钻地工具和形成这样的钻地工具的方法

钻地工具和形成这样的钻地工具的方法
【专利摘要】一种地钻钻头包括钻头本体，所述钻头本体具有多个径向延伸的刮刀和多个切削元件，所述多个切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀。仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少一个刮刀。仅仅剪切切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少另一个刮刀。所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量不同于所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。用于形成地钻钻头的方法包括形成钻头本体，所述钻头本体包括多个径向延伸的刮刀。与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量不同于与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。
【专利说明】钻地工具和形成这样的钻地工具的方法
[0001]优先权
[0002]本申请要求在2011年5月5日提交的题目为“钻地工具和形成这样的钻地工具的方法”的美国专利申请序列号13/101,840的优先权。本申请的主题涉及Lyons等人在2010年6月3日提交的美国申请序列号12/793,39的主题以及Lyons等人在2011年2月7日提交的美国申请序列号13/022，288的主题。
【技术领域】
[0003]本公开的实施例总体涉及钻地工具和形成钻地工具的方法。具体地，本公开的实施例涉及一种钻地工具，所述钻地工具具有附接到至少一个刮刀的仅仅剪切切削元件和附接到至少另一个刮刀的仅仅凿挖切削元件。
【背景技术】
[0004]用于在地下地层中形成井眼的钻地工具可以包括固定到本体的多个切削元件。例如，固定切削件式钻地旋转钻头(也称作“刮刀钻头”)包括多个切削元件，所述多个切削元件固定地附接到钻头的钻头本体并且通常位于形成在刮刀中的凹入部中和钻头本体的其它外部部分中。牙轮地钻钻头包括附接到位于支腿上的牙轮轴的多个牙轮，所述支腿从钻头本体垂下来。牙轮可以包括铣制或者用其它方式形成在牙轮上的切削元件(有时称作“齿”)，所述切削元件可以包括位于切削元件的外表面上的表面硬化层，或者牙轮可以包括附接到牙轮的切削元件(有时称作“嵌件”)，所述切削元件通常位于形成在牙轮中的凹入部中。
[0005]用于这种钻地工具中的切削元件通常包括聚晶金刚石切削件(通常称作“PDC”)，所述聚晶金刚石切削件是包括聚晶金刚石(PCD)材料的切削元件。通过下述方式来形成聚晶金刚石切削元件:在存在催化剂(诸如，钴、铁、镍、或合金以及它们的混合物)的情况下，在高温和高压条件下将相对小的金刚石晶粒或者晶体烧结并且结合在一起而在切削元件基底上形成聚晶金刚石材料层。这些工艺通常被称作高温/高压(或者“HTHP工艺”)工艺。切削元件基底可以包括金属陶瓷材料(即，金属陶瓷复合材料)，其在金属基底(诸如，钴钨硬质合金)中包括多个硬质材料颗粒。在这些情况下，在由金刚石晶粒或者晶体烧结并且经催化而形成金刚石台面期间，切削元件基底中的催化剂材料可以被吸入到金刚石晶粒或者晶体中。在其它方法中，在HTHP工艺中，在将晶粒或者晶体烧结在一起之前，可以将粉末状催化剂材料与金刚石晶粒或者晶体相混合。
[0006]切削元件的工作表面(有时称作切削面)可以具有各种形状，诸如平面形、半球形、圆锥形和凿形。传统地，具有平面形工作表面的切削元件可以利用剪切切削机理来移除下方地层。相比之下，具有圆顶形、圆锥形和凿形的工作表面的切削元件传统地利用压碎和凿挖切削机理来移除下方地层。此外，具有犁形工作表面的切削元件传统地利用犁耕切削机理来移除地下地层。
[0007]已经提出了应用剪切切削元件、凿挖切削元件和/或犁耕切削元件的组合的多种地钻钻头。如在Hall等人的在2008年7月24日公开的美国申请公报N0.2008/0173482中公开的那样，固定切削件式钻头上的刮刀可以包括:剪切切削元件，所述剪切切削元件位于钻头的至少肩部区域中；和具有带尖的几何形状的切削元件，所述切削元件位于钻头的牙轮和前端区域中。另外，Hall公开了一种固定切削件式的钻头，其排他性地具有的切削元件带有附接到其刮刀的尖几何形状。Lyons等人的在2010年6月3日提交的美国申请序列号12/793，396公开了剪切切削元件和凿挖切削元件可以在多个区域(例如，牙轮区域、前端区域和肩部区域)中相互毗邻地布置在固定切削件式钻头的共用刮刀上。Lyons等人的在2011年2月7日提交的美国申请序列号13/022288公开了凿挖切削元件可以布置成在固定切削件式钻头的共用刮刀上的旋转跟随剪切切削元件(本领域中称为备用切削元件构造)。Christensen, Inc.的在1982年5月12日公开的英国申请公报N0.2，086，451公开了一种固定切削件式钻头，其在一些刮刀上具有带有平面切削面的仅仅切削元件以及在其它刮刀上具有拥有小于180°的相互夹角的分开切削面的仅仅切削元件。具有分开切削面的切削元件将犁沟(例如，犁)印刻到正在钻进的地层中。
【专利附图】

【附图说明】
[0008]虽然本说明书是通过关于本发明的特别指出并且明确声明的权利要求得出的，但是当结合附图阅读时，从本公开的实施例的以下描述中，可以更为容易地推断出本公开的实施例的各种特征和优点，附图中:
[0009]图1是钻地工具的透视图，其中，与剪切切削元件附接的刮刀的数量大于与凿挖切削元件附接的刮刀的数量；
[0010]图2描绘了图1的钻地工具的端面的平面图；
[0011]图2A是针对图2中示出的端面的替代构造的平面图；
[0012]图3图解了钻地工具的仅仅在一个刮刀上附接有凿挖切削元件的端面的平面图；
[0013]图4是钻地工具的在三个刮刀上附接有切削元件的端面的平面图；
[0014]图5描绘了钻地工具的在五个刮刀上附接有切削元件的端面的平面图；
[0015]图6A至图6D是针对附接到钻地工具的切削元件的切削路径的简化示意性平面图；
[0016]图7图解了钻地工具的透视图，其中，与凿挖切削元件附接的刮刀的数量大于与剪切切削元件附接的刮刀的数量；
[0017]图8是图7的钻地工具的端面的平面图；
[0018]图9描绘了使剪切切削元件与仅仅一个刮刀附接的钻地工具的端面的平面图；
[0019]图10图解了使切削元件与三个刮刀附接的钻地工具的平面图；
[0020]图11是使切削元件与五个刮刀附接的钻地工具的平面图；
[0021]图12A至图12D是针对附接到钻地工具的切削元件的切削路径的简化示意性平面图；
[0022]图13描绘了接合下方地层的凿挖切削元件和剪切切削元件的简化剖视图；
[0023]图14至图19图解了可以附接到钻地工具的凿挖切削元件的剖视图；
[0024]图20至图21是可以附接到钻地工具的剪切切削元件的剖视图。【具体实施方式】
[0025]在此所提到的图解并不意味着是任何特定钻地工具或切削元件的实际视图，而仅仅是用来描述本公开的实施例的理想化示图。另外，这些图之间共有的元件可保持相同或相似的附图标记。
[0026]本公开的实施例涉及一种钻地工具，所述钻地工具具有与至少一个刮刀附接的仅仅剪切切削元件和与至少另一个刮刀附接的仅仅凿挖切削元件。在一些实施例中，与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量可以大于与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。在其它实施例中，与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量大于与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量。
