本公開涉及用于在地層中鉆探井眼的混合鉆頭，并且更具體地，涉及具有牙輪和輪盤的混合鉆頭。

用于鉆探井眼的混合鉆頭通常包括處于鉆頭鉆探端處的多于一種類型的切割結(jié)構(gòu)或切割元件。切割結(jié)構(gòu)和切割元件在鉆探期間遭遇多種地層、物體和表面，諸如井眼中硬的和軟的巖石地層、水泥堵塞物和井止擋物、井工具和/或其他物體和表面。因?yàn)榍懈钤颓懈罱Y(jié)構(gòu)通過不同機(jī)構(gòu)(例如，剪切、壓碎、破裂或其組合)將材料移除，所以一些切割元件和切割結(jié)構(gòu)比其他切割元件和切割結(jié)構(gòu)更適用于切割特定材料。

附圖簡(jiǎn)述

圖1是示例性井系統(tǒng)的部分示意性截面圖。

圖2是示例性混合鉆頭的示意性透視圖。

圖3A是示例性混合鉆頭的示意性端視圖。

圖3B是示例性混合鉆頭輪廓的示意性側(cè)視圖。

圖4A是示例性輪盤的部分示意性截面?zhèn)纫晥D。

圖4B是示例性牙輪的部分示意性截面?zhèn)纫晥D。

圖5是示例性混合鉆頭的示意性部分端視圖。

在各圖中，類似的參考符號(hào)指示類似的元件。

具體實(shí)施方式

首先參考圖1，井系統(tǒng)10通常包括大致圓柱形井眼12，所述井眼12從處于地面16處的井口14向下延伸到地球中進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)感興趣的地下區(qū)域18(示出一個(gè))中。地下區(qū)域18可對(duì)應(yīng)于由井系統(tǒng)10進(jìn)入的單一地層、地層的一部分或多于一種地層，并且給定的井系統(tǒng)10可進(jìn)入一個(gè)或多于一個(gè)地下區(qū)域18。井眼12的從井口14延伸到地下區(qū)域18的部分與管件(稱為套管20)的長(zhǎng)度對(duì)齊。所描繪的井系統(tǒng)10是垂直井，并且井眼12從地面16大致垂直地延伸至地下區(qū)域18。然而，本文中的概念適用于井的許多其他不同構(gòu)型，包括水平井、傾斜井或以其他方式偏斜的井以及具有從入口井偏斜的支腿的多分支井。

鉆柱22被示出為已經(jīng)從地面16下放到井眼12中。在一些實(shí)例中，鉆柱22是端對(duì)端耦接在一起的一系列接合長(zhǎng)度的管件和/或連續(xù)的(即，不是接合的)復(fù)繞管件。鉆柱22包括一個(gè)或多個(gè)井工具，包括井底總成24。井底總成24可例如包括鉆頭。在所示實(shí)例中，井眼12正在被鉆探。井眼12可被分段鉆探，并且可將套管20安裝在各段之間。

參考圖2，可在圖1的井系統(tǒng)10的井底總成24中使用的示例性混合鉆頭100以透視圖的方式示出。示例性混合鉆頭100包括鉆頭主體102，所述鉆頭主體102具有處于鉆頭主體102的一個(gè)縱向端上的銷端104，處于鉆頭主體102的與銷端104相對(duì)的另一個(gè)縱向端上的鉆探端106，以及通過鉆頭主體102的中心限定中心縱向軸線的中心鉆頭主體軸線A-A。鉆頭100在鉆探時(shí)繞中心鉆頭主體軸線A-A旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)例中，銷端104是凸形的并且具有螺紋以與鉆柱管件端處的凹形箱配合?；旌香@頭100包括牙輪108，所述牙輪108可旋轉(zhuǎn)地耦接到大體沿中心鉆頭主體軸線A-A延伸并且超過鉆頭主體102的端部(例如，鉆探端106)的牙輪臂110。牙輪108中的每一個(gè)在(直接地或大致)朝向中心鉆頭主體軸線A-A延伸的牙輪軸線B-B上旋轉(zhuǎn)?；旌香@頭100還包括輪盤112，所述輪盤112可旋轉(zhuǎn)地耦接到大體沿中心鉆頭主體軸線A-A延伸并且超過鉆頭主體102的端部(例如，鉆探端106)的輪盤臂114。輪盤112中的每一個(gè)在通過輪盤112中的每一個(gè)的中心橫向于中心鉆頭主體軸線A-A的徑向線的輪盤軸線C-C上旋轉(zhuǎn)。混合鉆頭100被認(rèn)為是“混合的”，因?yàn)樗哂卸嘤谝环N類型的切割結(jié)構(gòu)和/或切割元件，例如，牙輪108和輪盤112。

