專利名稱：具有一體化擴(kuò)孔器的孕鑲鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請案大致涉及鉆井中使用的鉆井方法和裝置。尤其，本申請案涉及具有一體化擴(kuò)孔器的鉆頭和制作及使用這種鉆頭的方法。
背景技術(shù)：
巖心鉆井(或巖心取樣)包括出于不同原因在不同深度下獲得地層樣品。例如，取回的巖心樣品可指示特定地層中存在或可能存在什么材料(諸如石油、貴金屬和其他所要材料)及其深度。在一些情況下，巖心取樣可給出材料和事件的地理時間線。因而，巖心取樣可幫助確定特定區(qū)域中進(jìn)一步勘探的必要性。繩索鉆井系統(tǒng)是一種用于取回巖心樣品的常見類型的鉆井系統(tǒng)。在繩索鉆井過程中，巖心鉆頭附接至外管或鉆桿的前沿。鉆柱隨后在外管被下放至更深入所要地層時，通過將組裝在一起的一系列鉆桿逐段附接而形成。巖心筒總成隨后被下放或泵入鉆柱。巖心鉆頭被旋轉(zhuǎn)、推動及/或振動至地層中，從而導(dǎo)致所要材料的樣品進(jìn)入巖心筒總成。一旦獲得巖心樣品，就使用繩索將巖心筒總成從鉆柱中取回。巖心樣品隨后可從巖心筒總成中移除。孕鑲鉆頭通常用于巖心取樣操作和其他鉆井操作(尤其在非常堅硬或磨蝕性巖層中)。孕鑲鉆頭通常含有分布在支撐基質(zhì)內(nèi)以形成冠部或切削區(qū)段的天然或合成金剛石。在鉆頭作業(yè)期間，冠部內(nèi)的金剛石隨支撐基質(zhì)被磨損掉而逐漸暴露，因此切削表面保持鋒利。孕鑲鉆頭可繼續(xù)高效切削直到工具的金剛石冠部或切削區(qū)段被耗盡。一旦被耗盡，鉆頭就變鈍且通常需要更換。耦合擴(kuò)孔器或擴(kuò)孔筒通常用于將巖心鉆頭附接至巖心管的末端。通常，擴(kuò)孔器被固定在巖心管的末端與巖心鉆頭之間。擴(kuò)孔器可通過將松散或不平坦材料從鉆孔壁上移除而維持鉆孔的所要直徑。擴(kuò)孔器還可幫助維持鉆孔中的鉆柱對齊，因?yàn)閿U(kuò)孔器通常具有類似鉆孔內(nèi)徑的外徑。一些傳統(tǒng)擴(kuò)孔器通常使用可放置為與鉆柱對準(zhǔn)的管制成。管可具有圍繞鋼管延伸的研磨襯墊或環(huán)以實(shí)現(xiàn)鉆柱的所要穩(wěn)定性及/或維持鉆孔的直徑。在鉆井作業(yè)期間，鉆頭和擴(kuò)孔器可因使用而變得受損或耗盡。受損或耗盡的鉆頭和/或擴(kuò)孔器的更換可能耗時、昂貴并且危險。例如，鉆頭和擴(kuò)孔器的更換通常需要將整個鉆柱從鉆孔中移出(或起鉆)。鉆柱的每段必須從鉆孔中連續(xù)移除。一旦鉆頭或擴(kuò)孔器被更換，整個鉆柱就必須逐段裝配且隨后下鉆回鉆孔中。取決于鉆孔的深度和所鉆材料的特性，此過程可能需要針對單個鉆孔重復(fù)多次。此外，傳統(tǒng)擴(kuò)孔器的長度通常達(dá)傳統(tǒng)巖心鉆頭的兩倍至五倍。因此，通常鉆柱將需要下鉆以更換鉆頭。此外，在鉆頭尚未耗盡時更換將鉆頭耦合至鉆柱的擴(kuò)孔器或在耦合擴(kuò)孔器尚未耗盡時更換鉆頭可能需要鉆頭與擴(kuò)孔器之間接合的制作和破壞，其可耗時、困難且可能危險。耦合至鉆頭的傳統(tǒng)擴(kuò)孔器因其單獨(dú)構(gòu)造而具有無襯墊或冠部的部分(例如，坯體或間隙)。這些坯體或間隙降低流速。巖屑可易于在這些低速區(qū)域中收集并且可切斷擴(kuò)孔器或鉆柄。如果這種情況發(fā)生，擴(kuò)孔器或鉆頭可能無法在不進(jìn)行通常非常耗時的特殊測量的情況下從孔中取回。通常，特殊測量需要透過鉆頭和/或擴(kuò)孔器鉆井。有時，材料無法被鉆出且鉆井人員需用大量成本和時間來轉(zhuǎn)移孔。當(dāng)更換鉆頭時，通常將檢查擴(kuò)孔器。在一些情況下，擴(kuò)孔器在鉆頭完井之前磨損掉且無法被鉆井人員檢測到。如果這種情況發(fā)生，那么在安裝新鉆頭和擴(kuò)孔器時，鉆柱無法行進(jìn)。歸因于新鉆頭和/或擴(kuò)孔器的較大尺寸，孔通常必須重鉆以針對使用磨損擴(kuò)孔器期間的深度增大其直徑。這被稱作擴(kuò)至孔底。傳統(tǒng)擴(kuò)孔器和鉆頭構(gòu)造使用這兩個組件與桿柱末端之間的螺紋接合。此接合可具有較小剛性，其接著降低桿柱末端的方向穩(wěn)定性。接合還可引入鉆頭與擴(kuò)孔器之間的同心度誤差。同心度誤差可產(chǎn)生彎曲，導(dǎo)致鉆柱的振動并且降低鉆柱的方向穩(wěn)定性。在破裂條件中，通常增加表面加硬層以延長鉆頭坯體和鉆頭擴(kuò)孔器的壽命。表面加硬層防止低速區(qū)的磨損。增加表面加硬層給鉆頭和擴(kuò)孔器的制造帶來大成本。因此，在傳統(tǒng)擴(kuò)孔器和鉆頭中存在許多可解決的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式用可提供減少的鉆柱起下鉆來更換零件的鉆具、系統(tǒng)和方法克服本領(lǐng)域的一個或多個問題。例如，本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式包括具有鉆頭和一體化擴(kuò)孔器的鉆具。這些單體鉆具可提高鉆井效率和速度，同時也增強(qiáng)鉆井作業(yè)的安全性。例如，鉆具的一個實(shí)施方式可包括具有第一末端及相對第二末端的單體柄。鉆具在柄的第一末端上還可包括用于將柄固定至鉆柱組件的接頭。此外，鉆頭冠部可固定至柄的第二末端且擴(kuò)孔器可固定在柄上。此外，巖心鉆井系統(tǒng)的實(shí)施方式可包括鉆柱和固定至鉆柱末端的鉆具。鉆具可包括具有第一末端和第二相對末端的單體柄。柄的第一末端可固定至鉆柱末端。環(huán)形鉆頭冠部可固定至柄的第二末端。此外，擴(kuò)孔器可在柄的第一末端與第二末端之間固定至柄。除上文以外，一種根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的巖心鉆井方法可涉及將單體鉆具的第一末端固定至鉆柱。方法還可涉及將鉆柱推進(jìn)至地層中。在鉆柱被推進(jìn)至地層中時，單體鉆具的第二末端上的鉆頭冠部可在地層中切削出一個孔。此外，單體鉆具上的擴(kuò)孔器可維持孔的直徑。方法還可涉及通過破壞單體鉆具的第一末端與鉆柱之間的單個接合而將鉆柱從地層中起鉆并且將單體鉆具從鉆柱中移除。本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的附加特征和優(yōu)點(diǎn)將在下文描述中說明并且部分可從描述中了解或可通過實(shí)踐這些示例性實(shí)施方式而獲悉。這些實(shí)施方式的特征和優(yōu)點(diǎn)可通過隨附權(quán)利要求中特別指定的儀器和組合實(shí)現(xiàn)和獲得。這些和其他特征將從下文描述和隨附權(quán)利要求中更全面了解或可通過根據(jù)下文說明實(shí)踐這些示例性實(shí)施方式而獲悉。


