(4,8)]可经等级一到四 力平衡。
[0118]图81和8J说明包括根据多级力平衡技术布设的单集合和轨道集合切割元件的九 叶片井下钻井工具的一个实施例。如图81中所示，所述井下钻井工具的叶片可划分为具有 配置（1，4,7)(2,5,8)(3,6,9)的三叶片组。叶片804、807和810可为主要叶片且可形成第一 叶片组。叶片805、806、808、809、811和812可为次要叶片，使得叶片805、808和811形成第二 叶片组且叶片806、809和812形成第三叶片组。在所说明实施方案中，切割元件1、2和3可分 别布设于主要叶片804、807和810上的三切割元件组中，且所述一组中的每一切割元件可为 单集合。切割元件4、5和6可分别布设于次要叶片805、808和811上的三切割元件组中，且所 述一组中的切割元件可为轨道集合。切割元件7、8和9可分别以三切割元件组布设于次要叶 片806、809和812上，且所述一组中的切割元件可为轨道集合。这些切割元件组可形成切割 元件集合[(1，4,7)(2,5,8)(3,6,9)]。第一叶片组的单集合切割元件可以较高效率钻入地 层，而第二和第三叶片组的轨道集合切割元件可在井下钻井工具钻入地层时提供稳定性。 [0119]如图8J中所示，切割元件集合[(1，4,7)(2,5,8)(3,6,9)]中的切割元件是相邻切 割元件，因为个别切割元件1、2和3、包括轨道集合切割元件4、5和6的三切割元件组以及包 括轨道集合切割元件7、8和9的三切割元件组在钻头面型面824e上紧邻于彼此安置。另外， 如图4A的表401和图5的表501中说明，切割元件集合[(1，4,7)(2,5,8)(3,6,9)]可经等级一 到四力平衡。
[0120]在不脱离本公开的范围的情况下可对图8A到8J做出修改、添加或省略。举例来说， 切割元件可以如图4和5中描述的不同配置布设，和/或任一给定切割元件集合中的第一切 割元件可安置于次要叶片上。另外，切割元件集合可在叶片上重复，使得切割元件布设于井 下钻井工具的所有区中（例如，如图2B中说明的锥体区、鼻部区、肩部区和量规区）。
[0121]图9A、9C、9E、9G和9I说明根据本公开的一些实施方案的示出安置于钻头101或其 它井下钻井工具上的相应钻头面或切割面902&、90213、902〇、902(1和9026的各种组件的示意 图。钻头面902 &、90213、902〇、902(1和9026可各自包括鼻部点903，其界定接近钻头旋转轴线 104定位的内部片段以及从鼻部点903延伸到井下钻井工具的量规垫的外部片段。位于内部 片段中的切割元件可以单集合或轨道集合配置布设。
[0122] 图9B、9D、9F、9H和9J说明根据本公开的一些实施方案的示出与相应图9A、9C、9E、 9G和91中所示的组件对应的复合钻头面型面或复合切割面型面的部分的示意图。为了提供 参照系，图98、90、9?、9!1和町中的每一个包括表示钻头101的钻头旋转轴线104的2轴线以及 指示距旋转轴线104的正交距离的径向轴线106。相对于图9A到9J论述的叶片和相关联切割 元件可安置于如图1和2A到2B中说明的钻头101的外部部分上。图9A到9 J示出根据本公开的 一些实施方案使用多级力平衡技术在井下钻井工具上以轨道集合配置布设切割元件的各 种实施例。
[0123] 图9A和9B说明包括根据多级力平衡技术布设的轨道集合切割元件的五叶片井下 钻井工具的一个实施例。如图9A中所示，所述井下钻井工具的叶片可划分为具有配置（1，3， 5) (2,4)的两叶片组。叶片904、906和908可为主要叶片且可形成第一叶片组。叶片905和907 可为次要叶片且可形成第二叶片组。在所说明实施方案中，切割元件1、2和3可分别布设于 主要叶片904、906和908上的三切割元件组中，且所述一组中的每一切割元件可为轨道集 合。切割元件4和5可分别以两切割元件组布设于次要叶片905和907上，且所述一组中的切 割元件可为轨道集合。这些切割元件组可形成切割元件集合[(1，3,5) (2,4)]。所述两叶片 组的轨道集合切割元件可均匀地分布每一切割元件的负载，且在井下钻井工具钻入地层时 提供稳定性。
[0124] 如图9B中所示，切割元件集合[(1，3,5)(2,4)]中的切割元件是相邻切割元件，因 为包括轨道集合切割元件1、2和3的三切割元件组以及包括轨道集合切割元件4和5的两切 割元件组在钻头面型面924a上紧邻于彼此安置。另外，如图4A的表401和图5的表501中说 明，切割元件集合[(1，3,5)(2,4)]可经等级一到四力平衡。
[0125] 图9C和9D说明包括根据多级力平衡技术布设的轨道集合切割元件的六叶片井下 钻井工具的一个实施例。如图9C中所示，所述井下钻井工具的叶片可划分为具有配置（1，4) (2,5)(3,6)的成对叶片组。叶片904、906和908可为主要叶片，且叶片905、907和909可为次 要叶片。在所说明实施方案中，切割元件1和2可分别以两切割元件组布设于主要叶片904和 次要叶片907上，且所述一组中的切割元件可为轨道集合。切割元件3和4可分别以两切割元 件组布设于次要叶片905和主要叶片908上，且所述一组中的切割元件可为轨道集合。切割 元件7和8可分别以两切割元件组布设于主要叶片906和次要叶片909上，且所述一组中的切 割元件可为轨道集合。这些切割元件组可形成切割元件集合[(1，4)(2,5)(3,6)]。所述成对 叶片组的轨道集合切割元件可均匀地分布每一切割元件的负载，且在井下钻井工具钻入地 层时提供稳定性。