各種類型的切割元件和切割結(jié)構(gòu)可設(shè)置在混合鉆頭上。在圖2中示出的實(shí)例中，混合鉆頭100包括兩個(gè)牙輪108和兩個(gè)輪盤112。示例性混合鉆頭100可包括另外的或不同的特征部和部件。例如，鉆頭100可設(shè)置有不同數(shù)量的牙輪108和輪盤112。在一些實(shí)例中，混合鉆頭可具有一個(gè)或多個(gè)輪盤和一個(gè)或多個(gè)牙輪。例如，混合鉆頭可具有一個(gè)輪盤和一個(gè)牙輪，一個(gè)輪盤和多個(gè)牙輪，多個(gè)輪盤和一個(gè)牙輪或多個(gè)輪盤和多個(gè)牙輪。

牙輪臂110和輪盤臂114被示出用緊固件116附接到鉆頭主體102，使得牙輪臂110和輪盤臂114可從鉆頭主體102移除。在一些實(shí)例中，牙輪臂110和輪盤臂114是鉆頭主體102的延伸部，焊接到鉆頭主體102或與鉆頭主體102一體鑄造，和/或以另一種方式連接到鉆頭主體102。

在一些實(shí)例中，牙輪108在從鉆頭主體102或牙輪臂110沿牙輪軸線B-B延伸的主軸(未示出)上旋轉(zhuǎn)。類似地，在一些實(shí)例中，輪盤112在從鉆頭主體102或輪盤臂114沿輪盤旋轉(zhuǎn)軸線C-C延伸的主軸(未示出)上旋轉(zhuǎn)。牙輪108和輪盤112可通過軸承系統(tǒng)附接到主軸，以允許牙輪108繞牙輪旋轉(zhuǎn)軸線B-B和/或輪盤112繞輪盤軸線C-C旋轉(zhuǎn)。所述軸承系統(tǒng)可例如包括密封件、滾珠軸承、潤(rùn)滑系統(tǒng)和/或壓力補(bǔ)償系統(tǒng)。

牙輪108可在許多位置和構(gòu)型處操作。在所示的實(shí)例中，牙輪108徑向設(shè)置成靠近鉆探端106的外部橫向外周。在一些實(shí)例中，牙輪108更多地向內(nèi)朝向中心鉆頭主體軸線A-A設(shè)置，更多地從中心鉆頭主體軸線A-A向外設(shè)置，或設(shè)置在不同位置中。在一些實(shí)例中，牙輪軸線B-B與中心鉆頭主體軸線A-A相交，例如以便當(dāng)示例性混合鉆頭100繞其中心鉆頭主體軸線A-A旋轉(zhuǎn)時(shí)，允許抵靠著巖石地層滾動(dòng)牙輪108。當(dāng)牙輪軸線B-B與中心鉆頭主體軸線A-A相交并且牙輪108的垂直于牙輪軸線B-B的徑向矢量指向混合鉆頭100的旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，滾動(dòng)發(fā)生。在其他實(shí)例中，牙輪軸線B-B不與中心鉆頭主體軸線A-A相交，并且牙輪軸線B-B自中心鉆頭主體軸線A-A為非徑向的。當(dāng)牙輪軸線B-B不與中心鉆頭主體軸線A-A相交時(shí)，牙輪抵靠著地層具有另外的滑移運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)例中，混合鉆頭可具有至少兩個(gè)牙輪，其中第一個(gè)牙輪具有與中心鉆頭主體軸線相交的牙輪軸線，并且第二個(gè)牙輪具有不與中心鉆頭主體軸線相交的牙輪軸線。