為了描述可獲得本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點(diǎn)和特征的方式，上文簡述的本發(fā)明的更具體描述將通過參考具體實(shí)施方案而提出，所述具體實(shí)施方案示于附圖中。應(yīng)當(dāng)注意附圖并未按比例繪制且為說明的目的在所有附圖中類似結(jié)構(gòu)或功能的元件大致由相同參考數(shù)字表示。在了解這些附圖僅描繪本發(fā)明的典型實(shí)施方案并且因此不被視作限制其范圍的情況下，將通過使用附圖而更具體和詳細(xì)地描述和說明本發(fā)明，其中:
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的包括孕鑲冠部和一體化擴(kuò)孔器的巖心鉆井工具的透視圖；圖2示出沿著圖1的線2-2取得的圖1巖心鉆井工具的橫截面圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的圖1巖心鉆井工具的透視圖，其中擴(kuò)孔器包括銷；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施方式的包括孕鑲冠部和一體化擴(kuò)孔器的巖心鉆井工具的透視圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施方式的包括孕鑲冠部和一體化擴(kuò)孔器的巖心鉆井工具的透視圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施方式的包括孕鑲冠部和一體化擴(kuò)孔器的巖心鉆井工具的透視圖；和圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的包括孕鑲冠部和一體化擴(kuò)孔器的鉆具的鉆井系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式涉及可提供減少的鉆柱起下鉆以更換零件的鉆井工具、系統(tǒng)和方法。例如，本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式包括具有鉆頭和一體化擴(kuò)孔器的鉆具。這些單體鉆具可提高鉆井效率和速度，同時也增強(qiáng)鉆井作業(yè)者的安全性。除上文以外，本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式的鉆具的孕鑲鉆頭和一體化擴(kuò)孔器可構(gòu)造有大致相等的鉆井壽命。大致相等的切削壽命可使鉆頭冠部和擴(kuò)孔器大致同時耗盡。因此，允許鉆井操作者同時更換鉆頭冠部和擴(kuò)孔器。此外，鉆井操作者可通過破壞以及制作鉆具與鉆柱之間的單個接合而更換孕鑲冠部和一體化擴(kuò)孔器。應(yīng)了解，這與傳統(tǒng)擴(kuò)孔器形成對比，所述傳統(tǒng)擴(kuò)孔器需要破壞以及制作擴(kuò)孔器與鉆柱之間的第一接合和擴(kuò)孔器與鉆頭之間的第二接合。因此，具有一個或多個實(shí)施方式的一體化擴(kuò)孔器的孕鑲鉆頭可允許減少的鉆柱起下鉆及減少的接合破壞和制作。因而，本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式可減小鉆井時間和開支，而同時增強(qiáng)安全性。例如，圖1和圖2示出包括孕鑲鉆頭102和一體化擴(kuò)孔器104的鉆具100的透視圖和側(cè)截面圖。如圖1和圖2所示，鉆具100可包括鉆頭冠部或切削截面103、擴(kuò)孔器104、柄106和接頭108。尤其，鉆具100可包括單個或單體結(jié)構(gòu)(S卩，擴(kuò)孔器104和鉆頭102直接附接至單體柄106)。換句話說，鉆具100可包括在第一末端105上具有接頭108的柄106和固定至相對第二末端107的鉆頭冠部103。此外，擴(kuò)孔器104可沿著柄106定位在接頭108與鉆頭冠部103之間或換句話說柄106的第一末端105與第二末端107之間。圖2示出擴(kuò)孔器104和鉆頭102是兩個單獨(dú)件。在替代實(shí)施方式中，擴(kuò)孔器104和鉆頭102可包括滲入為單件的單個組件。如上所述，鉆頭冠部103和擴(kuò)孔器104可構(gòu)造有大致相等切削壽命。例如，鉆頭冠部103可構(gòu)造有延長高度使得鉆頭冠部103和擴(kuò)孔器104將大致同時需要更換。尤其，鉆頭冠部103可包括一排或多排偏移的封閉流體槽114，其允許增大的高度和大致等于擴(kuò)孔器104的延長的鉆井壽命?；蛘呋虼送?，鉆頭冠部103的成分可被定制來提供所需強(qiáng)度特性(即，歸因于增大或減小的基質(zhì)強(qiáng)度的磨耗速率)使得鉆頭冠部103具有大致等于擴(kuò)孔器104鉆井壽命的鉆井壽命。尤其,擴(kuò)孔器104的鉆井壽命可等于或大于鉆頭冠部壽命103,其可防止倒擴(kuò)至孔底。此外，這可有利，因?yàn)殂@井人員通常只能確認(rèn)鉆頭冠部103使用壽命何時結(jié)束而非擴(kuò)孔器104使用壽命何時結(jié)束。依據(jù)本文公開內(nèi)容應(yīng)了解具有構(gòu)造有大致相等切削壽命的鉆頭冠部103和擴(kuò)孔器104的鉆具100可提供許多好處。例如，鉆具100只需要從鉆孔中起鉆一次來更換鉆頭102或鉆頭冠部103和擴(kuò)孔器104。換句話說，使用者無需將鉆柱起鉆來更換鉆頭且隨后再次將鉆柱起鉆來更換擴(kuò)孔器。鉆柱起鉆的減少可降低鉆井效率和安全性并且減小鉆井時間和成本。除上文以外，只需破壞單個接合來更換鉆頭冠部103和擴(kuò)孔器104。在一個或多個實(shí)施方式中，鉆具100可具有增大的長度。尤其，鉆具100可具有大致等于傳統(tǒng)鉆頭和擴(kuò)孔筒的長度。因此，鉆具100可取代傳統(tǒng)鉆頭和擴(kuò)孔筒。例如，如圖2所示，在一個或多個實(shí)施方式中，鉆具100的總長度可大約為鉆頭冠部103高度的6倍。在替代實(shí)施方式中，鉆具100的總長度可大約為鉆頭冠部103高度的3、4、5或大于6倍。應(yīng)了解一體化擴(kuò)孔器104可通過免除鉆頭102與擴(kuò)孔器104之間的螺紋連接而為鉆具100提供增大的強(qiáng)度和耐用性。