鉆井工具和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種鉆井設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)切割工具，所述旋轉(zhuǎn)切割工具具有近端和遠(yuǎn)端并且進(jìn)一步限定大體上在所述近端和所述遠(yuǎn)端之間延伸的旋轉(zhuǎn)軸線。所述旋轉(zhuǎn)切割工具包括位于所述近端和所述遠(yuǎn)端之間的且主要面向近端方向的朝向近端的面。所述旋轉(zhuǎn)切割工具還包括在所述朝向近端的面和所述近端之間延伸的傾斜安裝面。所述傾斜安裝面相對于所述朝向近端的面和所述旋轉(zhuǎn)軸傾斜，其中安裝孔和安裝突出件中的一個被設(shè)置在所述朝向近端的面上。所述安裝孔和所述安裝突出件中的一個具有大致在所述旋轉(zhuǎn)軸的方向上延伸的安裝深度。所述遠(yuǎn)端包括構(gòu)造為用于切割和磨削中的至少一個的特征部。
【專利說明】鉆井工具和設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明總體上涉及一種地下鉆井裝備。更具體地，本發(fā)明涉及一種適用于被安裝在鉆具組的端部的鉆頭和探測儀殼體。

【背景技術(shù)】
[0002]地下鉆井系統(tǒng)經(jīng)常使用旋轉(zhuǎn)鉆井工具以在地層中形成一個鉆孔。旋轉(zhuǎn)鉆井工具典型地被安裝在包括多個端對端地串接在一起的鉆桿(例如，鉆管)的鉆具組的遠(yuǎn)端。鉆具組將來自近端驅(qū)動機(jī)構(gòu)(例如，地上驅(qū)動機(jī)構(gòu))的推力和轉(zhuǎn)矩傳遞到旋轉(zhuǎn)鉆井工具。以此方式，鉆具組被用于圍繞鉆具組的縱軸線旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)鉆井工具并且同時用于在遠(yuǎn)端方向上向旋轉(zhuǎn)鉆井工具施加推力。鉆桿被不斷地添加到鉆具組以增加孔的長度。對于特定的應(yīng)用，旋轉(zhuǎn)鉆井工具包括允許引導(dǎo)或操縱旋轉(zhuǎn)鉆井工具以控制鉆孔的方向的結(jié)構(gòu)(例如，斜面/帶角度的面)。探測儀可以被設(shè)置在靠近旋轉(zhuǎn)鉆井工具，用于監(jiān)視旋轉(zhuǎn)鉆井工具的諸如螺距(pitch)和轉(zhuǎn)動取向(即，滾動角或鐘點位置)的操作參數(shù)。探測儀也可以與其他設(shè)備一起工作以允許確定鉆井工具的幾何位置。探測儀典型地與用于控制旋轉(zhuǎn)鉆井工具行進(jìn)的方向的控制系統(tǒng)互相聯(lián)系。在U.S.專利N0.7，172，035中公開了包括探測儀的示例鉆井系統(tǒng)，其全部內(nèi)部通過引用納入此文。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的特定方面涉及一種用于將旋轉(zhuǎn)切削工具聯(lián)接到諸如探測儀殼的驅(qū)動構(gòu)件的方法和裝置。
[0004]在下文的描述中將提及多種其他方面。這些方面可以涉及獨立的特征部以及這些特征部的組合。應(yīng)當(dāng)理解之前的總體描述和以下的詳細(xì)描述僅僅是示例性的和說明性的，并且不是對本文描述的實施方式所基于的寬泛概念的限制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理的探測儀殼和旋轉(zhuǎn)切削工具的分解立體圖；
[0006]圖2是圖1的探測儀殼和旋轉(zhuǎn)切削工具的近端立體圖，其中旋轉(zhuǎn)切削工具聯(lián)接到探測儀殼；
[0007]圖3是圖2的探測儀殼和旋轉(zhuǎn)切削工具的遠(yuǎn)端立體圖，其中旋轉(zhuǎn)切削工具聯(lián)接到探測儀殼；
[0008]圖4是圖1的探測儀殼的局部立體圖；
[0009]圖4A是圖1的探測儀殼的局部立體圖，其中第一和第二銷連接到探測儀殼；
[0010]圖5是圖1的旋轉(zhuǎn)切削工具的立體圖；
[0011]圖6是圖5的旋轉(zhuǎn)切削工具側(cè)視圖；
[0012]圖7是圖5的旋轉(zhuǎn)切削工具的底部立體圖；
[0013]圖8是圖5的旋轉(zhuǎn)切削工具的另一底部立體圖；
[0014]圖9是與圖6的旋轉(zhuǎn)切削工具的側(cè)視圖相對側(cè)的側(cè)視圖；
[0015]圖10是圖5的旋轉(zhuǎn)切削工具的頂視圖；
[0016]圖11是圖5的旋轉(zhuǎn)切削工具的近端側(cè)立體圖；
[0017]圖12是圖1的探測儀殼和旋轉(zhuǎn)切削工具的頂視圖，其中旋轉(zhuǎn)切削工具聯(lián)接到探測儀殼;
[0018]圖13是沿圖12的剖面線13-13截取的剖視圖；
[0019]圖14是圖1的示出為彼此聯(lián)接的探測儀殼和旋轉(zhuǎn)切削工具的側(cè)視圖；
[0020]圖15是沿圖14的剖面線15-15截取的剖面圖；
[0021]圖16是在圖15中示出的旋轉(zhuǎn)切削工具的放大圖；
[0022]圖17是圖10的旋轉(zhuǎn)切削工具的底視圖；
[0023]圖18是圖5的旋轉(zhuǎn)切削工具的遠(yuǎn)端視圖；
[0024]圖19是圖5的旋轉(zhuǎn)切削工具的近端視圖；