牙輪108中的每一個(gè)包括牙輪主體118和設(shè)置在牙輪主體118上的多個(gè)切割齒120。在圖2中示出的實(shí)例中，切割齒120是自牙輪主體118延伸的楔形突起。在其他實(shí)例中，切割齒120在牙輪主體118上是不同形狀的突起。切割齒120可被研磨和/或可以是插入件。在某些實(shí)例中，例如由鋼質(zhì)牙輪主體118研磨成的研磨的鋼質(zhì)齒可設(shè)置有硬面金屬涂層以在操作示例性混合鉆頭100期間承受壓碎力。插入件經(jīng)常包括不同材料，諸如炭化物、鎢、金剛石和/或其他硬質(zhì)材料。在圖2中示出的實(shí)例中，兩個(gè)牙輪108具有相同形狀和大小。在其他實(shí)例中，混合鉆頭上的牙輪中的一個(gè)或多個(gè)彼此具有不同形狀或大小。

輪盤112可提供在多種位置和構(gòu)型中。在所示的實(shí)例中，輪盤112徑向設(shè)置成靠近鉆探端106的外部橫向外周。在一些實(shí)例中，輪盤112更多地向內(nèi)朝向中心鉆頭主體軸線A-A設(shè)置，更多地從中心鉆頭主體軸線A-A向外設(shè)置，或設(shè)置在不同位置中。輪盤112中的每一個(gè)包括輪盤主體122，所述輪盤主體122具有設(shè)置在圍繞輪盤主體122圓周的切割排124中的多個(gè)輪盤刀具126。切割排124限定通過切割排124的中心的旋轉(zhuǎn)平面128(圖4A)，其中旋轉(zhuǎn)軸線C-C垂直于旋轉(zhuǎn)平面128。輪盤的中心是旋轉(zhuǎn)軸線C-C和旋轉(zhuǎn)平面128的交點(diǎn)。每個(gè)輪盤刀具126包括大體圓柱形刀具主體和處于圓柱形主體端部處的(大致或完全)平的端面。刀具中的每一個(gè)布置在刀具軸線D-D上。通過圓柱形刀具主體中心的軸線D-D橫向于從輪盤112的中心到圓柱形刀具主體的中心的徑向線。在一些實(shí)例中，刀具軸線D-D平行于輪盤軸線C-C。在其他實(shí)例中，刀具軸線D-D以與輪盤軸線C-C成非零角度傾斜。刀具126中的一個(gè)或多個(gè)(或全部)可在與輪盤軸線C-C相同角度處具有刀具軸線D-D，或刀具126中的一個(gè)或多個(gè)(或全部)可在不同角度處具有刀具軸線D-D。輪盤刀具126在輪盤112上的定向可在操作混合鉆頭100期間使輪盤112偏壓成旋轉(zhuǎn)，其中某些定向是偏斜的以促進(jìn)輪盤112更快地旋轉(zhuǎn)，并且某些其他定向是偏斜的以促進(jìn)輪盤112更慢地旋轉(zhuǎn)。在圖2中示出的實(shí)例中，輪盤112上的輪盤刀具126繞相應(yīng)的輪盤軸線C-C彼此類似地定向。例如，在操作示例性混合鉆頭100期間，輪盤112繞它們相應(yīng)的輪盤軸線C-C旋轉(zhuǎn)，并且輪盤刀具126繞輪盤112定向，使得當(dāng)相應(yīng)輪盤112上的每個(gè)輪盤刀具126經(jīng)過輪盤112上固定的、非旋轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)(即，它接觸被鉆探鉆孔的底部時(shí))被類似地定向。在其他實(shí)例中，輪盤112中的一個(gè)上的輪盤刀具126繞它們相應(yīng)的輪盤軸線C-C彼此不同地定向。例如，當(dāng)輪盤112繞其輪盤軸線C-C旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪盤刀具126可被定形成在變化的后傾角之間輪轉(zhuǎn)。