[0027]如在此所使用的，术语“钻地工具”和“地钻钻头”表示并且包括在地下地层中形成或者扩大井眼期间用于钻进的任何类型的钻头或工具，包括例如固定切削件式钻头、固定切削件式取芯钻头、固定切削件式偏心钻头、固定切削件式双心钻头、混合式钻头、以及固定切削件式扩孔钻、铣刀以及本领域中已知的其它固定切削件式钻头和工具。
[0028]如在此所使用的，术语“聚晶材料”表示并且包括下述任一结构，所述结构包括材料(例如，超研磨材料)的多个晶粒(即，晶体)，所述晶粒通过晶粒间结合而直接结合在一起。材料的单个晶粒的晶体结构在聚晶材料内的空间中可以任意定向。
[0029]如在此所使用的，术语“晶粒间结合”和“相互结合”表示并且包括聚晶材料的毗邻晶粒中的原子之间的任意指向的原子键(例如，共价键、金属化等)
[0030]如在此所使用的，术语“超研磨材料”表示并且包括具有大约3，000Kgf/mm2(29，420MPa)或更大的努氏硬度值的任何材料。超研磨材料包括例如金刚石和立方氮化硼。超研磨材料还可以称作“超硬”材料。
[0031]当在使用时，术语“碳化钨”表示包含钨和碳的化学化合物(诸如WC、W2C、以及WC和W2C的组合)的任何材料合成物。碳化钨包括例如铸造碳化钨、烧结碳化钨和粗晶碳化钨。
[0032]如在此所使用的，术语“剪切切削元件”表示并且包括具有涉及对下方地层进行剪切的主要切削机构的任何切削元件。
[0033]如在此所使用的，术语“凿挖切削元件”表示并且包括具有涉及对下方地层进行凿挖或压碎的主要切削机构的任何切削元件。
[0034]参照图1,示出了钻地工具10,其中与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量大于与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量。钻地工具10包括钻头本体18和布置在其端面20处的多个径向延伸的刮刀14。刮刀14还可从端面20朝向钻头本体18的与端面20相对的端部纵向延伸，在与端面20相对的端部处，可以布置有柄22，所述柄构造用于附接到钻柱。刮刀14可以终止于保径区域24。位于刮刀14之间的喷嘴24可以提供钻井液的出口，所述钻井液可以有助于移除钻屑并且冷却钻地工具10及其部件。喷嘴26可以布置在刮刀14之间的流体流道28中，并且流体流道28可以延伸到邻近保径区域24的排屑槽30。
[0035]参照图2，示出了图1的钻地工具10的端面20的平面图。为了简化起见，已经省略了诸如喷嘴26 (见图1)的一些部件。从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14的总数可以是偶数。例如，六个刮刀14可以从钻地工具10的本体18延伸。与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量大于与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量。例如，仅仅凿挖切削元件16可以附接到两个从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14。因此，在刮刀14的总数为六个的情况下，仅仅剪切切削元件12可以附接到至少三个从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14，以及可以附接到剩余四个刮刀14中的每一个刮刀。在其它实施例中，仅仅凿挖切削元件16可以附接到多于两个从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14。在这样的实施例中，仅仅剪切切削元件12可以附接到多于三个从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14。
[0036]从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14可以布置在至少基本等距地间隔开的角位置处。将刮刀14定位在至少基本等距地间隔开的角位置处可以有助于平衡置于刮刀14上的载荷。例如，在刮刀14的总数为六个的情况下，每个刮刀14均可以与毗邻其的刮刀14成大约60°。因此，在刮刀14的总数为六个的情况下，旋转方向上在前刮刀和旋转方向上在后刮刀14都可以与任何一个选定的刮刀14成大约60°。与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14可以位于相互基本等距地间隔开的角位置处。因此，在凿挖切削元件16附接到两个刮刀14并且刮刀14的总数为偶数的情况下，与凿挖切削元件16附接的刮刀14可以定位成以大约180°间隔开。
[0037]在一些实施例中，可能不期望将刮刀14布置在精确等距地间隔开的角位置处。例如，认为就角位置而言使得钻地工具10的所有刮刀14精确等距地间隔开可能致使如此产生的钻地工具10变得不稳定。因此，刮刀14可以故意地布置在没有精确间隔开的角位置处。例如，每个刮刀14可以布置在下述角位置中，所述角位置与在一些实施例中将刮刀14放置成精确间隔开的位置成±1°、±5°、土 10°、±15°、±20°、±30°或者甚至更大或更小的角度。因此，当提到刮刀14可以“至少基本等距地间隔开”或者定位成以“大约”某角度间隔开时，这意味着刮刀14可故意偏离于将刮刀14放置成精确间隔开的位置。
[0038]作为一个特定的非限制性示例，如图2A所示，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14可以位于一角位置处，与所有刮刀14精确间隔开的情况相比，所述角位置更靠近与仅仅剪切切削元件12附接的紧邻的旋转方向上在前刮刀14。与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14可以以大约15°更靠近与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14，所述仅仅剪切切削元件12紧接旋转地引带与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14。在这样的示例中，凿挖切削元件16相对于剪切切削元件12的相对邻近可以使得不同的切削元件12和16基于应用和/或正在钻进的地层能够更好地平衡置于每个切削元件上的载荷。此外，这样的构造可以使得从切削元件12和16上以及与切削元件12和16附接的刮刀14上能够更容易移除钻屑，从而减小了可能在其它情况下发生的钻屑成球现象。另外，凿挖切削元件16可以限制剪切切削元件12的切削深度，这在剪切切削元件12以侵略性(aggressive)的后倾角定向(例如，以低的负后倾角，以中性后倾角以及以正后倾角)的实施例中是期望的。然而，在其它实施例中，刮刀14可以布置在精确等距地间隔开的角位置处。
[0039]使得与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14定位在至少基本等距地相互间隔开的角位置处可能意味着与仅仅剪切切削元件12附接的最大可行数量的刮刀14介于与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14之间。因此，在一些实施例中，在与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的一侧上的与仅仅剪切切削元件附接的刮刀14的数量可以等于在与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的另一侧上的与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量。例如，在刮刀14的总数为六个并且与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量为三个的情况下，与仅仅剪切切削元件16附接的一个刮刀14可以介于每一对旋转毗邻的与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14之间。在这种示例中，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14可以定位成以大约120°间隔开。