[0025]圖20示出了可以與圖1的旋轉(zhuǎn)切削工具互換的另一旋轉(zhuǎn)切削工具；
[0026]圖21是圖20的旋轉(zhuǎn)切削工具的側(cè)視圖；
[0027]圖22是圖20的旋轉(zhuǎn)切削工具的頂視圖；
[0028]圖23是圖20的旋轉(zhuǎn)切削工具的底視圖；
[0029]圖24是圖20的旋轉(zhuǎn)切削工具的遠(yuǎn)端視圖；以及
[0030]圖25是圖20的旋轉(zhuǎn)切削工具的近端視圖。

【具體實施方式】
[0031]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的鉆井設(shè)備20。鉆井設(shè)備20包括探測儀殼22 (例如，連接部件)和安裝到探測儀殼22的旋轉(zhuǎn)切削工具24 (即，旋轉(zhuǎn)鉆井工具)。聯(lián)接接口26可以被設(shè)置在探測儀殼22和旋轉(zhuǎn)切削工具24之間。鉆井設(shè)備20可以適于連接到鉆具組30的遠(yuǎn)端28，從而鉆具組30可以用于以圍繞鉆具組30的中心旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)切削運動方式旋轉(zhuǎn)鉆井設(shè)備20。
[0032]聯(lián)接接口 26可以適于將旋轉(zhuǎn)切削工具24機(jī)械地固定到探測儀殼22從而可以在探測儀殼22和旋轉(zhuǎn)切削工具24之間傳遞轉(zhuǎn)矩。另外，聯(lián)接接口 26可以構(gòu)造為保證旋轉(zhuǎn)切削工具24在鉆井操作期間保持為附接到探測儀殼22，并且也允許推力和后拉(pull back)載荷被從探測儀殼22傳遞到旋轉(zhuǎn)切削工具24。聯(lián)接接口 26也可以構(gòu)造為允許旋轉(zhuǎn)切削工具24被快速地聯(lián)接到探測儀殼22和從探測儀殼22拆卸下來。
[0033]參考圖1-3，探測儀殼22具有細(xì)長體32，該細(xì)長體32具有沿著中央縱軸線34延伸的長度。探測儀殼22的細(xì)長體32可以沿著中央縱軸線34從探測儀殼22的近端36延伸到探測儀殼22的遠(yuǎn)端38。探測儀殼22的近端36可以適于連接到鉆具組30。在一個示例中，探測儀殼22可以限定細(xì)長的探測儀腔體40 (參見圖1)，該探測儀腔體40具有沿著探測儀殼22的中央縱軸線34延伸的長度。探測儀腔體40可以具有可以通過可拆卸蓋構(gòu)件44覆蓋的開口頂側(cè)42?？刹鹦渡w構(gòu)件44可以包括近端凸片46和遠(yuǎn)端凸片48。當(dāng)可拆卸蓋構(gòu)件44被安裝在探測儀腔體40上時，近端凸片46配合在探測儀殼22的凹口 50中(參見圖13)并且遠(yuǎn)端48被扣在旋轉(zhuǎn)切削工具24的后部之下。
[0034]再次參考圖1，通過將柱塞52放置通過可拆卸蓋構(gòu)件44所限定的孔54，可拆卸蓋構(gòu)件44可以被固定到探測儀腔體40，從而當(dāng)可拆卸蓋構(gòu)件44被安裝到探測儀腔體40時，柱塞52可以經(jīng)由探測儀腔體40的遠(yuǎn)部56接收。柱塞52可以被定位成靠近遠(yuǎn)端凸片48。柱塞52可以具有在其中的用于接收橫向構(gòu)件60的槽58。在一個示例中，槽58可以具有開口側(cè)置構(gòu)造，該開口側(cè)置構(gòu)造具有靠近探測儀殼22的遠(yuǎn)端38的開口側(cè)部位置。
[0035]在一個示例中，橫向構(gòu)件60(例如，輥銷)可以接合柱塞52的槽58，從而當(dāng)橫向構(gòu)件60處于適當(dāng)位置時防止可拆卸蓋構(gòu)件44沿遠(yuǎn)端方向D滑動。橫向開口 65可以接收橫向構(gòu)件60,并且通過將橫向構(gòu)件60插入到橫向開口 65中，橫向構(gòu)件60和槽58防止近端凸片46與凹口 50分開。在橫向構(gòu)件60被插入到橫向開口 65中之后,冗余的固定件62 (例如，帽螺釘)可以被固定(例如，擰入)在緊靠遠(yuǎn)端凸片48的末端的位置處，從而也防止可拆卸蓋構(gòu)件44沿遠(yuǎn)端方向D滑動。當(dāng)旋轉(zhuǎn)切削工具24已經(jīng)被固定到探測儀殼22時，旋轉(zhuǎn)切削工具24上的開口 114允許固定件62進(jìn)入到其中。
[0036]為了從探測儀殼22上移除可拆卸蓋構(gòu)件44，通過從探測儀殼22將橫向構(gòu)件60橫向地沖出到橫向開口 65之外而移除橫向構(gòu)件60，并且通過從探測儀殼22上松解冗余固定件62可以移除冗余固定件62。在橫向構(gòu)件60和冗余固定件62被移除的情況下，可拆卸蓋構(gòu)件44可以沿遠(yuǎn)端方向D滑動從而從凹口 50上解除近端凸片46。隨后，可拆卸蓋構(gòu)件44的近端和遠(yuǎn)端凸片48可以從旋轉(zhuǎn)切削工具24的后部的下部滑出去。