此外，鉆具100可降低制造商和最終使用者的存放和裝運(yùn)要求，因?yàn)殂@具100可取代傳統(tǒng)鉆頭和傳統(tǒng)擴(kuò)孔器。因此，鉆具100可降低作業(yè)成本。此夕卜，鉆具100可通過免除單獨(dú)擴(kuò)孔器和相關(guān)的兩個螺固作業(yè)和熔爐作業(yè)而降低制造成本。此外，包括孕鑲鉆頭102和一體化擴(kuò)孔器104的鉆具100還可增強(qiáng)安全性。例如，鉆頭與擴(kuò)孔筒之間的接合通常是鉆柱中最緊的。因此，破壞這個接合可能因破壞接合所需的力而耗時及危險。因此，通過免除鉆頭102與擴(kuò)孔器104之間的接合，鉆具100可免除與破壞這樣一種接合相關(guān)的危險。圖1和圖2進(jìn)一步示出在一個或多個實(shí)施方式中，擴(kuò)孔器104可在鉆頭冠部103正后方定位在柄106上。依據(jù)本文公開內(nèi)容應(yīng)了解，擴(kuò)孔器104在鉆頭冠部103正后方的位置可提供許多好處。例如，擴(kuò)孔器104在鉆頭冠部103正后方的位置可減小孔偏斜并且允許鉆出更直的孔以及另外幫助將鉆頭冠部103維持在所要鉆井路徑上。因此，鉆具100可通過減少或免除對鉆孔測量和校正的需要而提高鉆井效率和產(chǎn)量。此外，擴(kuò)孔器104在鉆頭冠部103正后方的位置可減少或免除鉆桿在研磨/破裂件中的斷裂以及背襯粉末在鉆頭冠部103中的磨耗?；蛘呋虼送?，擴(kuò)孔器104在鉆頭102正后方的定位可免除有時施加來試圖和防止坯體斷裂的表面加硬層的使用。此外，擴(kuò)孔器104還可在鉆井的同時減小鉆頭冠部103的振動，其可提高鉆井效率。在替代的實(shí)施方式中，擴(kuò)孔器104可與鉆頭冠部103底部間隔一距離。例如，在一個或多個實(shí)施方式中，擴(kuò)孔器104可定位為鄰近鉆具100的第一末端105。在其他實(shí)施方式中，擴(kuò)孔器104可在第一末端105與鉆頭冠部103之間大致定位在柄106中心。在附加實(shí)施方式中，擴(kuò)孔器104可沿著柄106的整個長度從鉆頭冠部103延伸至第一末端105?，F(xiàn)將描述圖1和圖2的鉆頭冠部103和擴(kuò)孔器104的許多特定特征。作為基本事項(xiàng)，本文所述的鉆具可用于切削石頭、地下礦層、陶瓷、浙青、混凝土和其他硬材料。這些鉆具可包括例如巖心取樣鉆頭、刮刀型鉆頭、牙輪鉆頭、擴(kuò)孔器、穩(wěn)定器、套管或桿靴等。為便于描述，下文所包括的附圖和相應(yīng)文本說明孕鑲、巖心取樣鉆頭及使用這些鉆頭的方法的實(shí)例。但是依據(jù)本文公開內(nèi)容應(yīng)了解本發(fā)明的系統(tǒng)、方法和設(shè)備可結(jié)合其他鉆井工具使用，諸如上文所述的鉆井工具。
圖1和圖2還示出鉆具100可界定圍繞其中心軸用于接收巖心樣品的內(nèi)部空間。因此，柄106、擴(kuò)孔器104和鉆頭冠部103都可具有大致環(huán)形形狀。因此，所鉆材料的碎片可穿過鉆具100的內(nèi)部空間并且向上穿過附接鉆柱。鉆具100可為任意大小且因此可用于收集任意大小的巖心樣品。雖然鉆具100可具有任意直徑且可用于移除和收集具有任意非所要直徑的巖心樣品，但是在一些實(shí)施方式中鉆具100的直徑范圍可從大約I英寸至大約12英寸。此外，雖然鉆具100的割縫(即，外表面118的半徑減去內(nèi)表面116的半徑)可為任意寬度，但是根據(jù)一些實(shí)施方式，割縫范圍可從大約1/4英寸至大約6英寸。鉆頭冠部103可被構(gòu)造來在鉆井過程期間對所要材料進(jìn)行切削或鉆孔。尤其，鉆具100的鉆頭冠部103可包括切削面109。切削面109可被構(gòu)·造來在鉆具100被旋轉(zhuǎn)并且推進(jìn)至地層中時對材料進(jìn)行鉆孔或切削。如圖1和圖2所示，在一個或多個實(shí)施方式中，切削面109可包括大致軸向遠(yuǎn)離切削面109延伸的多個突出物110。突出物110可幫助允許新鉆具100的快速啟用。在替代的實(shí)施方式中，切削面109可能不包括突出物110或可能包括用于協(xié)助鉆井過程的其他特征，諸如例如徑向槽。切削面109還可包括水路，諸如美國專利第7，628，288號 ’第7，828，090號 ’第7，918，288號；第7，958，954號；第7，909，119號；第7，874，384號和美國專利申請公開案第2011-0031027號和第2010-0089660號所公開的流體凹口或流體槽。每個上述專利和專利申請案的內(nèi)容全文以引用的方式并入本文中。水路可允許鉆井流體或其他潤滑物質(zhì)跨切削面109流動以幫助在鉆井期間提供冷卻。例如，圖1示出鉆頭冠部103可包括在大致軸向方向上從切削面109延伸至鉆具100的鉆頭冠部103中的多個凹口 112。此外，凹口 112可從鉆頭冠部103的內(nèi)表面116延伸至鉆頭冠部103的外表面118。作為水路，凹口 112可允許鉆井流體從鉆頭冠部103的內(nèi)表面116流動至鉆頭冠部103的外表面118。因此，凹口112可允許鉆井流體將切屑和巖屑從內(nèi)表面116沖到鉆具100的外表面118，并且還為切削面109提供冷卻。鉆頭冠部103可具有任意數(shù)量的凹口 112，其提供所要數(shù)量的流體/巖屑流并且還允許鉆頭冠部103維持所需結(jié)構(gòu)完整性。例如，圖1和圖2示出鉆具100包括三個凹口112。依據(jù)本文公開內(nèi)容應(yīng)了解本發(fā)明不限于此。在附加實(shí)施方式中，鉆具100可取決于所要構(gòu)造和待鉆地層而不包括凹口 112、包括一個凹口 112或多達(dá)20個或更多凹口 112。此夕卜，凹口 112可圍繞鉆頭冠部103的圓周均勻或不均勻間隔。例如，圖1和圖2描繪圍繞鉆頭冠部103的圓周彼此均勻間隔的三個凹口 112。但是，在替代實(shí)施方式中，凹口 112可錯開或另外不均勻間隔。除凹口 112以外，鉆具可任選地包括如上所述的多個封閉槽114。應(yīng)了解，當(dāng)鉆頭冠部103因鉆井而磨耗時，凹口 112可磨損掉。隨著磨耗繼續(xù)，封閉槽114可變?yōu)楸┞对谇邢髅?09上且隨后因此變?yōu)榘伎凇?yīng)了解鉆具100的構(gòu)造因此可允許鉆頭冠部103的縱向尺寸延伸和延長而不顯著減小鉆具100的結(jié)構(gòu)完整性。