在一些實(shí)例中，輪盤刀具126的形狀不同于圖2中所示的圓柱形形狀。例如，輪盤刀具126可以是矩形的、尖的或另一種形狀。在其他實(shí)例中，單一連續(xù)的刀具繞主體122的整個(gè)圓周提供。

在圖2中示出的實(shí)例中，兩個(gè)輪盤112具有相同形狀和大小。在其他實(shí)例中，混合鉆頭上的輪盤中的一個(gè)或多個(gè)彼此具有不同形狀或大小。輪盤刀具126被示出為部分嵌入到輪盤112的切割排124中的圓柱形聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)刀具。輪盤刀具126可部分地嵌入輪盤主體122中，通過焊接、利用緊固件、粘結(jié)方式耦接到輪盤主體122，和/或繞輪盤主體122以其他方式設(shè)置。在一些實(shí)例中，輪盤刀具126是不同的，例如，天然金剛石插入件、熱穩(wěn)定的PDC刀具、碳化鎢插入件、金屬插入件、研磨刀具或齒、或另一種硬且耐磨材料。

在一些實(shí)例中，鉆頭主體102包括處于鉆探端106處的噴嘴130，以在鉆探期間向混合鉆頭100提供鉆井液。

參考圖3A，示例性混合鉆頭100以端視圖示出，具體地，示出鉆探端106。牙輪軸線B-B朝向中心鉆頭主體軸線A-A延伸，并且輪盤軸線C-C通過輪盤112的中心橫向于中心鉆頭主體軸線A-A的徑向線。

在圖3A中示出的實(shí)例中，牙輪軸線B-B與中心鉆頭主體軸線A-A相交。在一些實(shí)例中，牙輪軸線B-B自中心鉆頭主體軸線A-A為非徑向的，例如，如圖5中示意性地描繪。圖5示出圖3A的示例性混合鉆頭100的部分示意性端視圖，不同的是圖5的牙輪軸線B-B自中心鉆頭主體軸線A-A是非徑向的。如果是非徑向的，那么在牙輪軸線B-B與中心鉆頭主體軸線A-A之間的偏移距離e在10.5英寸尺寸或更小鉆頭中小于或等于9/16英寸。例如，偏移距離e可以是0.0625英寸、0.125英寸或另一個(gè)值。偏移距離e是中心鉆頭主體軸線A-A與牙輪軸線B-B之間的最短距離。換句話講，偏移距離e可以被限定為牙輪軸線B-B與通過中心鉆頭主體軸線A-A的平面之間的距離，其中所述平面平行于牙輪軸線B-B。在一些實(shí)例中，偏移距離e對(duì)于每個(gè)牙輪108也是如此。在其他實(shí)例中，偏移距離e對(duì)于一個(gè)或多個(gè)牙輪108或每個(gè)牙輪108是不同的。牙輪108起作用來通過與切割齒120的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作壓碎地層和/或使地層破裂。切割齒120壓碎地層和/或使地層破裂以產(chǎn)生破碎的地層切屑。

在一些實(shí)例中，偏移距離e是小的，使得當(dāng)混合鉆頭100繞中心鉆頭主體軸線A-A旋轉(zhuǎn)并且鉆探端106抵靠著地層時(shí)，牙輪108以相對(duì)于滾動(dòng)具有小量剪切或滑移的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在具有小的偏移距離e的實(shí)例中，具有小量剪切或滑移的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)促進(jìn)鉆探到地層中，例如，鉆探到軟地層中。在其他實(shí)例中，偏移距離e為零(例如，如圖3A中所描繪)，使得當(dāng)混合鉆頭100繞中心鉆頭主體軸線A-A旋轉(zhuǎn)并且鉆探端106抵靠著地層時(shí)，牙輪108以抵靠著地層不具有剪切的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在具有為零的偏移距離e的實(shí)例中，牙輪108的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)促進(jìn)鉆探到地層中，例如，鉆探到硬地層中。