[0040]参照图3，示出了另一种钻地工具10的端面20的平面图。从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14的总数可以是偶数。例如，六个刮刀14可以从钻地工具10的本体18延伸。仅仅剪切切削元件12可以附接到刮刀14，与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量大于与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量。例如，仅仅凿挖切削元件16可以附接到一个从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14。因此，在刮刀14的总数为六个的情况下，仅仅剪切切削元件12可以附接到至少两个从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14，以及可以附接到剩余五个刮刀14中的每一个。
[0041]从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14可以布置在至少基本等距地间隔开的角位置处。例如，在刮刀14的总数为六个的情况下，每个刮刀14均可以与毗邻其的刮刀14成大约60°。因此，在刮刀14的总数为六个的情况下，旋转方向上在前刮刀和旋转方向上在后刮刀14都可以与任意选定的刮刀14成大约60°。
[0042]参照图4，示出了又一种钻地工具10的端面20的平面图。从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14的总数为奇数。例如，三个刮刀14可以从钻地工具10的本体18延伸。仅仅剪切切削元件12可以附接到刮刀14，与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量大于与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量。例如，仅仅凿挖切削元件16可以附接到一个从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14。因此，在刮刀14的总数为三个的情况下，仅仅剪切切削元件12可以附接到至少两个从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14，以及可以附接到剩余两个刮刀14中的每一个。
[0043]从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14可以布置在至少基本等距地间隔开的角位置处。例如，在刮刀14的总数为三个的情况下，每个刮刀14均可以与毗邻其的刮刀14成大约120°。因此，在刮刀14的总数为三个的情况下，旋转方向上在前刮刀和旋转方向上在后刮刀14都可以与任意选定的刮刀14以大约120°间隔开。
[0044]参照图5，示出了再一种钻地工具10的端面20的平面图。从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14的总数可以是奇数。例如，五个刮刀14可以从钻地工具10的本体18延伸。仅仅剪切切削元件12可以附接到刮刀14，与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量大于与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量。例如，仅仅凿挖切削元件16可以附接到两个从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14。因此，在刮刀14的总数为五个的情况下，仅仅剪切切削元件12可以附接到至少三个从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14，以及可以附接到剩余三个刮刀14中的每一个。在其它实施例中，仅仅凿挖切削元件16可以附接到多于两个从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14。在这种实施例中，仅仅剪切切削元件12可以附接到多于三个从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14。
[0045]从钻地工具10的本体18延伸的刮刀14可以布置在至少基本等距地间隔开的角位置处。例如，在刮刀14的总数为五个的情况下，每个刮刀14均可以与毗邻其的刮刀14成大约72°。因此，在刮刀14的总数为五个的情况下，旋转方向上在前刮刀和旋转方向上在后刮刀14都可以与任意选定的刮刀14成大约72°。与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14可以定位在至少基本等距地相互间隔开的角位置处。因此，在仅仅凿挖切削元件16附接到两个刮刀14并且刮刀14的总数为五个的情况下，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14可以定位成沿着钻地工具10的旋转方向间隔开大约144°，以及可以沿着与钻地工具10旋转方向相反的方向间隔开大约216°。
[0046]使得与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14定位在至少基本等距地相互间隔开的角位置处可以意味着与仅仅剪切切削元件12附接的最大可行数量的刮刀14介于与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14之间。因此，在一些实施例中，在与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的一侧上的与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量可以不等于在与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的另一侧上的与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量。例如，在刮刀14的总数为七个并且与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量是两个的情况下，在一侧上，三个与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14可以介于与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的之间，在另一侧上，两个与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14可以介于与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14之间。在这样的示例中，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14可以在一侧上定位成以大约206°间隔开，以及可以在另一侧上定位成以大约154°间隔开。