鉆頭冠部103的延伸縱向尺寸可允許鉆具100持續(xù)更長時間并且具有實(shí)質(zhì)等于擴(kuò)孔器104的鉆井壽命。尤其，圖1和圖2示出鉆頭冠部103可包括從切削面109朝向鉆具100的柄106延伸一距離的多個封閉槽114。此外，封閉槽114可從鉆頭冠部103的內(nèi)表面116延伸至鉆頭冠部103的外表面118。作為水路，封閉槽114可允許鉆井流體從鉆頭冠部103的內(nèi)表面116流動至鉆頭冠部103的外表面118。因此，封閉槽114可允許鉆井流體將切屑和碎屑從鉆具100的內(nèi)表面116沖到外表面118，并且還為切削面109提供冷卻。鉆頭冠部103可具有任意數(shù)量的封閉槽114，其提供所要數(shù)量的流體/巖屑流或冠部縱向尺寸，同時還允許鉆頭冠部103在維持所需結(jié)構(gòu)完整性的同時具有所要鉆井壽命。例如，圖1和圖2示出鉆具100包括六個凹口 114。依據(jù)本文公開內(nèi)容應(yīng)了解本發(fā)明不限于此。在附加實(shí)施方式中，鉆具100可取決于所要構(gòu)造和待鉆地層而不包括封閉槽、包括一個封閉槽或多達(dá)20個或更多個封閉槽。此外，封閉槽114可圍繞鉆頭冠部103的圓周均勻或不均勻地間隔。例如，圖1和圖2描繪圍繞鉆頭冠部103的圓周彼此均勻間隔的封閉槽114。但是，在替代實(shí)施方式中，封閉槽114可錯開或另外不均勻間隔。封閉槽114和凹口 112可具有允許其根據(jù)期望作業(yè)的任意形狀且形狀可取決于鉆具100所需的特性或待鉆地層的特性而改變。例如，圖1和圖2示出可具有梯形形狀的凹口 112和封閉槽114。但是，在替代實(shí)施方式中，凹口 112和封閉槽114可具有正方形、三角形、圓形、矩形、多邊形或橢圓形形狀或其任意組合。此外，雖然附圖示出凹口 112和封閉槽114具有類似形狀，但是在替代實(shí)施方式中，凹口 112的形狀可與封閉槽114的形狀不同。除凹口 112和封閉槽114外，鉆頭冠部103可包括可進(jìn)一步協(xié)助引導(dǎo)鉆井流體或其他潤滑物質(zhì)至切削面109或?qū)⑵鋸你@頭冠部103的內(nèi)表面引導(dǎo)至外表面的附加特征。例如，圖1至圖2示出鉆具100可包括徑向延伸至鉆頭冠部103中的的多個凹槽122、124。尤其，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，鉆具100可包括從內(nèi)表面116朝向外表面118徑向延伸的多個內(nèi)凹槽122。多個內(nèi)凹槽122可幫助沿著鉆具100的內(nèi)表面116將鉆井流體從柄102朝向切削面109引導(dǎo)。如圖1至圖2所示，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，內(nèi)凹槽122可沿著鉆頭冠部103的內(nèi)表面116從柄102軸向延伸至凹口 112。因此，內(nèi)凹槽122可幫助將鉆井流體引導(dǎo)至凹口 112。在替代實(shí)施方式中，內(nèi)凹槽122可從柄102延伸至切削面109或甚至沿著柄106延伸。圖1至圖2還示出在一些實(shí)施方式中，鉆具100可包括多個外凹槽124。外凹槽124可從鉆頭冠部103的外表面118朝向內(nèi)表面116徑向延伸。多個外凹槽124可幫助沿著鉆具100的外表面118將鉆井流體從凹口 112朝向柄106引導(dǎo)。如圖1至圖2所示，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，外凹槽124可沿著外表面118從凹口 112軸向延伸至擴(kuò)孔器104。類似于凹口 112和封閉槽114，鉆具100的一個或多個實(shí)施方式可能不包括內(nèi)凹槽122或外凹槽124。或者，鉆具100可能包括內(nèi)凹槽122但不包括外凹槽124。在其他實(shí)施方式中，鉆具100可能包括外凹槽124但不包括內(nèi)凹槽122。如圖1所示，在一個或多個實(shí)施方式中，一體化擴(kuò)孔器104可包括由溝槽132分開的突起襯墊130。溝槽132可與鉆頭冠部103的外凹槽124對齊。因此，溝槽132可允許鉆井流體將來自外凹槽124的切屑和巖屑推離鉆頭冠部103底部。因此，一體化擴(kuò)孔器104可減少或防止來自在鉆頭冠部103底部磨損柄106的切屑和巖屑。換句話說，一體化擴(kuò)孔器104可通過提供增大的將切屑沖離鉆頭冠部103底部而減少或免除研磨和破裂條件中鉆柄的斷裂。如圖1所示，在一個或多個實(shí)施方式中，溝槽132可包括錐形使得其大小隨其在遠(yuǎn)離鉆頭冠部103朝向第一末端105延伸而增大。錐形可通過增大鉆頭冠部103底部鉆井流體的速度以及提供增大的切屑沖洗而充當(dāng)噴嘴。在替代實(shí)施方式中，溝槽132可能是線性的并且不包括錐形。在其他實(shí)施方式中，每個溝槽132的兩側(cè)包括錐形。
此外，在一個或多個實(shí)施方式中，襯墊130可具有螺旋構(gòu)造。換句話說，襯墊130可沿著柄106軸向以及圍繞柄106徑向延伸。襯墊130的螺旋構(gòu)造可提供增大的與鉆孔的接觸、增大的穩(wěn)定性和減小的振動。在替代實(shí)施方式中，襯墊130可具有線性而非螺旋構(gòu)造。在這些實(shí)施方式中，襯墊130可沿著柄106軸向延伸。此外,在一個或多個實(shí)施方式中，襯墊130可包括錐形前沿以協(xié)助沿著鉆孔向下移動擴(kuò)孔器104。如上所述，柄106可被構(gòu)造來將鉆具100固定至鉆柱組件，諸如巖心筒。例如，柄106可包括美國石油協(xié)會(API)螺紋連接108部分或其他特征以協(xié)助附接至鉆柱組件。舉例來說且非限制，柄部106可由鋼、另一種基于鐵的合金或展現(xiàn)可接受的物理性質(zhì)的任意其他材料形成。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，本發(fā)明鉆具100的鉆頭冠部103可由一個層或多層制成。例如，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，鉆頭冠部103可包括兩層。尤其，鉆頭冠部103可包括執(zhí)行鉆井作業(yè)的基質(zhì)層和將基質(zhì)層連接到柄106的背襯層。在這些實(shí)施方式中，基質(zhì)層可含有研磨并且磨耗所鉆材料的研磨切削介質(zhì)。依據(jù)本文公開內(nèi)容應(yīng)了解定位在鉆頭冠部103正后方的一體化擴(kuò)孔器104可減小背襯層的必要大小和用于形成背襯層的背襯粉末的數(shù)量。