牙輪軸線B-B位于相對(duì)于垂直于中心鉆頭主體軸線A-A并且通過牙輪108的中心的平面成銷傾角β_c處。在圖4B中示出的示例性牙輪108中，銷傾角β_c約為30度。銷傾角β_c可以是不同的，例如，β_c可以是0度、90度、0度與90度之間的角度、或另一個(gè)角度。

返回參考圖5，輪盤軸線C-C橫向于中心鉆頭主體軸線A-A的徑向線。每個(gè)輪盤112在鉆頭主體102上的位置可由軸線偏移量S和輪盤中心偏移量L測(cè)定。軸線偏移量S是輪盤軸線C-C與中心鉆頭主體軸線A-A之間的最短距離。換句話講，軸線偏移量S可以被限定為輪盤軸線C-C與通過中心鉆頭主體軸線A-A的平面之間的距離，其中所述平面平行于輪盤軸線C-C。輪盤中心偏移量L是輪盤112的中心與通過中心鉆頭主體軸線A-A并且平行于軸線偏移量S的平面之間的距離。軸線偏移量S和輪盤中心偏移量L使輪盤112定向成使得當(dāng)混合鉆頭100旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪盤軸線C-C(直接地或大致)指向鉆頭100的旋轉(zhuǎn)方向。返回參考圖3，輪盤112各自具有對(duì)于每個(gè)輪盤112可以相同或不同的軸線偏移量S和輪盤中心偏移量L。在操作中，混合鉆頭100的鉆探端106壓靠著地層，混合鉆頭100繞中心鉆頭主體軸線A-A旋轉(zhuǎn)，并且每個(gè)輪盤112繞其輪盤軸線C-C旋轉(zhuǎn)，使得每個(gè)輪盤112上的輪盤刀具126的子集與地層接觸，而輪盤刀具126的剩余部分不與地層接觸。鉆頭100在鉆頭主體軸線A-A上旋轉(zhuǎn)，輪盤112繞輪盤軸線C-C旋轉(zhuǎn)，并且輪盤刀具126在與地層接觸和脫離地層之間輪轉(zhuǎn)。在一些實(shí)例中，以此方式使輪盤刀具126輪轉(zhuǎn)減少了對(duì)輪盤刀具126的磨損并且延長(zhǎng)了輪盤112的操作壽命。當(dāng)混合鉆頭100繞中心鉆頭主體軸線A-A旋轉(zhuǎn)并且鉆探端106抵靠著地層時(shí)，輪盤112旋轉(zhuǎn)并且輪盤刀具126抵靠著地層進(jìn)行剪切。輪盤112上的輪盤刀具126的剪切動(dòng)作促進(jìn)鉆探到硬巖石地層中。

輪盤軸線C-C位于相對(duì)于垂直于中心鉆頭主體軸線A-A并且通過輪盤112的中心的平面成銷傾角β_d處。在圖4A中示出的示例性輪盤112中，銷傾角β_d約為30度。銷傾角β_d可以是不同的，例如，β_d可以是0度、90度、0度與90度之間的角度、或另一個(gè)角度。

在某些實(shí)例中，牙輪108和輪盤112對(duì)稱地固定在鉆頭主體102上，使得混合鉆頭100在操作期間保持平衡。在其他實(shí)例中，牙輪108和輪盤112不對(duì)稱地固定在鉆頭主體102上。

圖3B示出對(duì)應(yīng)于圖3A的示例性混合鉆頭100的示例性混合鉆頭輪廓200。示例性混合鉆頭輪廓200包括由圖3A的混合鉆頭100切割的形狀，從而示出轉(zhuǎn)置在平面上的鉆頭100的每個(gè)關(guān)聯(lián)的切割元件。在圖3B示出的實(shí)例中，混合鉆頭輪廓200由牙輪108的切割齒120和輪盤112的輪盤刀具126的輪廓線202限定，所述輪廓線202投射到經(jīng)過鉆頭主體102的中心鉆頭主體軸線A-A的垂直平面上。