[0037]參考圖4，探測儀殼22可以包括第一傾斜面64，該第一傾斜面64相對于中心縱軸線34成角度或傾斜并且隨著第一傾斜面64朝向探測儀殼22的遠(yuǎn)端38延伸而朝向中心縱軸線34匯聚。探測儀殼22的第一傾斜面64可以限定多個用于接收位于其中的緊固件68 (參見圖1)的內(nèi)螺紋孔66。探測儀殼22的遠(yuǎn)端38可以包括遠(yuǎn)端面70 (例如，垂直面)，遠(yuǎn)端面70可以大致垂直于探測儀殼22的中心縱軸線34。遠(yuǎn)端面70可以限定凹部72 (例如，安裝孔)，該凹部72限定了延伸進(jìn)入探測儀殼22中的第一開口 74和第二開口 76。在此示例中，第一和第二開口 74、76 ( S卩，第一和第二銷安裝開口)可以從遠(yuǎn)端面70朝向近端地延伸到探測儀殼22中。第一和第二開口 74、76可以具有沿著探測儀殼22的中心縱軸線34延伸的中軸線。
[0038]探測儀殼22的凹部72可以具有遠(yuǎn)端71、近端73以及在遠(yuǎn)端和近端71、73之間延伸的深度dl (例如，安裝深度)。凹部72的遠(yuǎn)端71可以具有開口，并且近端73至少可以部分地通過面向遠(yuǎn)端方向D的凹端面75來限定。在示出的示例中，探測儀殼22的凹部72具有開口側(cè)77，該開口側(cè)77在凹部72的遠(yuǎn)端和近端71、73之間延伸。在特定的示例中，凹部72可以圍繞其外周而被完全包圍從而不設(shè)置開口側(cè)。
[0039]參考圖5-6，更加詳細(xì)地示出了限定安裝塊90的旋轉(zhuǎn)切削工具24。旋轉(zhuǎn)切削工具24可以被安裝到探測儀殼22的遠(yuǎn)端38。旋轉(zhuǎn)切削工具24可以包括主體78，該主體78具有遠(yuǎn)端側(cè)80和近端側(cè)82。主體78可以沿著旋轉(zhuǎn)切削工具24的旋轉(zhuǎn)軸線101在主體78的近端側(cè)82和主體78的遠(yuǎn)端側(cè)80之間延伸。旋轉(zhuǎn)切削工具24的旋轉(zhuǎn)軸線101是旋轉(zhuǎn)切削工具24在鉆井期間旋轉(zhuǎn)的軸線。遠(yuǎn)端側(cè)80可以包括遠(yuǎn)端面84，在該遠(yuǎn)端面84中限定多個切削齒孔86。近端側(cè)82可以包括位于主體78的近端側(cè)82并且面向近端方向的近端面88 (例如，指向近端的面)。近端面88可以布置和構(gòu)造成與探測儀殼22的遠(yuǎn)端面70相對。
[0040]參考圖7，近端面88可以與塊狀元件90(例如，安裝突出件)形成為一體或連接到塊狀元件90 (例如，安裝突出件)。塊狀元件90從主體78的近端面88朝向近端突出。塊狀元件90可以被限定為與旋轉(zhuǎn)切削工具24的主體78形成一單體件或整體件。在其他示例中，塊狀元件90可以通過諸如緊固件或焊接安裝件的其他裝置連接到旋轉(zhuǎn)切削工具24的主體78。旋轉(zhuǎn)切削工具24可以限定沿近端至遠(yuǎn)端的方向延伸通過塊狀元件90的第一銷開口 96和第二銷開口 100。第一和第二銷開口 96、100(即，第一和第二銷插座)也朝向遠(yuǎn)端地延伸通過近端面88進(jìn)入旋轉(zhuǎn)切削工具24的主體78中。第一和第二銷開口 96、100可以被布置和構(gòu)造為分別與探測儀殼22的第一和第二開口 74、76同軸地對齊。
[0041]參考圖8至11，旋轉(zhuǎn)切削工具24的主體可以限定第二傾斜面或傾斜導(dǎo)引面102 (即，斜坡面)，隨著第二傾斜面102沿遠(yuǎn)端方向D延伸，該第二傾斜面至少部分地面向遠(yuǎn)端方向并且朝向中心縱軸線34傾斜。在其他示例中，隨著第二傾斜面102沿著旋轉(zhuǎn)軸線101沿遠(yuǎn)端方向D延伸，第二傾斜面102可以朝向旋轉(zhuǎn)軸線101傾斜。第二傾斜面102可以被用于方便導(dǎo)引鉆具設(shè)備20。凹陷區(qū)域104可以被限定在第二傾斜面102中，在此位置處，凹陷區(qū)域104限定用于流過流體的排出口 106。遠(yuǎn)端面84可以大致垂直于中心縱軸線34。
[0042]在特定的實施例中，旋轉(zhuǎn)切削工具24可以包括近端面88，該近端面88位于遠(yuǎn)端側(cè)80和近端側(cè)82之間并且取向成大致垂直于旋轉(zhuǎn)軸線101。第二傾斜安裝面102可以在近端面88和近端側(cè)82之間延伸。
[0043]在一個示例中，旋轉(zhuǎn)切削工具24可以包括從旋轉(zhuǎn)切削工具24的主體78的近端面88朝向近端延伸的近端尾部或延伸體108。近端延伸體108可以具有底面110,該底面110與探測儀殼22的第一傾斜面64相對使得當(dāng)旋轉(zhuǎn)切削工具24被聯(lián)接到探測儀殼22時，位于第一傾斜面64中的多個孔66與位于近端延伸體108中的孔112對齊。然后如上所述，冗余緊固件62(例如，帽螺釘)可以插入旋轉(zhuǎn)切削工具24中的開口 114并且被擰入到探測儀殼22中以幫助防止可拆卸蓋構(gòu)件44沿遠(yuǎn)端方向D滑動。緊固件68能夠被插入孔112并且被擰入到多個開口 66中以將旋轉(zhuǎn)切削工具24固定到探測儀殼22。
[0044]在特定示例中，塊狀元件90可以與近端延伸體108分離開一間隙S (參見圖9)，使得旋轉(zhuǎn)軸線101延伸通過間隙S并且塊狀元件90可以偏離旋轉(zhuǎn)軸線101。在其他示例中，凹陷部72可以偏離旋轉(zhuǎn)軸線101。在一些示例中，近端延伸體108可以具有在近端至遠(yuǎn)端的方向上測量的長度。