[0047]在诸如图1至图5中示出的钻地工具10中的任意一种钻地工具上，与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量大于与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量可以提高钻地工具10尤其在混合地层中的性能。例如，在待钻的地层包括至少一些相对软区域(诸如沙、页岩或粘土的区域)和至少一些相对硬区域，(诸如硬石灰岩、硬砂岩、白云石或硬石膏的区域)的情况下，附接主要使用剪切切削机构(即，剪切切削元件12)移除下方地层的一些切削元件和附接主要使用凿挖或压碎切削机构(即，凿挖切削元件16)移除下方地层的一些其它切削元件可以提高钻地工具10的效率，可以防止损坏钻地工具10，以及可以更有效地分配置于钻地工具10上的载荷。作为一个特定的非限制性示例，在计划的钻进路径主要通过相对软的地层和至少一个相对硬的地层的情况下，凿挖切削元件16可以在相对硬的地层内提供增强的土移除并且可以减小在剪切切削元件12上可能发生的磨损。因此，与将仅仅剪切切削元件12附接到钻地工具10的情况相比，凿挖切削元件16可以使得钻地工具10能够更为有效地钻进通过地层。
[0048]参照图6A，示出了旋转引带剪切切削元件12和旋转跟随凿挖切削元件16。尽管切削元件12和16在钻孔中旋转时可以沿着螺旋(例如，螺旋形)路径行进，但是为了简化起见，图解了具有直线路径17的切削元件12和16。如图6A所示，旋转跟随凿挖切削元件16可以切削有一切口，其在本领域中也称为割口(swath)或槽，所述切口的中心与旋转引带剪切切削元件12的切口的中心至少基本对准。因此，在一些实施例中，附接到钻地工具10的每个旋转跟随凿挖切削元件16 (见图1至图5)均可以与对应的旋转引带剪切切削元件12至少基本对准。这样的切削元件构造可以增加与切削元件12和16附接的钻地工具10的稳定性(见图1至图5)并且致使钻地工具10 (见图1至图5)自动定心(即，能够钻出至少基本竖直的钻孔)。在一些实施例中，切削元件12和16可以具有相等或者不同的暴露量(SP，切削元件12和16在与所述切削元件12和16附接的刮刀14上方延伸的距离)，以及可以具有相等或者不同的后倾角和侧倾角。
[0049]参照图6B，示出了旋转引带剪切切削元件12和旋转跟随凿挖切削元件16。如图6B所示，旋转跟随凿挖切削元件16可以切削有切口，所述切口的中心偏离旋转引带剪切切削元件12的切口的中心。这种切削元件构造可以改进与切削元件12和16附接的钻地工具10的钻孔切削元件覆盖范围(见图1至图5)，这在偏心旋转是必需的并且使得钻地工具10 (见图1至图5)蜿蜒曲折卿，钻出非直线的钻孔，诸如螺旋形钻孔)的应用(诸如定向钻进)中是有利的。在一些实施例中，旋转跟随凿挖切削元件16的多达一半的直径可以延伸超出旋转引带剪切切削元件12的侧部。在一些实施例中，切削元件12和16可以具有相等或者不同的暴露量(即，切削元件12和16在与所述切削元件12和16附接的刮刀14上方延伸的距离)，以及可以具有相等或者不同的后倾角和侧倾角。
[0050]参照图6C，示出了旋转引带剪切切削元件12和旋转跟随凿挖切削元件16。如图6C所示，旋转跟随凿挖切削元件16可以切削有切口，所述切口的中心偏离旋转引带剪切切削兀件12的切口的中心。在一些实施例中，旋转跟随凿挖切削兀件16的大于一半的直径可以延伸超出旋转引带剪切切削元件12的侧部。在一些实施例中，切削元件12和16可以具有相等或者不同暴露量(即，切削元件12和16在与所述切削元件12和16附接的刮刀14上方延伸的距离)，以及可以具有相等或者不同的后倾角和侧倾角。
[0051]参照图6D，示出了旋转引带剪切切削元件12和旋转跟随凿挖切削元件16。如图6D所示，旋转跟随凿挖切削元件16可以切削有槽，所述槽的中心偏离所述旋转引带剪切切削元件12的槽的中心。在一些实施例中，由旋转跟随凿挖切削元件16所切削的槽都不能与由旋转引带剪切切削元件12所切削有的槽重叠。在一些实施例中，切削元件12和16可以具有相等或者不同的暴露量(即，切削元件12和16在与所述切削元件12和16附接的刮刀14上方延伸的距离)，以及可以具有相等或者不同的后倾角和侧倾角。
[0052]参照图7,示出了一种钻地工具10',所述钻地工具10'的与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量大于与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量。钻地工具10'包括钻头本体18和布置在其端面20处的多个径向延伸的刮刀14。刮刀14还可以从端面20朝向钻头本体18的与端面20相对的端部到达保径区域24纵向延伸，在与端面20相对的端部处，可以布置有柄22，所述柄22构造成用于附接到钻柱。位于刮刀14之间的喷嘴26可以提供钻井液的出口，所述钻井液可以有助于移除钻屑并且冷却钻地工具10'及其部件。喷嘴26可以布置在刮刀14之间的流体流道28中，并且所述流体流道28可以延伸到邻近保径区域24的排屑槽30。
[0053]参照图8，示出了图7的钻地工具1(V的端面20的平面图。为了简化起见，已经省略了诸如喷嘴26 (见图7)的一些部件。从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14的总数可以是偶数。例如，六个刮刀14可以从钻地工具10'的本体18延伸。仅仅凿挖切削元件16可以附接到刮刀14，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量大于与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量。例如，仅仅剪切切削元件12可以附接到两个从钻地工具1(V的本体18延伸的刮刀14。因此，在刮刀14的总数为六个的情况下，仅仅凿挖切削元件16可以附接到至少三个从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14，以及可以附接到剩余四个刮刀中的每一个。在其它实施例中，仅仅剪切切削元件12可以附接到大于两个从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14。在这样的实施例中，仅仅凿挖切削元件16可以附接到大于三个从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14。
[0054]从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14可以布置在至少基本等距地间隔开的角位置处。使得刮刀14定位在至少基本等距地间隔开的角位置处可以有助于平衡置于刮刀14上的载荷。例如，在刮刀14的总数为六个的情况下，每个刮刀14均可以与毗邻其的刮刀14成大约60°。因此，在刮刀14的总数为六个的情况下，旋转方向上在前刮刀和旋转方向上在后刮刀14均可以与任意选定的刮刀14成大约60°。与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14可以定位在至少基本等距地相互间隔开的角位置处。因此，在仅仅剪切切削元件12附接到两个刮刀14并且刮刀14的总数为七个的情况下，与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14可以定位成以大约180°间隔开。
[0055]使得与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14定位在至少基本等距地相互间隔开的角位置处可以意味着与仅仅凿挖切削元件16附接的最大可行数量的刮刀14介于与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14之间。因此，在一些实施例中，在与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的一侧上的与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量可以等于在与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的另一侧上的与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量。例如，在刮刀14的总数为七个并且与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量为三个的情况下，与仅仅凿挖切削元件16附接的一个刮刀14可以介于每一对旋转毗邻的与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14之间。在这个示例中，与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14可以定位成以大约120°间隔开。