在圖3A示出的示例性輪廓200中，牙輪108上的切割齒120在輪廓200中比由輪盤112的輪盤刀具126形成的輪廓線202延伸得更遠(yuǎn)。切割齒120引導(dǎo)輪盤刀具126，使得切割齒120在鉆探期間使地層破碎。切割齒120使地層破碎，從而使破碎的地層切屑以及突頂和凹穴留在地層中，并且輪盤刀具126起作用來刮去破碎的地層切屑并且通過將由切割齒120留下的突頂和凹穴刮去來大致將地層弄平，使得后緣牙輪可壓碎更加水平的地層表面和/或使更加水平的地層表面破裂。在一些實(shí)例中，由輪盤刀具126形成的輪廓線202在輪廓200中比牙輪108上的切割齒120延伸得更遠(yuǎn)。在其他實(shí)例中，牙輪108上的許多切割齒120在輪廓200中比由輪盤刀具126形成的輪廓線202的一部分延伸得更遠(yuǎn)，并且由輪盤刀具126形成的輪廓線202的剩余部分在輪廓200中比牙輪108上的剩余的切割齒120延伸得更遠(yuǎn)。在某些實(shí)例中，一個(gè)或多個(gè)切割齒在輪廓中比一個(gè)或多個(gè)輪盤輪廓線延伸得更遠(yuǎn)，并且輪盤輪廓線的另一個(gè)子集比其他切割齒延伸得更遠(yuǎn)。例如，第一牙輪的切割齒輪廓可比輪盤刀具輪廓線延伸得更遠(yuǎn)，并且輪盤刀具輪廓線可比第二牙輪的切割齒輪廓延伸得更遠(yuǎn)。

由輪盤112的輪盤刀具126形成的輪廓線202可變化。在一些實(shí)例中，輪廓線202可基于輪盤軸線偏移量S、輪盤中心偏移量L、銷傾角β_d和/或輪盤112的另一個(gè)特性而形成不同曲線。在某些實(shí)例中，牙輪108被定形成大致與由輪盤刀具126形成的輪廓線202匹配。在某些其他實(shí)例中，輪廓線202被定形成與牙輪108的形狀匹配。

混合鉆頭(諸如示例性混合鉆頭100)可被配置來與鉆探端一起抵靠著井眼中地層繞中心鉆頭主體軸線旋轉(zhuǎn)。繞鉆探端設(shè)置的牙輪在大致或完全地旋轉(zhuǎn)動(dòng)作中壓碎地層或使地層破裂，而輪盤上的輪盤刀具在剪切動(dòng)作中在輪盤被配置來旋轉(zhuǎn)的情況下刮削地層。牙輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作包括抵靠著地層滾動(dòng)，并且輪盤的剪切動(dòng)作包括通過使輪盤旋轉(zhuǎn)抵靠著地層使輪盤刀具輪轉(zhuǎn)。在一些實(shí)例中，牙輪使地層破碎，使得輪盤的輪盤刀具將破碎的地層切屑刮去。

在牙輪108和輪盤112對(duì)稱地固定在鉆頭主體102的鉆探端106上的實(shí)例中，牙輪108的對(duì)稱性和輪盤112的對(duì)稱性促進(jìn)了混合鉆頭100上的力平衡和/或能量平衡。

鑒于上述論述，某些方面涵蓋混合鉆頭，所述混合鉆頭包括限定中心鉆頭主體軸線的鉆頭主體，處于鉆頭主體一端處并且繞牙輪軸線可旋轉(zhuǎn)地耦接到鉆頭主體的牙輪，以及處于鉆頭主體的一端處并且繞輪盤軸線可旋轉(zhuǎn)地連接到鉆頭主體的輪盤。牙輪軸線朝向中心鉆頭主體軸線延伸。所述輪盤軸線通過所述輪盤的中心橫向于所述中心鉆頭主體軸線的徑向線，并且所述輪盤包括多個(gè)輪盤刀具。