[0045]再次參考圖4-5，聯(lián)接接口 26可以包括具有銷-孔裝置的塊狀元件90，其中該銷-孔裝置具有第一銷116和第二銷118，當(dāng)旋轉(zhuǎn)切削工具24與探測儀殼22配合時第一銷116和第二銷118可以滑入旋轉(zhuǎn)切削工具24的第一和第二銷開口 96、100。第一和第二銷116、118可以被固定(例如，擰入)到探測儀殼22的相應(yīng)的第一和第二開口 74、76。在其他示例中，第一和第二銷116、118可以被固定到(例如，被擰入到)旋轉(zhuǎn)切削工具24的第一和第二銷開口 96、100中并且滑入探測儀殼22的第一和第二開口 74、76中。在一些示例中，第一和第二銷116、118中的一個可以被固定到(例如，被擰入到)探測儀殼22，并且第一或第二銷116、118中的另一個可以被固定到(例如，被擰入到)旋轉(zhuǎn)切削工具24。
[0046]在一個示例中，第一和第二銷116、118能夠與探測儀殼22 —體(例如，一體件單元)。在特定的示例中，第一和第二銷116、118可以與旋轉(zhuǎn)切削工具24—體(例如，一體件單元)。換句話說，第一和第二銷116、118可以由探測儀殼22或者旋轉(zhuǎn)切削工具24支承。圖4A示出了連接到探測儀殼22的第一和第二銷116、118。
[0047]在特定的示例中，單個銷可以被用于將旋轉(zhuǎn)切削工具24和探測儀殼22固定在一起。塊狀元件90能夠限定至少一個銷插座，該銷插座延伸通過塊狀元件90的深度d2。探測儀殼22可以限定至少一個開口，該開口在沿深度dl延伸的取向上延伸。應(yīng)當(dāng)理解，單個銷可以被擰入或者滑入到塊狀元件90或探測儀殼22中。
[0048]在特定的示例中，塊狀元件90和凹部72能夠被顛倒。在一些示例中，塊狀元件90可以被定位在探測儀殼22上，并且凹部72可以通過旋轉(zhuǎn)切削工具24限定。換句話說，塊狀元件90或凹部72可被設(shè)置在旋轉(zhuǎn)切削工具24的近端面88。在其他示例中，塊狀元件90或凹部72可以被設(shè)置在探測儀殼22的近端面70上。旋轉(zhuǎn)切削工具24的遠(yuǎn)端側(cè)80可以包括構(gòu)造用于切削和研磨的至少一個的特征部。
[0049]在其他示例中，當(dāng)探測儀殼22和旋轉(zhuǎn)切削工具24被聯(lián)接在一起時，探測儀殼22的第一斜面64和近端延伸體108的底面110可以一起軸向滑動。緊固件68 (例如，帽螺釘)可以被擰入到位于探測儀殼22的多個孔66中并且穿過位于近端延伸體108的孔口 112以將探測儀殼22和旋轉(zhuǎn)切削工具24聯(lián)接在一起。在特定的示例中，近端延伸體108和塊狀元件90能夠由旋轉(zhuǎn)切削工具24的主體78整體地形成。
[0050]在一個示例中，探測儀殼22的遠(yuǎn)端面70的凹部72能夠被布置和構(gòu)造為容納一體結(jié)合到或者聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)切削工具24的近端面88的塊狀元件90，從而延伸自探測儀殼22的第一和第二銷116、118能夠被插入到旋轉(zhuǎn)切削工具24的第一和第二銷開口 96、100中。聯(lián)接接口 26的塊狀元件90可具有與探測儀殼22的遠(yuǎn)端面70的凹部72相對應(yīng)的構(gòu)造，從而當(dāng)?shù)谝缓偷诙N116、118被接收在第一和第二銷開口 96、100中時允許塊狀元件90被插入到凹部72中。當(dāng)探測儀殼22和旋轉(zhuǎn)切削工具24被聯(lián)接在一起時，塊狀元件90可以沿著沿探測儀殼22的中心縱軸線34延伸的插入方向ID上插入到凹部72中。塊狀元件90的外周形狀可以與凹部72的外周形狀匹配或互補(bǔ)。在一些示例中，塊狀元件90可以具有圓角。應(yīng)當(dāng)理解，塊狀元件90可具有其他形狀的角部(例如，非圓角)。在特定的示例中，當(dāng)塊狀元件90與凹部72配合時，轉(zhuǎn)矩和剪切力可以通過塊狀元件90和凹部72之間的配合界面在旋轉(zhuǎn)切削工具24和探測儀殼22之間傳遞。因此，由塊狀元件90和凹部72所提供的配合界面與由第一和第二銷116、118以及第一和第二開口 74、76所提供的銷-插座聯(lián)接協(xié)同合作以加強(qiáng)在旋轉(zhuǎn)切削工具24和探測儀殼22之間的界面上提供的最大剪應(yīng)力和最大轉(zhuǎn)矩。
[0051]塊狀元件90和凹部72之間的配合關(guān)系可以允許扭力和剪應(yīng)力在部件之間傳遞。在一個示例中，該配合界面可以偏離旋轉(zhuǎn)軸線101，從而不論配合部件的形狀如何都能夠傳遞該轉(zhuǎn)矩。在一個示例中，配合界面可以居中于旋轉(zhuǎn)軸線101。在此構(gòu)造中，有利地，使用非圓形配合界面形狀以有助于轉(zhuǎn)矩的傳遞。在特定的示例中，塊狀元件90的細(xì)長構(gòu)造可以允許該塊狀元件90容納兩個銷并且也提供大量的用于傳遞轉(zhuǎn)矩和/或抗剪應(yīng)力的材料。
[0052]在其他示例中，塊狀元件90或凹部72可以包括沿塊狀元件的主軸線91延伸的第一橫向尺寸CD1、沿塊狀元件90的短軸線93延伸的第二橫向尺寸CD2以及沿旋轉(zhuǎn)軸線101延伸的深度d2 (例如，安裝深度)。
[0053]在特定示例中，主軸線和短軸線91、93可以垂直于深度dl、d2。主軸線和短軸線91,93可相對于彼此垂直，并且第一橫向尺寸⑶I可以比第二橫向尺寸⑶2長。在一些示例中，主軸線93可以相對于旋轉(zhuǎn)軸線101沿徑向延伸。在特定的示例中，深度d2可以是第二橫向尺寸⑶2的至少10%。在其他示例中，深度d2可以是第二橫向尺寸⑶2的至少20%。