[0056]参照图9，示出了另一种钻地工具10'的端面20的平面图。从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14的总数可以是偶数。例如，六个刮刀14可以从钻地工具1(V的本体18延伸。仅仅凿挖切削元件16可附接到刮刀14，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量大于与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量。例如，仅仅剪切切削元件12可以附接到一个从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14。因此，在刮刀14的总数为六个的情况下，仅仅凿挖切削元件16可以附接到至少两个从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14，以及可以附接到剩余五个刮刀14中的每一个。
[0057]从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14可以布置在至少基本等距地间隔开的角位置处。例如，在刮刀14的总数为六个的情况下，每个刮刀14均可以与毗邻其的刮刀14成大约60°。因此，在刮刀14的总数为六个的情况下，旋转方向上在前刮刀和旋转方向上在后刮刀14可以与任意选定的刮刀14成大约60°。
[0058]在一些实施例中，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14中的至少一个可以倾斜以便沿着一方向延伸，所述方向与在刮刀14的中心轴线36与钻头本体18的刮刀14从其突出的径向外表面32的交叉点处的切线成倾角Θ。例如，与仅仅凿挖切削元件16附接的五个刮刀14中的至少一个可以沿着一方向延伸，所述方向与切向于钻头本体18的径向外表面32的线成倾角Θ。因此，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14中的其它刮刀可以沿着与切向于钻头本体18的径向外表面32的线垂直的方向延伸。例如，刮刀14可以倾斜的倾角Θ可以大于45°并且小于90°。作为一个特定的非限制性示例，倾角Θ可以为大约60°、大约70°或者大约80°。在一些实施例中，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14中的每一个的倾角Θ可以至少基本相等。在其它实施例中，至少一个刮刀14可以倾斜的倾角Θ与至少另一个刮刀14倾斜的倾角Θ不同(例如，大于或者小于)。例如，每个刮刀14均可以以不同于每个其它刮刀14倾斜的倾角Θ的独特倾角Θ倾斜。使得与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14倾斜可以使得能够从凿挖切削元件16和与所述凿挖切削元件附接的刮刀14更有效地冲洗出已经从下方地层移除的钻屑。因此，与刮刀14不倾斜的实施例相比，减小了钻屑成球到(即，附着)凿挖切削元件16和与所述凿挖切削元件16附接的刮刀14的现象。
[0059]参照图10，示出了另一种钻地工具10'的端面20的平面图。从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14的总数可以是奇数。例如，三个刮刀14可以从钻地工具10'的本体18延伸。仅仅凿挖切削元件16可以附接到刮刀14，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量大于与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量。例如，仅仅剪切切削元件12可以附接到一个从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14。因此，在刮刀14的总数为三个的情况下，仅仅凿挖切削元件16可以附接到至少两个从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14，以及可以附接到剩余两个刮刀14中的每一个。
[0060]从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14可以布置在至少基本等距地间隔开的角位置处。例如，在刮刀14的总数为三个的情况下，每个刮刀14均可以与毗邻其的刮刀14成大约120°。因此，在刮刀14的总数为三个的情况下，旋转方向上在前刮刀和旋转方向上在后刮刀14都可以与任意选定的刮刀14成大约120°。
[0061]参照图11，示出了又一种钻地工具10'的端面20的平面图。从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14的总数可以是奇数。例如，五个刮刀14可以从钻地工具10'的本体18延伸。仅仅凿挖切削元件16可以附接到刮刀14，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量大于与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量。例如，仅仅剪切切削元件12可以附接到两个从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14。因此，在刮刀14的总数为五个的情况下，仅仅凿挖切削元件16可以附接到至少三个从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14，以及可以附接到剩余三个刮刀14中的每一个。在其它实施例中，仅仅剪切切削元件12可以附接到大于两个从钻地工具1(V的本体18延伸的刮刀14。在这样的实施例中，仅仅凿挖切削元件16可以附接到大于三个从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14。
[0062]从钻地工具10'的本体18延伸的刮刀14可以布置在至少基本等距地间隔开的角位置处。例如，在刮刀14的总数是五个的情况下，每个刮刀14均可以与毗邻其的刮刀14成大约72°。因此，在刮刀14的总数为五个的情况下，旋转方向上在前刮刀和旋转方向上在后刮刀14都可以与任意选定的刮刀14成大约72°。与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14可以定位在至少基本等距地相互间隔开的角位置处。因此，在仅仅凿挖切削元件16附接到两个刮刀14并且刮刀14的总数为五个的情况下，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14可以定位成沿着钻地工具10'的旋转方向以大约144°间隔开，并且可以定位成沿着与钻地工具1(V的旋转方向相反的方向以大约216°间隔开。