某些方面涵蓋鉆井系統(tǒng)，所述鉆井系統(tǒng)包括井口、連接到井口的鉆柱和連接到鉆柱的混合鉆頭。所述混合鉆頭包括限定中心鉆頭主體軸線的鉆頭主體，處于鉆頭主體一端處并且繞牙輪軸線可旋轉(zhuǎn)地耦接到鉆頭主體的牙輪，以及處于鉆頭主體的一端處并且繞輪盤軸線可旋轉(zhuǎn)地耦接到鉆頭主體的輪盤。牙輪軸線朝向中心鉆頭主體軸線延伸，并且輪盤軸線遠(yuǎn)離中心鉆頭主體軸線延伸。

某些方面涵蓋切割井眼中地層的方法。所述方法包括使鉆頭在井眼地層中旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)動(dòng)作中使用鉆頭上的牙輪壓碎地層或使地層破裂，以及在剪切動(dòng)作中在輪盤被配置來旋轉(zhuǎn)的情況下使用鉆頭輪盤上的輪盤刀具刮去所述地層。

上文所述的方面可包括以下特征中的一些、零個(gè)或全部?；旌香@頭包括耦接到鉆頭主體的第一臂，所述第一臂大體沿中心鉆頭主體軸線延伸并且超過所述鉆頭主體端部；以及耦接到鉆頭主體的第二臂，所述第二臂大體沿中心鉆頭主體軸線延伸并且超過所述鉆頭主體端部。所述輪盤可旋轉(zhuǎn)地耦接到所述第一臂并且所述牙輪可旋轉(zhuǎn)地耦接到所述第二臂。牙輪軸線與中心鉆頭主體軸線相交。牙輪軸線自中心鉆頭主體軸線是非徑向的。中心鉆頭主體軸線與牙輪軸線之間的最短距離小于9/16英寸。牙輪包括牙輪主體和設(shè)置在所述牙輪主體上的多個(gè)切割齒。牙輪的切割齒包括具有硬面金屬涂層的研磨的鋼質(zhì)齒。輪盤上的多個(gè)輪盤刀具從鉆頭主體的端部比牙輪上的多個(gè)切割齒延伸得更遠(yuǎn)。牙輪上的多個(gè)切割齒從鉆頭主體的端部比輪盤上的多個(gè)輪盤刀具延伸得更遠(yuǎn)。輪盤的位置由偏移距離L和偏移距離S確定。所述輪盤包括輪盤主體和徑向地繞輪盤主體設(shè)置的大體環(huán)形的切割排，并且所述多個(gè)輪盤刀具沿所述大體環(huán)形的切割排設(shè)置。多個(gè)輪盤刀具中的每個(gè)輪盤刀具包括具有通過圓柱形刀具主體中心的刀具軸線的圓柱形刀具主體以及處于所述圓柱形主體端部處的平的刀具面。刀具軸線橫向于從輪盤的中心到圓柱形刀具主體的中心的徑向線?；旌香@頭包括多個(gè)牙輪和多個(gè)輪盤。所述多個(gè)輪盤中的每個(gè)輪盤具有與中心鉆頭主體軸線不同的輪盤軸線偏移量S和不同的輪盤中心偏移量L。所述多個(gè)輪盤中的每個(gè)輪盤軸線處于從中心鉆頭主體軸線不同的角度β處，其中角度β是相應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸線從中心鉆頭主體軸線的角度。在旋轉(zhuǎn)動(dòng)作中使用牙輪壓碎地層或使地層破裂包括使用牙輪使地層破碎，并且牙輪比輪盤的輪盤刀具更深地進(jìn)入地層。在剪切動(dòng)作中使用輪盤上的輪盤刀具刮去地層包括刮去破碎的地層切屑。在剪切動(dòng)作中使用鉆頭輪盤上的輪盤刀具刮去地層包括使輪盤繞輪盤軸線旋轉(zhuǎn)，使得輪盤刀具繞輪盤軸線輪轉(zhuǎn)。

已描述了多個(gè)實(shí)施方案。然而，應(yīng)理解，可做出各種修改。因此，其他實(shí)施方案均處于所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。