[0054]在一些不例中，第一橫向尺寸⑶I可以是第二橫向尺寸⑶2的1.5倍。在又一不例中，第二橫向尺寸⑶2可以比深度d2長。在一些示例中，第二橫向尺寸⑶2可以是深度d2的至少兩倍。在其他示例中，第二橫向尺寸⑶2可以是深度d2的至少三倍。在特定的示例中，第一橫向尺寸⑶I的長度可以是旋轉(zhuǎn)切削工具24的切削直徑的至少25%。在一些示例中，近端延伸體108可以具有長度L (參見圖6)，該長度L是塊狀元件90的深度d2的至少5倍。在其他示例中，近端延伸體108的長度L可以是塊狀元件90的深度d2的至少10倍。
[0055]參考圖12至15，對于大多數(shù)鉆井應(yīng)用來說，期望在鉆井過程中將鉆井流體提供到旋轉(zhuǎn)切削工具24。典型地，鉆井流體可被向下沿著鉆具組30泵送到旋轉(zhuǎn)切削工具24并且經(jīng)由排出口 97排出。探測儀殼22可以適于經(jīng)由探測儀殼22的近端36處的插座120容納鉆井流體。通過插座120，鉆井流體可以流過兩個自插座120延伸第一和第二開口 74、76的分離的、平行的通道122。第一和第二銷116、118可以是中空的以在探測儀殼22的流體通道和旋轉(zhuǎn)切削工具24的流體通道之間提供流體連通。
[0056]參考圖16，流體從第一和第二開口 74、76開始流過第一和第二銷116、118到延伸通過旋轉(zhuǎn)切削工具24的主體78的遠(yuǎn)端通道124。遠(yuǎn)端通道124可以從它們各自的銷116、118延伸到由第二斜面102的凹陷區(qū)域104所限定的排出口 97。有利地，該布置使用從探測儀殼22的近端26處的插座120分開地延伸到排出口 97的兩個分開的通道和/或流體管線。通過提供基本上在鉆井設(shè)備20的整個長度延伸的兩個分開的流體管線，在一個發(fā)生堵塞的情況下另一個流體管線總是能夠使用。此外，流體管線的大致直的路徑降低了堵塞的可能性。
[0057]應(yīng)當(dāng)理解，探測儀殼22可以被構(gòu)造為用于保持探測儀，該探測儀用于監(jiān)測旋轉(zhuǎn)鉆井工具的諸如螺距和旋轉(zhuǎn)取向(即，滾動角或鐘點位置)的操作參數(shù)。探測儀可以被固定在相對于第一傾斜面64和凹部72的固定位置處的探測儀殼的腔體中。探測儀殼22可以構(gòu)造為允許探測儀的滑動裝載、探測儀的端部裝載或者其他裝載構(gòu)造。在US專利N0.7，172,035,中公開了示例探測儀的更詳細(xì)的細(xì)節(jié)，其內(nèi)容在此通過引用納入此文。
[0058]探測儀殼22的近端36適用于連接到鉆具組30的遠(yuǎn)端28。例如，如圖1_2所示，探測儀殼22的近端36包括具有帶內(nèi)螺紋121的插座120的凹端，并且鉆具組30的遠(yuǎn)端28包括具有帶外螺紋的柄126的凸端。以此方式，鉆具組30的遠(yuǎn)端28可以簡單地擰入到探測儀殼22的近端36。
[0059]聯(lián)接接口 26的第一和第二銷116、118優(yōu)選地被固定在探測儀殼22的第一和第二開口 74、76中。在特定的示例中，第一和第二銷116、118可以被固定在旋轉(zhuǎn)切削工具24的第一和第二銷開口 96、100中。例如，第一和第二銷116、118可以包括具有外螺紋的螺紋端，該外螺紋被擰入到設(shè)置在第一和第二開口 74、76中的相應(yīng)的內(nèi)螺紋中。銷116、118的螺紋端可以被固定在第一和第二開口 74、76中，并且銷116、118的相對端可以包括自由端117，該自由端117從塊狀元件90的近端面朝向遠(yuǎn)端地向外突出。第一和第二銷116、118的自由端117可被插入到旋轉(zhuǎn)切削工具24的第一和第二銷開口 96、100以將旋轉(zhuǎn)切削工具24聯(lián)接到探測儀殼22。在其他示例中，第一和第二銷116、118的自由端117可被插入到探測儀殼22的第一和第二開口 74、76。在其他示例中，單個銷可用于將探測儀殼22固定到旋轉(zhuǎn)切削工具24。在一些示例中，一個銷可以被固定在探測儀殼22中，并且一個銷可以被固定在旋轉(zhuǎn)切削工具24中。在特定示例中，第一和第二銷開口 96、100可以沿主軸91對齊。在其他示例中，第一和第二銷116、118可具有圍繞它們的O形環(huán)密封件，該O形環(huán)密封件在第一和第二銷開口 96、100中圍繞第一和第二銷116、118提供周向密封。
[0060]參考圖17-19，鉆井設(shè)備20的旋轉(zhuǎn)切削工具24包括主體78，主體78具有遠(yuǎn)端側(cè)80和近端側(cè)82。遠(yuǎn)端側(cè)80包括遠(yuǎn)端面84，在該遠(yuǎn)端面84中限定多個切削齒孔86。切削齒128可被安裝在切削齒孔86中。摩擦環(huán)(未示出)可被用于將切削齒128固定在切削齒孔86中。摩擦環(huán)可允許切削齒128在鉆井操作期間圍繞它們的中心軸線旋轉(zhuǎn)?？梢蕴峁┖蟛窟M(jìn)入開口(未示出)以有助于從切削齒孔86敲掉切削齒128。