[0063]在一些实施例中，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14中的至少一个可以倾斜以沿着一方向延伸，所述方向与在刮刀14的中心轴线与钻头本体18的刮刀14从其突出的径向外表面32的交叉点处相切的线成倾角Θ。例如，与仅仅凿挖切削元件16附接的五个刮刀14中的三个可以沿着一方向延伸，所述方向与切向于钻头本体18的径向外表面32的线成倾角Θ。因此，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14中的每一个均可以倾斜。在其它实施例中，与仅仅凿挖切削元件16附接的至少一个刮刀14可以沿着与切向于钻头本体8的径向外表面32的线垂直的方向延伸。例如，刮刀14可倾斜的倾角Θ可以大于45°并且小于90°。作为一个特定的非限制性示例，倾角可以为大约60°、大约70°或者大约80°。在一些实施例中，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14中的每一个倾斜的倾角Θ可以至少基本相等。在其它实施例中，至少一个刮刀14可以倾斜的倾角Θ与至少另一个刮刀14倾斜的倾角Θ不同(例如，大于或者小于)。例如，每个刮刀14可以以与每个其它刮刀14倾斜的倾角Θ不同的独特倾角Θ倾斜。使得与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14倾斜可以使得能够从凿挖切削元件16和与所述凿挖切削元件16附接的刮刀14更加有效冲洗出已经从下方地层移除的钻屑。因此，与刮刀14不倾斜的实施例相比，可减小钻屑成球到(粘着)凿挖切削元件16和与所述凿挖切削元件16附接的刮刀14的现象。
[0064]在诸如图6至图10中示出的钻地工具10'中的任意一个钻地工具10'上，与仅仅凿挖切削元件16附接的刮刀14的数量大于与仅仅剪切切削元件12附接的刮刀14的数量可以提高钻地工具10'尤其在混合地层中的性能。例如，在待钻的地层包括至少一些相对软区域(诸如沙、页岩或者粘土的区域)和至少一些相对硬区域(诸如硬石灰岩、硬砂岩、白云石或者硬石膏的区域)的情况下，附接主要使用剪切切削机构(即，剪切切削元件16)移除下方地层的一些切削元件和附接主要使用凿挖或压碎切削机构(即，凿挖切削元件16)移除下方地层的一些其它切削元件可以提高钻地工具10'的效率，可以防止损坏钻地工具10'，以及可以更有效地分配置于钻地工具10'上的载荷。作为一个特定的非限制性示例，在计划的钻进路径主要通过相对硬地层和至少一种相对软地层的情况下，剪切切削元件12可以在相对软地层内提供增强的土移除并且可以减小对凿挖切削元件16可能造成的磨损。因此，与将仅仅凿挖切削元件16附接到钻地工具10'的情况相比，剪切切削元件12可以使得钻地工具10'能够更为有效地钻进通过地层。
[0065]参照图12A，示出了旋转引带凿挖切削元件16和旋转跟随剪切切削元件12。尽管切削元件12和16在钻孔中旋转时可以沿着螺旋(例如，螺旋形)路径行进，但是为了简化起见，图解了具有直线路径17的切削元件12和16。如图12A所示，旋转跟随剪切切削元件12可以切削有一切口，所述切口的中心与旋转引带凿挖切削元件16的切口的中心至少基本对准。因此，在一些实施例中，附接到钻地工具10'的每个旋转跟随剪切切削元件12(见图7至图11)可以与对应的旋转引带凿挖切削元件16至少基本对准。在其它实施例中，至少一个旋转跟随剪切切削元件12可以偏离于对应的旋转引带凿挖切削元件16。这样的切削元件构造可以增加与切削元件12和16附接的钻地工具10'(见图7至图11)的稳定性，并且致使钻地工具10'(见图7至图11)自动定心(即，能够钻出至少基本竖直的钻孔)。在一些实施例中，切削元件12和16 了可以具有相等或者不同的暴露量(即，切削元件12和16在与所述切削元件12和16附接的刮刀14上方延伸的距离)，以及可以具有相等或者不同的后倾角和侧倾角。
[0066]参照图12B，示出了旋转引带凿挖切削元件16和旋转跟随剪切切削元件12。如图12B所示，旋转跟随剪切切削元件12可以切削有一切口，所述切口的中心偏离旋转引带凿挖切削元件16的切口的中心。在一些实施例中，旋转跟随剪切切削元件12的高达一半的直径可以延伸超出旋转引带凿挖切削元件16的侧部。这种切削元件构造可以改进与切削元件12和16附接的钻地工具10的钻孔切削元件覆盖范围(见图1至图5)，这在偏心旋转(诸如在定向钻进中)是必需的并且使得钻地工具(见图1至图5)蜿蜒曲折(B卩，钻出非直线钻孔，例如，螺旋形钻孔)的应用中可以是有利的。在一些实施例中，切削元件12和16可以具有相同或者不同的暴露量(即，切削元件12和16在与所述切削元件12和16附接的刮刀14上方延伸的距离)，以及可以具有相等或者不同的后倾角和侧倾角。[0067]参照图12C，示出了旋转引带凿挖切削元件16和旋转跟随剪切切削元件12。如图12C所示，旋转跟随剪切切削元件12可以切削有一切口，所述切口的中心偏离旋转引带凿挖切削元件16的切口的中心。在一些实施例中，旋转跟随剪切切削元件12的大于一半的直径可以延伸超出旋转引带凿挖切削元件16的侧部。在一些实施例中，切削元件12和16可以具有相等或者不同的暴露量(即，切削元件12和16在与所述切削元件12和16附接的刮刀14上方延伸的距离)，以及可以具有相等或者不同的后倾角和侧倾角。
[0068]参照图12D，示出了旋转引带凿挖切削元件16和旋转跟随剪切切削元件12。如图12D所示，旋转跟随剪切切削元件12可以切削有一槽，所述槽的中心偏离所述旋转引带凿挖切削元件16的槽的中心。在一些实施例中，由旋转跟随剪切切削元件12所切削的槽都不能与由旋转引带凿挖切削元件16所切削有的槽重叠。在一些实施例中，切削元件12和16可以具有相等或者不同的暴露量(S卩，切削元件12和16在与所述切削元件12和16附接的刮刀14上延伸的距离)，以及可以具有相等或者不同的后倾角和侧倾角。
[0069]参照图13，示出了接合下方地层38的凿挖切削元件16和剪切切削元件12的简化剖视图。附接到钻地工具10的刮刀14的剪切切削元件12可以以负后倾角40定向。附接到钻地工具10的刮刀14的凿挖切削元件16可以以正后倾角42定向。当钻地工具10在钻孔内旋转时，剪切切削元件12和凿挖切削元件16中的至少一些可以接合下方地层38，以便于其移除。例如，凿挖切削元件16可以进行凿挖和压碎，这对于移除地层38的以岩层44为特征的相对较硬的部分尤为有效。比较而言，剪切切削元件12可以进行剪切，这对移除地层38的相对较软的部分46尤为有效。另外，凿挖切削元件16可以诸如通过压碎下方地层的硬部分而破坏下方地层38，从而产生破坏带，所述破坏带与由剪切切削元件12所产生的破坏带相比具有更大的深度，如图13所示。
[0070]参照图14至图19，示出了可以附接到诸如图1至图5中示出的钻地工具10和图7至图11中示出的钻地工具10'中的任意一种钻地工具的凿挖切削元件16的剖视图。凿挖切削元件16可以包括聚晶超研磨材料48，所述聚晶超研磨材料在界面52处附接到衬底50的端部。聚晶超研磨材料48可以包括构造成凿挖和压碎地层的多种形状，所述多种形状诸如是凿形、圆顶形、圆锥形以及本领域中已知的其它形状。衬底50可以包括构造成支撑聚晶超研磨材料48的形状(诸如圆柱形)。聚晶超研磨材料48之间的界面52在一些实施例(例如图15所示)中可以是平面的。在其它实施例中，诸如在图14和图16至图18中示出的那些实施例中，聚晶超研磨材料48之间的界面52可以包括非平面界面设计，诸如一系列突出部和凹陷部、同心环、径向延伸的梯级和本领域中已知的其他非平面界面设计。
[0071]参照图20和21，示出了可以附接到诸如在图1至图5示出的钻地工具10和在图7至11中示出的钻地工具10'中的任意一种钻地工具的剪切切削元件12的剖视图。剪切切削元件12可以包括聚晶超研磨材料48，所述聚晶超研磨材料在界面52处附接到衬底50的端部。聚晶超硬材料48可以包括构造成剪切地层的形状，所述形状诸如是盘状、圆柱形和本领域中已知的其它形状。衬底50可以包括构造成支撑聚晶超研磨材料48的形状(诸如圆柱体)。聚晶超研磨材料48之间的界面52在一些实施例(例如如图20所示)中可以是平面的。在其它实施例中，例如如图21所示，聚晶超研磨材料48之间的界面52可以包括非平面界面设计，诸如一系列突出部和凹陷部、同心环、径向延伸的梯级和本领域中已知的其它非平面界面设计。[0072]聚晶超研磨材料48可以包括例如合成金刚石、天然金刚石、合成金刚石和天然金刚石的组合、立方氮化硼、氮化碳和本领域中已知的其它聚晶超研磨材料。在一些实施例中，在用于形成聚晶超研磨材料48的工艺(通常为高温/高压“HTHP”工艺)中使用的催化剂材料可以布置在超研磨材料的相互结合晶粒之间的空隙空间中。在其它实施例中，可以从聚晶超研磨材料48的超研磨材料的相互结合晶粒之间的间隙空间中移除催化剂材料中的至少一些(例如，使用溶浸剂(诸如王水))。
