖層的接合將原始井孔的直徑打開到所需的井孔直徑，該原始井孔由鉆頭鉆削，該鉆頭位于BHA的端部處。井孔刀具保持組可以設(shè)置在鉆孔器塊的不同位置處，并且沿縱向遠(yuǎn)離刀具打開組。井孔刀具保持組的切削刀片(當(dāng)鉆孔器充分打開時)與最終井孔尺寸(期望鉆孔器打開到該最終井孔尺寸)共享共同徑向位置。井孔打開和刀具保持組(在鉆孔器塊的各排上展開)可以形成為使得刀具保持組與周圍巖層的接合將井孔的直徑保持。在刀具打開組中的刀具的尺寸、直徑和/或形狀(和/或其它參數(shù))中的一個或更多個可以構(gòu)造成使得刀具打開組比刀具保持組更耐受磨損。這種所述構(gòu)造在某些情況下，基于被鉆削的巖層的可鉆削特性(在沖擊和/或磨蝕方面)，可以顛倒。
[0012]這里公開的系統(tǒng)和/或方法的這些和其它目的、特征、及特性、以及操作方法和相關(guān)結(jié)構(gòu)元素的功能和零件的組合和制造經(jīng)濟(jì)性，在參照附圖而考慮如下描述和所附權(quán)利要求書時將更為顯明，這些附圖的全部形成本說明書的一部分，其中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記在各個圖中指示相應(yīng)的部分。然而，要特別理解的是，附圖僅用于說明和描述的目的，并非作為本發(fā)明的界限的定義。在說明書中和在權(quán)利要求書中使用的單數(shù)形式“一”及“該”包括多個提及物，除非上下文清楚地指示相反。
【附圖說明】
[0013]圖1示出一種井底組件，該井底組件構(gòu)造成用以挖掘井孔截面。
[0014]圖2示出一種鉆孔器的塊和刀具。
[0015]圖3示出一種鉆孔器的塊和刀具。
[0016]圖4示出用以設(shè)計(jì)和/或組裝不同鉆孔器類型的方法。
[0017]圖5示出用以設(shè)計(jì)和/或組裝不同鉆孔器類型的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1示出一種井底組件10，該井底組件10構(gòu)造成用以挖掘井孔截面12。井孔截面12從套管14向井底布置，該套管14具有第一直徑。井孔在一些實(shí)施方式中是用于石油化學(xué)材料(例如，流體、和/或其它材料)的抽取，該井孔包括井孔截面12和套管14。井底組件10構(gòu)造成用以挖掘巖層以形成井孔截面12。井底組件10連接到地面上，并且在井孔截面12中由鉆桿16轉(zhuǎn)動。井底組件10構(gòu)造成用以增強(qiáng)傳統(tǒng)井底組件的效率、有效性、彈性、強(qiáng)度和/或其它方面。井底組件10可以包括鉆頭18、鉆孔器20和/或其它元件。
[0019]鉆頭18布置在鉆桿16的遠(yuǎn)側(cè)(或“底部”)端部處。鉆頭18構(gòu)造成，隨