[0061]在一個示例中，旋轉(zhuǎn)切削工具24的旋轉(zhuǎn)運動確定了旋轉(zhuǎn)切削工具24的第二傾斜面102所面向的方向。通過知曉旋轉(zhuǎn)切削工具24的第二傾斜面102所面向的方向，操作者能夠操作旋轉(zhuǎn)切削工具24以沿期望的方向(例如，與第二傾斜面102所面向的方向相反的方向)引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)切削工具24。因為旋轉(zhuǎn)切削工具24由于聯(lián)接接口 26的構(gòu)造沒有旋擰在探測儀殼22上并且只能夠沿旋轉(zhuǎn)取向安裝，所以每次將新的切削工具安裝到探測儀殼22上時，不需要重新校準(zhǔn)。
[0062]應(yīng)當(dāng)理解，使用用于將旋轉(zhuǎn)切削工具24固定到探測儀殼22的遠(yuǎn)端38的相同的聯(lián)接裝置，其他類型的工具也可以被安裝到探測儀殼22的遠(yuǎn)端38。例如，圖20-25示出了備選的旋轉(zhuǎn)切削工具24a，使用參考旋轉(zhuǎn)切削工具24而描述的相同類型的聯(lián)接接口 26可將該旋轉(zhuǎn)切削工具24a聯(lián)接到探測儀殼22。旋轉(zhuǎn)切削工具24a可以包括沿第二傾斜面102a周邊的切削齒128a。旋轉(zhuǎn)切削工具24a可以與旋轉(zhuǎn)切削工具24類似，但是具有尺寸不同的切削齒128a、不同的齒圖案和帶有較大的前端凹度的主體。
[0063]如上所述，鉆井設(shè)備20可以被用于將孔鉆到想要的地下位置。在期望的位置，礦井能夠被清空以使得旋轉(zhuǎn)切削工具24或24a進(jìn)入到地下位置。然后可以從探測儀殼22上移除旋轉(zhuǎn)切削工具24并且替換上其他的工具(例如，后向擴(kuò)孔鉆)。
[0064]為了便于說明，多種部件以諸如“上”、“下”、“向上”和“向下”的方向術(shù)語的形式說明，以便提供用于描述部件的相關(guān)參考框架。這些術(shù)語并不表示公開的設(shè)備需要被用在特定的取向中。相反地，在鉆井操作中，鉆井設(shè)備圍繞鉆井軸旋轉(zhuǎn)使得鉆井設(shè)備的多種部件所面向的方向是一直變化的。用在本文中的“孔口”、“插座”和“槽”可以被稱為開口。在所描述的實施方式中，旋轉(zhuǎn)切削工具24在圖中被示出為連接到探測儀殼22。在替換的實施方式中，旋轉(zhuǎn)切削工具24能夠被連接到不包括“探測儀”的諸如桿、柄或其他結(jié)構(gòu)的其他類型的驅(qū)動構(gòu)件。
[0065]從前述的詳細(xì)說明中，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的基礎(chǔ)上可進(jìn)行多種修改和改變是顯而易見的。
【權(quán)利要求】
1.一種鉆井設(shè)備，所述設(shè)備包括: 旋轉(zhuǎn)切割工具，其具有近端和遠(yuǎn)端并且進(jìn)一步限定大體上在所述近端和所述遠(yuǎn)端之間延伸的旋轉(zhuǎn)軸線，所述旋轉(zhuǎn)切割工具包括位于所述近端和所述遠(yuǎn)端之間的且主要面向近端方向的朝向近端的面，所述旋轉(zhuǎn)切割工具還包括在所述朝向近端的面和所述近端之間延伸的傾斜安裝面，所述傾斜安裝面相對于所述朝向近端的面和所述旋轉(zhuǎn)軸線傾斜，其中安裝孔和安裝突出件中的一個被設(shè)置在所述朝向近端的面上，所述安裝孔和所述安裝突出件中的所述一個具有大致沿所述旋轉(zhuǎn)軸線的方向上延伸的安裝深度，所述遠(yuǎn)端包括構(gòu)造為用于切割和磨削中的至少一個的特征部。
2.如權(quán)利要求1所述的鉆井設(shè)備，其中，所述傾斜安裝面限定多個緊固件開口。
3.如權(quán)利要求1所述的鉆井設(shè)備，其中，所述旋轉(zhuǎn)切割工具的所述朝向近端的面由所述旋轉(zhuǎn)切割工具的主體限定并且基本上垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸線，其中，所述旋轉(zhuǎn)切割工具包括與所述主體一體的并且從所述旋轉(zhuǎn)切割工具的所述朝向近端的面朝向近端突出的近端尾部，其中，所述傾斜安裝面由所述旋轉(zhuǎn)切割工具的所述近端尾部限定。
4.如權(quán)利要求1所述的鉆井設(shè)備，其中，通過所述安裝孔和所述安裝突出件中的所述一個限定流體流路。
5.如權(quán)利要求3所述的鉆井設(shè)備，其中，所述安裝突出件和所述安裝孔中的所述一個偏離所述旋轉(zhuǎn)軸線。
6.如權(quán)利要求5所述的鉆井設(shè)備，其中，所述安裝突出件和所述安裝孔中的一個限定彼此垂直并且也垂直于所述深度的主軸線和短軸線，其中，所述安裝突出件和所述安裝孔中的所述一個限定沿著所述主軸線的第一橫向尺寸和沿著所述短軸線的第二橫向尺寸，所述第一橫向尺寸比所述第二橫向尺寸長。
7.如權(quán)利要求6所述的鉆井設(shè)備，其中，所述第一橫向尺寸是所述第二橫向尺寸的至少1.5倍，其中，所述第二橫向尺寸比所述深度長，其中，所述安裝深度是所述第二橫向尺寸的至少10%。
8.如權(quán)利要求6所述的鉆井設(shè)備，其中，所述第一橫向尺寸是所述鉆井工具的切割直徑的至少25%。
9.如權(quán)利要求8所述的鉆井設(shè)備，其中，所述近端尾部具有沿近端至遠(yuǎn)端方向測量的近端尾部長度，其中，所述近端尾部長度是所述安裝深度的至少5倍。