[0073]用于形成聚晶超研磨材料的HTHP工艺的一个示例可以包括在大于大约5.0GPa的压力条件下和在大于大约1，400°C的温度条件下在热压力机中按压超研磨材料的多个颗粒(例如，晶粒或者晶体)，尽管HTHP工艺的准确操作参数将根据正在使用的各种材料的具体成分和数量而发生变化。热压力机中的压力可以大于大约6.5MPa (例如，大约7GPa)，并且在一些实施例中可以甚至超过8.0GPa。而且，正被烧结的材料可以保持这样的温度和压力一段时间，所述一段时间介于大约30秒至大约20分钟之间。
[0074]衬底50可以包括适于在钻地应用中使用的硬质材料。硬质材料可以包括例如陶瓷金属合成材料(即，“金属陶瓷”材料)，所述陶瓷金属合成材料包括分散在金属基底材料中的多个硬质陶瓷颗粒。硬质陶瓷颗粒可以包括碳化物、氮化物、氧化物和硼化物(包括碳化硼(b4c))。更具体地，硬质陶瓷颗粒可以包括由诸如钨、钛、钥、铌、钒、氟化氢、钽、铬、锆、铝和硅的元素制成的碳化物和硼化物。举例说明而非限制性地，可以用于形成硬质陶瓷颗粒的材料包括碳化钨、碳化钛(Tic)、碳化钽(TaC)、碳化钛(TiB2)、碳化铬、氮化钛(TiN)、氧化铝(A1203)、氮化铝(AlN)和碳化硅(SiC)。陶瓷金属复合材料的金属基底材料可以包括例如钴基合金、铁基合金、镍基合金、铁和镍基合金、钴和镍基合金、以及铁和钴基合金。基底材料还可以选自商业上的纯元素，诸如，钴、铁和镍。作为一个特定的非限制性示例，硬质材料可以在钻基底中包括多颗碳化鹤颗粒，在本领域中称为钻鹤硬质合金。
[0075]包括从钻头本体18延伸的刮刀14，钻头本体18可以包括适于在钻地应用中使用的材料。例如，钻头本体18可以包括与衬底50相结合的先前描述的硬质材料中的任意一种。也考虑其它材料，诸如铁和钢。在一些实施例中，超研磨材料的颗粒可以分散在钻头本体18中并且至少部分地嵌入所述钻头本体18内。在一些实施例中，表面硬化可以应用于在钻地工具10和10'的外表面，例如应用于刮刀14上、应用于排屑槽30内和应用于在保径区域24上。
[0076]可以使用本领域中已知的传统工艺(诸如例如机加工、铸造和烧结)来形成钻头本体18。同样，剪切切削元件12和凿挖切削元件16可以通过例如钎焊、机械干涉和本领域中已知的其它附接方式而附接到钻地工具10或10'的刮刀14。
[0077]尽管在此已经针对某些实施例描述了本发明，但是本领域中的那些普通技术人员应当承认并且认识到的是本发明并不受此限制。而是，在不悖离本发明的此后声明的范围的前提下，可以对在此所描述的实施例做出很多添加、删除和修改。另外，来自一个实施例的特征可以与另一个实施例中的特征相组合，而仍然包括在由本发明人所关注的本发明的范围内。
[0078]结论
[0079]在一些实施例中，地钻钻头包括钻头本体,所述钻头本体具有多个径向延伸的刮刀和附接到所述多个径向延伸刮刀的多个切削元件。仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少一个刮刀。仅仅剪切切削元件附接到所述多个径向延伸刮刀的至少另一个刮刀。多个径向延伸的刮刀中的与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量不同于多个径向延伸的刮刀中的与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。
[0080]在其它实施例中，用于形成地钻钻头的方法包括形成钻头本体，所述钻头本体包括多个径向延伸的刮刀。仅仅凿挖切削元件附接到多个径向延伸刮刀中的至少一个刮刀。仅仅剪切切削元件附接到多个径向延伸刮刀中的至少另一个刮刀。与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量不同于与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。
[0081]下面描述了本公开的其它非限制性、说明性实施例。
[0082]实施例1:地钻钻头包括钻头本体,所述钻头本体具有多个径向延伸刮刀和附接到所述多个径向延伸刮刀的多个切削元件。仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少一个刮刀。仅仅剪切切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少另一个刮刀。仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的多个刮刀，多个径向延伸的刮刀中的与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量不同于多个径向延伸的刮刀中的与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。
[0083]实施例2:如实施例1所述的地钻钻头，其中，多个径向延伸的刮刀中的与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量大于多个径向延伸的刮刀中的与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。
[0084]实施例3:如实施例2所述的地钻钻头，其中，与仅仅凿挖切削元件附接的至少一个刮刀位于一角位置处，所述角位置与所有刮刀精确等距地间隔开的情况相比更加旋转更靠近与仅仅剪切切削元件附接的紧邻的旋转方向上在前刮刀。
[0085]实施例4:如实施例2或3所述的地钻钻头，其中，仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的仅仅一个刮刀。
[0086]实施例5:如实施例2或3所述的地钻钻头，其中，仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少两个刮刀。
[0087]实施例6:如实施例5所述的地钻钻头，其中，多个径向延伸刮刀中的所述至少两个刮刀位于至少基本等距地相互间隔开的角位置处。
[0088]实施例7:如实施例1所述的地钻钻头，其中，所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量大于所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量。
[0089]实施例8:如实施例7所述的地钻钻头，其中，仅仅剪切切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的仅仅一个刮刀。
[0090]实施例9:如实施例7所述的地钻钻头，其中，仅仅剪切切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少两个刮刀。
[0091]实施例10:如实施例9所述的地钻钻头，其中，所述多个径向延伸的刮刀中的至少两个刮刀位于基本等距地相互间隔开的角位置处。
[0092]实施例11:如实施例7至10中的任意一个所述的地钻钻头，其中，多个刮刀中的与仅仅凿挖切削元件附接的至少一个刮刀沿着一方向从钻头本体延伸，所述方向与所述至少一个刮刀的中心轴线和钻头本体的所述至少一个刮刀从其突出的径向外表面的交叉点处的切线成一倾角。[0093]实施例12:如实施例1至11中的任意一个所述的地钻钻头，其中，凿挖切削元件包括聚晶超研磨材料，所述聚晶超研磨材料为圆顶形、凿形和圆锥形中的至少一种。