此外，一體化擴(kuò)孔器104可減小使外凹槽124延伸穿過背襯層或進(jìn)入柄106所需的背襯層或柄106的加工量。在一個或多個實(shí)施方式中，鉆頭冠部103可由硬顆粒材料的基質(zhì)形成，諸如例如金屬。依據(jù)本文公開內(nèi)容應(yīng)了解，硬顆粒材料可包括粉末材料，諸如例如粉末金屬或合金，以及陶瓷化合物。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，硬顆粒材料可包括碳化鎢。如本文中所使用，術(shù)語“碳化鎢”意指含有鎢和碳的化學(xué)化合物的任意材料成分，諸如，例如wc、W2C以及WC和W2C的組合。因此，碳化鎢包括例如鑄造碳化鎢、燒結(jié)碳化鎢和粗晶鎢。根據(jù)本發(fā)明的附加或替代實(shí)施方式，硬顆粒材料可包括碳化物、鎢、鐵、鈷和/或鑰及其碳化物、硼化物、合金或任意其他適當(dāng)材料。如上所述及如圖2所示,鉆頭冠部103還可包括分散遍及硬顆粒材料的多個研磨切削介質(zhì)140。研磨切削介質(zhì)可包括一種或多種天然金剛石、合成金剛石、多晶金剛石或熱穩(wěn)定金剛石產(chǎn)品、氧化鋁、碳化硅、氮化硅、碳化鎢、立方體氮化硼、氧化鋁、加晶種或未加晶種溶膠-凝膠氧化鋁或任意適當(dāng)材料。此外，圖2示出研磨切削介質(zhì)140可分散遍及鉆頭冠部103的至少一部分(即，切削面109與柄106之間的鉆頭冠部103部分)。換句話說，研磨切削介質(zhì)140可在切削面109上內(nèi)嵌在鉆頭冠部103內(nèi)以及切削面109之后。本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式的鉆具中所使用的研磨切削介質(zhì)可具有任意所要特性或特性的組合。例如，研磨切削介質(zhì)可為任意大小、形狀、紋理、質(zhì)量、粒度、濃度等。在一些實(shí)施方案中，研磨切削介質(zhì)可非常小及實(shí)質(zhì)圓形以在被鉆頭冠部103切削的材料上留下光滑面層。在其他實(shí)施方案中，切削介質(zhì)可較大以大規(guī)模切削至所鉆材料或地層中。研磨切削介質(zhì)可均質(zhì)或非均質(zhì)分散遍及鉆頭冠部103。此外，研磨切削介質(zhì)可以特定方式對準(zhǔn)從而在相對于鉆頭冠部103的有利位置上提供介質(zhì)的鉆井性質(zhì)。類似地，研磨切削介質(zhì)可根據(jù)特定用途的需要而以多種密度包含在鉆頭冠部103中。例如，進(jìn)一步分隔開的大研磨切削介質(zhì)可比緊實(shí)充填在一起的小研磨切削介質(zhì)更快速地切削材料。因此，依據(jù)本文公開內(nèi)容應(yīng)了解可依據(jù)鉆具100的所要成本和性能而以多種組合提供研磨切削介質(zhì)的大小、密度和形狀。
例如，鉆頭冠部103可制作為任意所要規(guī)格或被賦予任意所要特性。以此方式，鉆頭冠部103可被定制為擁有用于對特定材料鉆孔的最佳特性。例如，硬耐磨基質(zhì)可被制作來對軟、研磨、非膠結(jié)地層鉆孔而軟延性基質(zhì)可被制作來對極硬、非研磨、膠結(jié)地層鉆孔。以此方式，基質(zhì)硬度可匹配至特定地層，允許基質(zhì)層按受控、所要速率磨耗并且具有實(shí)質(zhì)等于一體化擴(kuò)孔器104的鉆井。當(dāng)基質(zhì)磨耗時，新研磨切削介質(zhì)140可連續(xù)暴露在切削面109上。因此，基質(zhì)的磨耗可在切削面109上提供連續(xù)鋒利研磨切削介質(zhì)140直到鉆頭冠部103被耗盡。如上所述，在一個或多個實(shí)施方式中，鉆頭冠部103的成分可被定制來為鉆頭冠部104提供大致等于擴(kuò)孔器104鉆井壽命的鉆井壽命。例如，鉆頭冠部104可包括粘合材料。粘合劑可包括銅、鋅、銀、鑰、鎳、鈷、錫、錳、硅、鐵、其混合物和合金或其他適當(dāng)材料。粘合材料可將研磨切削介質(zhì)140和基質(zhì)粘合在一起。粘合材料可針對增大或減小的強(qiáng)度而定制以定制鉆頭冠部104將在鉆井期間磨耗的便利。在一個或多個實(shí)施方式中，粘合材料可被定制來為鉆頭冠部103提供大致等于擴(kuò)孔器104鉆井壽命的鉆井壽命。此外，在一個或多個實(shí)施方式中，鉆頭冠部103可任選地包括多個纖維142，諸如美國專利第7，695，542號所述的纖維，其全文以引用的方式并入本文中。在本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式中，纖維142可幫助控制基質(zhì)磨耗的速率及因此鉆頭冠部103的鉆井壽命。當(dāng)然，在替代實(shí)施方式中，鉆頭冠部103可能不包括纖維。纖維142可具有不同的形狀或其組合，諸如(例如)帶狀、圓柱形、多邊形、橢圓形、筆直、彎曲、卷曲、盤繞、按角度彎曲等。孕鑲鉆頭102的鉆頭冠部103中的纖維142可為任意大小或大小組合，包括不同大小的混合物。鉆頭冠部103中的纖維142大小可被定制來控制鉆頭冠部103的磨耗速率及因此鉆井壽命。在一個或多個實(shí)施方式中，鉆頭冠部103中纖維142的大小可被定制來為鉆頭冠部103提供大致等于擴(kuò)孔器104鉆井壽命的鉆井壽命。纖維142可包括一種或多種碳纖維、金屬纖維(例如，由鎢、碳化鎢、鐵、鑰、鈷或其組合物制成的纖維)、玻璃纖維、聚合纖維(例如，由凱夫拉爾(Kevlar)制成的纖維)、陶瓷纖維(例如，由碳化硅制成的纖維)、涂層纖維和/或類似纖維。圖2示出纖維142可分散在鉆頭冠部103的切削面109上。此外，圖2示出纖維142可分散遍及冠體的至少一部分(即，切削面109與柄106之間的鉆頭冠部103的部分)。換句話說，纖維142可在切削面109上以及切削面109之后內(nèi)嵌在鉆頭冠部103內(nèi)。纖維142可分散遍及鉆頭冠部103的至少一部分。例如，圖2示出纖維142實(shí)質(zhì)分散遍及整個鉆頭冠部103。在替代實(shí)施方式中，纖維142可僅分散遍及鉆頭冠部103的一部分。例如，在一些實(shí)施方式中，纖維142可僅分散在鉆頭冠部102的部分中從而定制鉆頭冠部103的鉆井壽命。在任何情況下，鉆頭冠部103中纖維142的位置可被定制來控制鉆頭冠部103的磨耗速率及因此鉆井壽命。在一個或多個實(shí)施方式中，纖維142在鉆頭冠部103中的位置可被定制來為鉆頭冠部103提供大致等于擴(kuò)孔器104鉆井壽命的鉆井壽命。如圖3所示，纖維142可以無組織配置配置在鉆頭冠部103中。在附加實(shí)施方式中，纖維142可隨機(jī)分散在鉆頭冠部103內(nèi)。因此，在本發(fā)明的至少一個實(shí)施方式中，纖維142未配置為相對彼此的特定對齊或切削面109中。