10.如權(quán)利要求1所述的鉆井設(shè)備，其中，所述安裝突出件被設(shè)置在所述朝向近端的面。
11.如權(quán)利要求10所述的鉆井設(shè)備，其中，所述安裝突出件限定至少一個銷插座，該銷插座延伸通過所述安裝突出件的安裝深度。
12.如權(quán)利要求10所述的鉆井設(shè)備，其中，所述安裝突出件限定延伸通過所述安裝突出件的安裝深度的第一和第二銷插座。
13.如權(quán)利要求1所述的鉆井設(shè)備，還包括與所述旋轉(zhuǎn)切割工具配合的探測儀殼。
14.如權(quán)利要求13所述的鉆井設(shè)備，其中，所述探測儀殼包括朝向遠(yuǎn)端的面，當(dāng)所述探測儀殼和所述旋轉(zhuǎn)切割工具被配合在一起時所述朝向遠(yuǎn)端的面與所述旋轉(zhuǎn)切割工具的所述朝向近端的面相對，其中，所述安裝孔和所述安裝突出件中的另一個被設(shè)置在所述探測儀殼的所述朝向遠(yuǎn)端的面，以及其中，所述探測儀殼限定傾斜安裝面，所述傾斜安裝面當(dāng)所述探測儀殼和所述旋轉(zhuǎn)切割工具被配合在一起時與所述旋轉(zhuǎn)切割工具的傾斜安裝面相對。
15.如權(quán)利要求14所述的鉆井設(shè)備，其中，所述安裝孔由所述探測儀殼限定并且所述安裝突出件由所述旋轉(zhuǎn)切割工具限定，其中，當(dāng)所述探測儀殼與所述旋轉(zhuǎn)切割工具配合時，所述安裝孔與所述安裝突出件配合，其中，當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)切割工具和所述探測儀殼被聯(lián)接在一起時，所述探測儀殼的傾斜安裝面和所述旋轉(zhuǎn)切割工具的傾斜安裝面通過緊固件被固定在一起，其中，銷在沿所述安裝深度延伸的取向上延伸通過所述安裝突出件和所述安裝孔，并且其中，所述流體流路由所述銷限定。
16.一種鉆井設(shè)備，包括: 鉆井工具，所述鉆井工具包括: 鉆井工具主體，其沿著所述鉆井工具的旋轉(zhuǎn)軸線在所述主體的近端和所述主體的遠(yuǎn)端之間延伸，所述主體限定傾斜引導(dǎo)面，所述傾斜引導(dǎo)面至少部分面向遠(yuǎn)端方向并且隨著引導(dǎo)面沿所述旋轉(zhuǎn)軸線沿所述遠(yuǎn)端方向延伸所述傾斜引導(dǎo)面朝向所述旋轉(zhuǎn)軸線傾斜，所述主體還包括位于所述主體的近端的且面向近端方向的近端面； 近端尾部，其從所述主體的近端面朝向近端突出； 塊狀元件，其從所述主體的近端面朝向近端突出；以及 所述鉆井工具限定沿近端至遠(yuǎn)端的方向延伸的至少第一插座，所述第一插座延伸通過所述塊狀元件而進(jìn)入到所述主體中。
17.一種鉆井設(shè)備，所述鉆井設(shè)備包括: 鉆井工具；以及 連接部件，其在插座布置處與所述鉆井工具配合，所述插座布置包括由所述鉆井工具和所述連接部件中的一個限定的凹部以及由所述鉆井工具和所述連接部件中的另一個限定的塊部，當(dāng)所述連接部件與所述鉆井工具配合在一起時所述塊部安裝在所述凹部中，所述插座布置還包括銷，當(dāng)所述連接部件與所述鉆井工具配合在一起時所述銷延伸通過所述凹部的閉合端并且進(jìn)入到所述塊中。
18.如權(quán)利要求17所述的鉆井設(shè)備，其中，經(jīng)由所述銷限定流體通道。
19.一種鉆井設(shè)備，所述設(shè)備包括: 鉆井工具，所述鉆井工具包括: 鉆井工具主體，其沿所述鉆井工具的旋轉(zhuǎn)軸線在所述主體的近端和所述主體的遠(yuǎn)端之間延伸，所述主體限定傾斜引導(dǎo)面，所述傾斜引導(dǎo)面至少部分面向遠(yuǎn)端方向并且隨著引導(dǎo)面沿旋轉(zhuǎn)軸線沿所述遠(yuǎn)端方向延伸所述傾斜引導(dǎo)面朝向所述旋轉(zhuǎn)軸線傾斜，所述主體還包括位于所述主體的近端且面向近端方向的近端面； 近端尾部，其從所述主體的近端面朝向近端突出； 塊狀元件，其從所述主體的近端面朝向近端突出；以及 所述鉆井工具限定沿近端至遠(yuǎn)端的方向延伸的第一和第二銷插座，所述第一和第二銷插座延伸通過所述塊狀元件并進(jìn)入到所述主體中。
20.如權(quán)利要求19所述的鉆井設(shè)備，其中，所述塊狀元件包括沿所述塊狀元件的主軸線延伸的第一橫向尺寸，沿所述塊狀元件的短軸線延伸的第二橫向尺寸以及沿所述旋轉(zhuǎn)軸線延伸的深度，其中，所述主軸線和所述短軸線彼此垂直并且其中所述第一橫向尺寸比所述第二橫向尺寸長。
21.如權(quán)利要求20所述的鉆井設(shè)備，其中，所述第二橫向尺寸比所述深度長。
22.如權(quán)利要求20所述的鉆井設(shè)備，其中，所述第二橫向尺寸是所述深度的至少兩倍。
23.如權(quán)利要求20所述的鉆井設(shè)備，其中，所述第二橫向尺寸是所述深度的至少三倍。
24.如權(quán)利要求22所述的鉆井設(shè)備，其中，所述第一橫向尺寸是所述第二橫向尺寸的至少1.5倍。
25.如權(quán)利要求24所述的鉆井設(shè)備，其中，所述塊狀元件具有圓形角部。
26.如權(quán)利要求24所述的鉆井設(shè)備，其中，所述深度是所述第二橫向尺寸的至少10%。
27.如權(quán)利要求24所述的鉆井設(shè)備，其中，所述深度是所述第二橫向尺寸的至少20%。