[0094]实施例13:如实施例1至12中的任意一个所述的地钻钻头，其中，剪切切削元件包括盘状的聚晶超研磨材料。
[0095]实施例14:如实施例1至13中的任意一个所述的地钻钻头，其中，多个切削元件包括切削结构，所述切削结构包括聚晶超研磨材料，所述聚晶超研磨材料附接到包括硬质材料的衬底的端部。
[0096]实施例15:如实施例1至14中的任意一个所述的地钻钻头，其中，凿挖切削元件和剪切切削元件中的仅仅一种附接到所述多个径向延伸的刮刀中的每一个刮刀。
[0097]实施例16:—种用于形成地钻钻头的方法包括形成钻头本体，所述钻头本体包括多个径向延伸的刮刀。仅仅凿挖切削元件附接到多个径向延伸的刮刀中的至少一个刮刀。仅仅剪切切削元件附接到多个径向延伸的刮刀中的至少另一个刮刀。与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量不同于与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。
[0098]实施例17:如实施例16所述的方法，其中，将仅仅凿挖切削元件附接到多个径向延伸的刮刀中的至少一个刮刀包括:将仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少两个刮刀。
[0099]实施例18:如实施例17所述的方法，所述方法还包括将多个径向延伸的刮刀中的至少两个刮刀定位在至少基本等距地相互间隔开的角位置处。
[0100]实施例19:如实施例17或18所述的方法，所述方法还包括将凿挖切削元件和剪切切削元件中的仅仅一种附接到所述多个径向延伸的刮刀中的每一个刮刀。
[0101]实施例20:如实施例16至19中的任意一个所述的方法，所述方法还包括使用HTHP工艺来形成凿挖切削元件或者剪切切削元件中的至少一种，所述HTHP工艺包括使得包括超研磨材料的多个颗粒经受至少7.0GPa的压力和至少1，400°C的温度介于30秒钟至20分钟之间。
【权利要求】
1.一种地钻钻头,包括: 钻头本体，所述钻头本体具有多个径向延伸的刮刀和多个切削元件，所述多个切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀； 其中，仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少一个刮刀； 仅仅剪切切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少另一个刮刀；以及 所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量不同于所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。
2.根据权利要求1所述的地钻钻头，其中，所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量大于所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。
3.根据权利要求2所述的地钻钻头，其中，与仅仅凿挖切削元件附接的至少一个刮刀以一角位置定位，与所有刮刀精确等距地间隔开的情况相比，所述角位置旋转地更靠近与仅仅剪切切削元件附接的紧邻的旋转方向上在前刮刀。
4.根据权利要求2所述的地钻钻头，其中，仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的仅仅一个刮刀。
5.根据权利要求2所述的地钻钻头，其中，仅仅所述凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少两个刮刀。
6.根据权利要求 5所述的地钻钻头，其中，所述多个径向延伸的刮刀中的所述至少两个刮刀位于至少基本等距地相互间隔开的角位置处。
7.根据权利要求1所述的地钻钻头，其中，所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量大于所述多个径向延伸的刮刀中的与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量。
8.根据权利要求7所述的钻地工具，其中，所述仅仅剪切切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少一个刮刀。
9.根据权利要求7所述的地钻钻头，其中，所述仅仅剪切切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少两个刮刀。
10.根据权利要求9所述的地钻钻头，其中，所述多个径向延伸的刮刀中的至少两个刮刀位于至少基本等距地相互间隔开的角位置处。
11.根据权利要求7所述的地钻钻头，其中，所述多个刮刀中的与仅仅凿挖切削元件附接的至少一个刮刀沿着一方向从所述钻头本体延伸，所述方向与所述至少一个刮刀的中心轴线和所述至少一个刮刀从所述钻头本体突出的钻头本体径向外表面的交叉点处的切线成一倾角。
12.根据权利要求1所述的地钻钻头，其中，所述凿挖切削元件包括聚晶超研磨材料，所述聚晶超研磨材料是圆顶形、凿形和圆锥形中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的地钻钻头，其中，所述剪切切削元件包括盘状的聚晶超研磨材料。
14.根据权利要求1所述的地钻钻头，其中，所述多个切削元件包括切削结构，所述切削结构包括聚晶超研磨材料，所述聚晶超研磨材料附接到包括硬质材料的衬底的端部。
15.根据权利要求1所述的地钻钻头，其中，凿挖切削元件和剪切切削元件中的仅仅一种附接到所述多个径向延伸的刮刀中的每一个刮刀。
16.一种用于形成地钻钻头的方法，包括: 形成钻头本体，所述钻头本体包括多个径向延伸的刮刀； 将仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少一个刮刀； 将仅仅剪切切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少另一个刮刀； 与仅仅剪切切削元件附接的刮刀的数量不同于与仅仅凿挖切削元件附接的刮刀的数量。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，将仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少一个刮刀包括:将仅仅凿挖切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的至少两个刮刀。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括: 将所述多个径向延伸的刮刀中的至少两个刮刀定位在基本等距地相互间隔开的角位置处。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括: 将所述凿挖切削元件和所述剪切切削元件中的仅仅一种切削元件附接到所述多个径向延伸的刮刀中的每一个刮刀。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括: 使用HTHP工艺来形成所述凿挖切削元件或者所述剪切切削元件中的至少一种，所述HTHP工艺包括使得包括超研磨材料的多个颗粒经受至少7.0GPa的压力和至少1400°C的温度介于30秒钟至20分钟之间。
【文档编号】E21B10/43GK103502556SQ201280021856
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年4月20日 优先权日:2011年5月5日
【发明者】D·加维亚, N·J·莱昂斯, J·M·比伦, D·E·斯科特, R·C·佩斯西尔 申请人:贝克休斯公司