在任何情況下，如圖2所示，纖維142可均質(zhì)分散遍及鉆頭冠部103。在替代實(shí)施方式中，纖維142可非均質(zhì)分散遍及鉆頭冠部103。例如，在一些實(shí)施方式中，纖維142的濃度可根據(jù)需要在鉆頭冠部103的任意部分內(nèi)變化以定制鉆頭冠部103的鉆井壽命。尤其，鉆頭冠部103可包括纖維142的梯度。例如，最靠近孕鑲鉆頭102的切削面109的鉆頭冠部103的部分可含有第一濃度的纖維142且纖維142的濃度可朝向柄106逐漸減小或增大。在任何情況下，鉆頭冠部103中纖維142的濃度可被定制來控制鉆頭冠部103的磨耗速率及因此鉆井壽命。在一個或多個實(shí)施方式中，纖維142在鉆頭冠部103中的濃度可被定制來為鉆頭冠部103提供大致等于擴(kuò)孔器104鉆井壽命的鉆井壽命。
類似于鉆頭冠部103，在一些實(shí)施方式中，一體化擴(kuò)孔器104可由硬顆粒材料的基質(zhì)形成，諸如例如金屬。依據(jù)本文公開內(nèi)容應(yīng)了解擴(kuò)孔器104的硬顆粒材料可包括上文結(jié)合鉆頭冠部103的硬顆粒材料所述的任意材料。如圖2所示，一體化擴(kuò)孔器104還可包括分散遍及硬顆粒材料的多個研磨切削介質(zhì)140。擴(kuò)孔器104的研磨切削介質(zhì)140可包括上文結(jié)合鉆頭冠部103的研磨切削介質(zhì)140所述的任意材料。如圖3所示，或者或此外，一體化擴(kuò)孔器104的襯墊130可包括一個或多個銷143。在一個或多個實(shí)施方式中，銷143可沿著襯墊130的前沿和/或后沿定位。銷143可由碳化鎢、熱穩(wěn)定金剛石或其他研磨材料形成，諸如上文結(jié)合研磨切削介質(zhì)所述的材料。銷143可幫助保護(hù)襯墊130的度量并且延長一體化擴(kuò)孔器104的切削壽命。因此，銷143的數(shù)量和放置可被定制來控制一體化擴(kuò)孔器104的鉆井壽命使得一體化擴(kuò)孔器104具有實(shí)質(zhì)等于鉆頭冠部104的鉆井壽命。依據(jù)本文公開內(nèi)容應(yīng)了解一體化擴(kuò)孔器104可包括任意數(shù)量的不同構(gòu)造。例如，圖4示出具有一體化擴(kuò)孔器104a的鉆具IOOa的另一個實(shí)施方式，所述一體化擴(kuò)孔器104a具有延長的長度。鉆具IOOa可包括類似于鉆具100的鉆頭冠部103和柄106。但是，如圖4所述，一體化擴(kuò)孔器104a可具有增大長度。一體化擴(kuò)孔器104的增大長度可提供增大的穩(wěn)定性并且進(jìn)一步幫助穩(wěn)定鉆頭冠部103。此外，如通過比較圖1和圖4所示，本發(fā)明的一體化擴(kuò)孔器的襯墊130a和溝槽132a不限于任意特定數(shù)量、大小、形狀或布局。因此，圖4示出連接到兩個外凹槽124的更寬溝槽132a。更寬溝槽可幫助補(bǔ)償由襯墊130a的增大長度形成的附加曳力。在一些實(shí)施方式中，一體化擴(kuò)孔器104可能不包括襯墊130。例如，圖5示出包括一體化擴(kuò)孔器104b的鉆具100b，所述一體化擴(kuò)孔器104b包括拉刀而非襯墊。拉刀可包括多個條狀物150。在一些實(shí)施方式中，條狀物150可成弧形且非如圖5所示的完全半球形。拉刀可減小一體化擴(kuò)孔器在鉆孔上的接觸，從而減小曳力。此外，拉刀可提供增大的水流且因此可能特別適于較軟地層。上文所示及所述的實(shí)施方式已包括單個一體化擴(kuò)孔器。但是，依據(jù)本文公開內(nèi)容應(yīng)了解本發(fā)明不限于此。例如，圖6示出包括定位為鄰近鉆頭冠部103的第一一體化擴(kuò)孔器104和定位為鄰近接頭108的第二一體化擴(kuò)孔器104c的鉆具100c。第二一體化擴(kuò)孔器104c可提供附加穩(wěn)定性給鉆具IOOc及固定至接頭108的鉆柱組件。第二一體化擴(kuò)孔器104c可包括類似于第體化擴(kuò)孔器104的構(gòu)造?；蛘?，圖6不出第二一體化擴(kuò)孔器104c在大小、形狀、長度、研磨材料或其他構(gòu)造中的一種或多種上與第--體化擴(kuò)孔器104不同。應(yīng)了解根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的具有定制切削部的鉆具可與幾乎任意類型的鉆井系統(tǒng)一起使用以執(zhí)行不同鉆井作業(yè)。例如，圖7和相應(yīng)文本圖示或描述可與本發(fā)明的鉆具一起使用的一個這種鉆井系統(tǒng)。但是，應(yīng)了解圖7所示和描述的鉆井系統(tǒng)只是本發(fā)明的鉆具可結(jié)合使用的系統(tǒng)的一個實(shí)例。例如，圖7示出包括鉆頭152的鉆井系統(tǒng)150。鉆頭152可耦合至井架154，所述井架154接著耦合至鉆機(jī)156。鉆頭152可構(gòu)造成具有耦合至其上的一個或多個管狀構(gòu)件158。管狀構(gòu)件可包括但不限于鉆桿、管套和潛孔錘。為方便參考，管狀構(gòu)件158將在下文中描述為鉆柱組件。鉆柱組件158接著可耦合至附加鉆柱組件158以形成鉆柱或工具柱160。接著，鉆柱160可耦合至包括鉆頭102和一體化擴(kuò)孔器104的鉆具100，諸如上述鉆具100、100b、100c。如上所述，鉆具100可被構(gòu)造成與待鉆材料170或地層介接。在至少一個實(shí)例中，圖7所示的鉆頭152可被構(gòu)造來在鉆井過程期間旋轉(zhuǎn)鉆柱160。尤其，鉆頭152可改變鉆頭152旋轉(zhuǎn)的速度。例如，鉆頭152傳遞給鉆柱160的鉆頭鉆速和\或轉(zhuǎn)矩可根據(jù)鉆井過程而根據(jù)需要選擇。此外，鉆井系統(tǒng)150可被構(gòu)造來應(yīng)用大致縱向向下力至鉆柱160以在鉆井作業(yè)期間推動鉆具760進(jìn)入地層170。例如，鉆井系統(tǒng)150可包括如上所述被構(gòu)造來相對于井架154移動滑橇總成以施加大致縱向力至鉆具100的鏈條驅(qū)動總成。如本文中所使用，術(shù)語“縱向”意指沿著鉆柱160的長度。此外，如本文中所使用，術(shù)語“上”、“頂部”和“之上”以及“下”和“之下”指的是鉆柱160上的縱向位置。