28.如權(quán)利要求26所述的鉆井設(shè)備，其中，所述第一橫向尺寸是所述鉆井工具的切割直徑的至少25%。
29.如權(quán)利要求26所述的鉆井設(shè)備，其中，所述塊狀元件與所述近端尾部間隔開一間距，并且其中，所述旋轉(zhuǎn)軸線延伸通過所述間距使得所述塊狀元件偏離所述旋轉(zhuǎn)軸線。
30.如權(quán)利要求26所述的鉆井設(shè)備，其中，所述近端尾部具有沿近端至遠(yuǎn)端的方向測量的近端尾部長度，并且其中，所述近端尾部長度是所述塊狀元件的深度的至少5倍。
31.如權(quán)利要求26所述的鉆井設(shè)備，其中，所述近端尾部具有沿近端至遠(yuǎn)端的方向測量的近端尾部長度，其中，所述近端尾部長度是所述塊狀元件的深度的至少10倍。
32.如權(quán)利要求30所述的鉆井設(shè)備，其中，所述近端尾部限定多個緊固件開口。
33.如權(quán)利要求30所述的鉆井設(shè)備，其中，切割齒被設(shè)置在所述鉆井工具的所述遠(yuǎn)端。
34.如權(quán)利要求20所述的鉆井設(shè)備，其中，所述短軸線相對于所述旋轉(zhuǎn)軸線沿徑向方向延伸。
35.如權(quán)利要求20所述的鉆井設(shè)備，其中，所述第一和第二銷插座沿所述主軸線對齊。
36.如權(quán)利要求19所述的鉆井設(shè)備，其中，所述近端尾部和所述塊狀元件與所述主體一體地形成。
37.如權(quán)利要求19所述的鉆井設(shè)備，還包括適于與所述鉆井工具配合的連接部件，所述連接部件包括具有遠(yuǎn)端的部件主體，所述遠(yuǎn)端包括在其中限定有凹部的遠(yuǎn)端面，所述凹部的尺寸形成為當(dāng)所述連接部件與所述鉆井工具配合在一起時所述凹部容納所述塊狀元件，所述凹部具有遠(yuǎn)端、近端和在所述遠(yuǎn)端和所述近端之間延伸的深度，所述凹部的遠(yuǎn)端是開口的并且近端至少部分地由面向遠(yuǎn)端方向的凹部端面限定，所述連接部件主體限定第一和第二銷安裝開口，第一和第二銷安裝開口朝向近端地延伸通過所述凹部端面進(jìn)入所述部件主體，所述連接部件還包括固定在所述第一和第二銷安裝開口中的第一和第二銷，其中當(dāng)所述連接部件和所述鉆井工具被配合在一起時，所述連接部件的第一和第二銷配合在所述鉆井工具的第一和第二銷插座中，并且所述鉆井工具的塊狀元件配合在所述連接部件的所述凹部中。
38.如權(quán)利要求37所述的鉆井設(shè)備，其中，圍繞所述第一和第二銷設(shè)置0形環(huán)密封件用于圍繞位于所述第一和第二銷插座中的所述第一和第二銷提供周向密封件。
39.如權(quán)利要求38所述的鉆井設(shè)備，其中，所述第一和第二銷是中空的并且在所述連接部件的流體通道和所述鉆井工具的流體通道之間提供流體連通。
40.如權(quán)利要求37所述的鉆井設(shè)備，其中，所述第一和第二銷被擰入到第一和第二銷安裝開口中。
41.如權(quán)利要求37所述的鉆井設(shè)備，其中，所述凹部和所述塊狀元件具有互補(bǔ)配合的橫斷剖面形狀。
42.如權(quán)利要求37所述的鉆井設(shè)備，其中，所述凹部具有在所述凹部的遠(yuǎn)端和近端之間延伸的開口側(cè)。
43.如權(quán)利要求37所述的鉆井設(shè)備，其中，所述連接部件是探測儀殼。
44.如權(quán)利要求37所述的鉆井設(shè)備，其中，所述部件主體限定傾斜工具安裝面，所述傾斜工具安裝面至少部分面向遠(yuǎn)端方向并且相對于所述旋轉(zhuǎn)軸線傾斜，其中，利用用于將所述鉆井工具固定到所述部件主體的多個緊固件將所述鉆井工具的近端尾部固定到所述傾斜工具安裝面，并且其中，所述近端尾部包括主面，當(dāng)所述鉆井工具被固定到所述連接部件時所述主面與所述傾斜工具安裝面相對和接合。
45.一種適于與鉆井工具配合的鉆井工具連接部件，所述連接部件包括: 具有遠(yuǎn)端的部件主體，所述遠(yuǎn)端包括在其中限定有凹部的遠(yuǎn)端面，所述凹部具有遠(yuǎn)端、近端和在所述遠(yuǎn)端和所述近端之間延伸的深度，所述凹部的遠(yuǎn)端是開口的并且所述近端至少部分由面向遠(yuǎn)端方向的凹部端面限定，所述連接部件主體限定朝向近端地延伸通過所述凹部端面進(jìn)入所述部件主體的第一和第二銷安裝開口，所述連接部件還包括固定在所述第一和第二銷安裝開口中的第一和第二銷。
46.如權(quán)利要求45所述的鉆井工具連接部件，其中，所述第一和第二銷被擰入到所述第一和第二銷安裝開口。
47.如權(quán)利要求45所述的連接部件，其中，所述凹部具有在所述凹部的遠(yuǎn)端和近端之間延伸的開口側(cè)。
48.如權(quán)利要求45所述的鉆井工具連接部件，其中，所述連接部件是探測儀殼
49.如權(quán)利要求45所述的鉆井工具連接部件，其中，所述部件主體限定傾斜工具安裝面，所述傾斜工具安裝面至少部分面向遠(yuǎn)端方向并且相對于所述旋轉(zhuǎn)軸線是傾斜的，并且其中，所述傾斜工具安裝面與所述部件主體的遠(yuǎn)端面相交并且限定多個緊固件開口
【文檔編號】E21B3/00GK104420819SQ201410432655
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】克里斯托弗·R·芳塔娜, 基思·艾倫·霍汀, 蘭迪·R·蘭奎斯特 申請人:維米爾制造公司