術(shù)語“上”、“頂部”和“之上”指的是更靠近鉆頭152的位置，且“下”和“之下”指的是更靠近鉆具100的位置。因此，依據(jù)本文公開內(nèi)容應(yīng)了解本發(fā)明的鉆具可用于本領(lǐng)域已知的任何目的。例如，鉆具100可附接至鉆柱160的末端，所述末端接著連接至鉆井機(jī)或鉆機(jī)156。當(dāng)鉆柱160及因此鉆具100由鉆井機(jī)156旋轉(zhuǎn)和推動時，鉆頭760可將所鉆地下巖層170中的材料磨掉。被鉆掉的巖心樣本可從鉆柱160中取出。鉆具100的鉆頭冠部103和擴(kuò)孔器104可因研磨動作而隨時間磨耗。這個過程可繼續(xù)直到鉆頭冠部103和擴(kuò)孔器104的切削部被耗盡且鉆柱160隨后可從鉆孔中起鉆且鉆具100被更換。在一個或多個實(shí)施方式中，鉆頭冠部103和擴(kuò)孔器104可被構(gòu)造成大致同時耗盡或另外需要更換。本發(fā)明的實(shí)施方式還包括形成具有一體化擴(kuò)孔器的鉆具的方法。下文描述至少一種形成具有一體化擴(kuò)孔器104、104a、104b、104c的鉆具100、100a、IOObUOOc的方法。當(dāng)然，作為基本事項(xiàng)，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)了解詳細(xì)說明的方法可修改以使用本發(fā)明的一個或多個組件安裝多種構(gòu)造。作為基本事項(xiàng)，如本文中所使用的術(shù)語“滲入(infiltration)”或“滲入(infiltrating)”涉及熔化粘合材料以及導(dǎo)致熔化的粘合劑滲透并且填充基質(zhì)的空間或孔。在冷卻時，粘合劑可固化，將基質(zhì)粒子粘合在一起。如本文中所使用的術(shù)語“燒結(jié)”意指移除粒子之間的孔的至少一部分(其可伴隨收縮)，結(jié)合鄰近粒子之間的聚結(jié)和接合。一種本發(fā)明的方法可包括形成鉆頭冠部103。形成鉆頭冠部103可包括提供硬顆粒材料和研磨切削介質(zhì)104的基質(zhì)，諸如上述硬顆粒材料和研磨切削介質(zhì)材料。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，硬顆粒材料可包括粉末混合物。方法還可涉及使基質(zhì)受壓或另外成形為所要形式。例如，方法可涉及使基質(zhì)形成為環(huán)形鉆頭冠部103的形狀。在一個或多個其他實(shí)施方式中，方法還可包括使多個纖維142分散遍及基質(zhì)的至少一部分。尤其，方法可包括使纖維隨機(jī)或以無組織配置分散遍及基質(zhì)。方法隨后可用粘合劑滲入基質(zhì)。粘合劑可包括銅、鋅、銀、鑰、鎳、鈷、錫、錳、硅、鐵、其混合物和合金或其他適當(dāng)材料。粘合劑可冷卻從而粘合至基質(zhì)(硬顆粒材料和研磨切削介質(zhì))，從而將基質(zhì)粘合在一起。本發(fā)明的另一種方法通常包括通過提供基質(zhì)和用基質(zhì)填充模具而形成鉆頭冠部103。模具可由一種粘合材料無法明顯粘合的材料(諸如例如石墨或碳)形成。方法隨后可涉及通過重力和/或振動稠化基質(zhì)。方法隨后可涉及用包括上述一種或多種上述材料的粘合劑滲入基質(zhì)。粘合劑可冷卻從而粘合至基質(zhì)(硬顆粒材料和研磨切削介質(zhì))，從而將基質(zhì)粘合在一起。在基質(zhì)滲入之后、之后或同時，一種或多種本發(fā)明的方法可包括將基質(zhì)燒結(jié)為所要密度。由于燒結(jié)涉及結(jié)構(gòu)內(nèi)孔隙的稠化和移除，所燒結(jié)結(jié)構(gòu)可在燒結(jié)過程期間收縮。結(jié)構(gòu)在燒結(jié)期間可經(jīng)歷介于1%與40%之間的線性收縮。因此，在設(shè)計工具(模具(mold)、模具(die)等)或加工具有未完全燒結(jié)的結(jié)構(gòu)時可能需要考慮和考量尺寸收縮。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，滲入過程的時間和/或溫度可增加以允許粘合劑充滿大量及更多基質(zhì)的孔隙。這可同時在燒結(jié)期間減小收縮并且增大所得鉆具的強(qiáng)度。方法可涉及將鉆頭冠部103固定至柄106。尤其，在一個或多個實(shí)施方式中，背襯層可用于將鉆頭冠部103固定至柄106。一旦鉆頭冠部103已固定至柄106,或之前或同時，方法可涉及將擴(kuò)孔器104、104a、104b、104c固定至柄106。在一個或多個實(shí)施方式中，擴(kuò)孔器104、104a、104b、104c可鑄造至柄106上?；蛘?，取決于擴(kuò)孔器104、104a、104b、104c的成分，擴(kuò)孔器104、104a、104b、104c可融合或焊接至柄106。在其他實(shí)施方式中，鉆頭冠部103和擴(kuò)孔器104、104a、104b、104c可在單個熔爐步驟中固定至柄106。除上文以外，本發(fā)明的實(shí)施方式還包括使用具有一體化擴(kuò)孔器的鉆具的鉆井方法。下文描述使用上述一個或多個鉆具100、100a、100b、IOOc的至少一種巖心鉆井方法。當(dāng)然，作為基本事項(xiàng)，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)了解詳細(xì)說明的方法可修改以使用本發(fā)明的一個或多個組件安裝多種構(gòu)造。例如，一種巖心鉆井方法可涉及將單體鉆具100、100a、100b、IOOc的第一末端105固定至鉆柱160。例如，方法可涉及將接頭108螺固至鉆柱160上。方法還可涉及將鉆柱160推進(jìn)至地層170中，由此單體鉆具100、100a、100b、IOOc第二末端上的鉆頭冠部130可在地層170中切削出一個孔。此外，單體鉆具100、100a、100b、IOOc上的擴(kuò)孔器104、104a、104b、104c可維持孔的直徑。方法還可包括使用繩索將巖心樣品從鉆柱160中取出。方法還可涉及在鉆頭冠部103和擴(kuò)孔器104、104a、104b、104c耗盡時將鉆柱160從地層170中起鉆。如上所述，鉆頭冠部103可在鉆井期間磨損掉使得鉆頭冠部103的鉆井壽命和擴(kuò)孔器104、104a、104b、104c的鉆井壽命大致相等。方法還可涉及通過破壞單體鉆具100、100a、100b、IOOc的第一末端105與鉆柱160之間的單個接合而將單體鉆具100、100a、100b、IOOc從鉆柱160中移除。本發(fā)明因此可具體體現(xiàn)為其他具體形式而不脫離其精神或基本特性。所述實(shí)施方案應(yīng)在所有方面僅被視作說明性且非限制性。本發(fā)明的范圍因此由所述權(quán)利要求而非上文描述指示。在權(quán)利要求等效物的意義和范圍內(nèi)的所有變化應(yīng)涵蓋在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鉆具，其包括: 單體柄，其具有第一末端及相對的第二末端； 接頭，其在所述柄的所述第一末端上用于將所述柄固定至鉆柱組件； 鉆頭冠部，其固定至所述柄的所述第二末端；和 擴(kuò)孔器，其固定在所述柄上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆具，其中所述鉆頭冠部具有大致等于所述擴(kuò)孔器切削壽命的切削壽命。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆具，其中所述擴(kuò)孔器固定在所述接頭與所述鉆頭冠部之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆具，其中鉆頭冠部孕鑲研磨切削介質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆具，其中所述擴(kuò)孔器固定為鄰近所述鉆頭冠部的底座。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆具，其還包括鄰近所述接頭固定在所述柄上的第二擴(kuò)孔器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆具，其還包括沿著所述鉆頭冠部的外表面延伸的外凹槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鉆具，其中所述擴(kuò)孔器包括由溝槽分開的襯墊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆具，其中所述溝槽包括錐形使得所述溝槽的寬度隨其遠(yuǎn)離所述鉆頭冠部延伸而增大。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆具，其中所述溝槽與所述外凹槽對齊。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆具，其中所述鉆頭冠部包括巖心鉆頭。
12.一種巖心鉆井系統(tǒng),其包括: 鉆柱； 鉆具，其固定至所述鉆柱的末端，所述鉆具包括: 單體柄，其具有第一末端和第二相對末端，其中所述柄的所述第一末端固定至所述鉆柱的所述末端， 環(huán)形鉆頭冠部，其固定至所述柄的所述第二末端；和 擴(kuò)孔器，其在所述柄的所述第一末端與所述第二末端之間固定至所述柄。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的巖心鉆井系統(tǒng)，所述鉆頭冠部包括: 基質(zhì)；和 多個研磨切削介質(zhì)，其分散在所述基質(zhì)內(nèi)； 其中所述基質(zhì)適于磨損掉以連續(xù)暴露研磨切削介質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的巖心鉆井系統(tǒng)，其中所述鉆頭冠部具有大致等于所述擴(kuò)孔器切削壽命的切削壽命。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的巖心鉆井系統(tǒng)，其中所述鉆頭冠部的高度被定制來為所述鉆頭冠部提供大致等于所述擴(kuò)孔器切削壽命的切削壽命。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的巖心鉆井系統(tǒng)，其還包括分散在所述基質(zhì)內(nèi)的多個纖維，其中所述纖維的尺寸和濃度的一個或多個為所述鉆頭冠部提供大致等于所述擴(kuò)孔器切削壽命的切削壽命。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的巖心鉆井系統(tǒng)，其還包括沿著所述鉆頭冠部的外表面延伸的外凹槽。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的巖心鉆井系統(tǒng)，其中所述擴(kuò)孔器包括由溝槽分開的襯墊。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的巖心鉆井系統(tǒng)，其中所述溝槽包括錐形使得所述溝槽的寬度隨其遠(yuǎn)離所述鉆頭冠部延伸而增大。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的巖心鉆井系統(tǒng)，其中所述溝槽與所述外凹槽對齊。
21.一種巖心鉆井方法,其包括: 將單體鉆具的第一末端固定至鉆柱； 將所述鉆柱推進(jìn)至地層中，由此所述單體鉆具的第二末端上的鉆頭冠部在所述地層中切削出一個孔及由此所述單體鉆具上的擴(kuò)孔器維持所述孔的直徑； 將所述鉆柱從所述地層中起鉆； 通過破壞所述單體鉆具的所述第一末端與所述鉆柱之間的單個接合而將所述單體鉆具從所述鉆柱中移除。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的巖心鉆井方法，其中所述鉆頭冠部在鉆井期間磨損掉使得所述鉆頭冠部的鉆井壽命和所述擴(kuò)孔器的鉆井壽命大致相等。
23.根據(jù) 權(quán)利要求21所述的巖心鉆井方法，其還包括使用繩索將巖心樣品從所述鉆柱中取出。
全文摘要
鉆具包括鉆頭冠部和一體化擴(kuò)孔器。所述鉆頭冠部和所述一體化擴(kuò)孔器可構(gòu)造有大致相等的鉆井壽命。所述鉆頭冠部可孕鑲研磨切削介質(zhì)并且包括一個或多個外凹槽。所述一體化擴(kuò)孔器可定位在所述鉆頭冠部底部并且包括與一個或多個所述外凹槽對齊的一個或多個溝槽。所述溝槽可成錐形使得其寬度隨其遠(yuǎn)離所述鉆頭冠部延伸而增大。
文檔編號E21B10/02GK103097642SQ201180043597
公開日2013年5月8日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者科迪·A·皮爾斯, 克里斯蒂安·M·蘭貝特, 邁克爾·D·魯普 申請人:長年Tm公司