[0126] 如图9D中所示，切割元件集合[(1，4)(2,5)(3,6)]中的切割元件是相邻切割元件， 因为包括轨道集合切割元件1和2的两切割元件组、包括轨道集合切割元件3和4的两切割元 件组以及包括轨道集合切割元件5和6的两切割元件组在钻头面型面924b上紧邻于彼此安 置。另外，如图4A的表401和图5的表501中说明，切割元件集合[(1，4)(2,5)(3,6)]可经等级 一到四力平衡。
[0127] 图9E和9F说明包括根据多级力平衡技术布设的轨道集合切割元件的七叶片井下 钻井工具的一个实施例。如图9E中所示，所述井下钻井工具的叶片可划分为具有配置（1，4， 6) (2,5) (3,7)的三叶片组。叶片904、907和909可为主要叶片且可形成第一叶片组。叶片 905、906、908和910可为次要叶片，使得叶片905和908形成第二叶片组且叶片906和910形成 第三叶片组。在所说明实施方案中，切割元件1、2和3可分别布设于主要叶片904、907和909 上的三切割元件组中，且所述一组中的切割元件可为轨道集合。切割元件4和5可分别以两 切割元件组布设于次要叶片905和908上，且所述一组中的切割元件可为轨道集合。切割元 件6和7可分别以两切割元件组布设于次要叶片906和910上，且所述一组中的切割元件可为 轨道集合。这些切割元件组可形成切割元件集合[(1，4,6)(2,5)(3,7)]。所述三叶片组的轨 道集合切割元件可均匀地分布每一切割元件的负载，且在井下钻井工具钻入地层时提供稳 定性。
[0128] 如图9F中所示，切割元件集合[(1，4,6)(2,5)(3,7)]中的切割元件是相邻切割元 件，因为包括轨道集合切割元件1、2和3的三切割元件组、包括轨道集合切割元件4和5的两 切割元件组以及包括轨道集合切割元件6和7的两切割元件组在钻头面型面924c上紧邻于 彼此安置。
[0129] 图9G和9H说明包括根据多级力平衡技术布设的轨道集合切割元件的八叶片井下 钻井工具的一个实施例。如图9G中所示，所述井下钻井工具的叶片可划分为具有配置（1，5) (3,7)(2,6)(4,8)的成对叶片组。叶片904、906、908和910可为主要叶片，使得叶片904和908 形成第一叶片组且叶片906和910形成第二叶片组。叶片905、907、909和911可为次要叶片， 使得叶片905和909形成第三叶片组且叶片907和911形成第四叶片组。在所说明实施方案 中，切割元件1和2可分别布设于主要叶片904和908上的两切割元件组中，且所述一组中的 切割元件可为轨道集合。切割元件3和4可分别布设于主要叶片906和910上的两切割元件组 中，且所述一组中的切割元件可为轨道集合。切割元件5和6可分别以两切割元件组布设于 次要叶片905和909上，且所述一组中的切割元件可为轨道集合。切割元件7和8可分别以两 切割元件组布设于次要叶片907和911上，且所述一组中的切割元件可为轨道集合。这些切 割元件组可形成切割元件集合[(1，5)(3,7)(2,6)(4,8)]。所述成对或四叶片组的轨道集合 切割元件可均匀地分布每一切割元件的负载，且在井下钻井工具钻入地层时提供稳定性。 [0130]如图9H中所示，切割元件集合[(1，5)(3,7)(2,6)(4,8)]中的切割元件是相邻切割 元件，因为包括轨道集合切割元件1和2的两切割元件组、包括轨道集合切割元件3和4的两 切割元件组、包括轨道集合切割元件5和6的两切割元件组以及包括轨道集合切割元件7和8 的两切割元件组在钻头面型面924d上紧邻于彼此安置。另外，如图4A的表401和图5的表501 中说明，切割元件集合[(1，5)(3,7)(2,6)(4,8)]可经等级一到四力平衡。
[0131]图91和9J说明包括根据多级力平衡技术布设的轨道集合切割元件的九叶片井下 钻井工具的一个实施例。如图91中所示，所述井下钻井工具的叶片可划分为具有配置（1，4， 7)(2,5,8)(3,6,9)的三叶片组。叶片904、907和910可为主要叶片且可形成第一叶片组。叶 片905、906、908、909、911和912可为次要叶片，使得叶片905、908和911形成第二叶片组且叶 片906、909和912形成第三叶片组。在所说明实施方案中，切割元件1、2和3可分别布设于主 要叶片904、907和910上的三切割元件组中，且所述一组中的切割元件可为轨道集合。切割 元件4、5和6可分别布设于次要叶片905、908和911上的三切割元件组中，且所述一组中的切 割元件可为轨道集合。切割元件7、8和9可分别以三切割元件组布设于次要叶片906、909和 912上，且所述一组中的切割元件可为轨道集合。这些切割元件组可形成切割元件集合[(1， 4,7)(2,5,8)(3,6,9)]。所述三叶片组的轨道集合切割元件可均匀地分布每一切割元件的 负载，且在井下钻井工具钻入地层时提供稳定性。
[0132] 如图9J中所示，切割元件集合[(1，4,7)(2,5,8)(3,6,9)]中的切割元件是相邻切 割元件，因为包括轨道集合切割元件1、2和3的三切割元件组、包括轨道集合切割元件4、5和 6的三切割元件组以及包括轨道集合切割元件7、8和9的三切割元件组在钻头面型面924e上 紧邻于彼此安置。另外，如图4A的表401和图5的表501中说明，切割元件集合[(1，4,7)(2,5， 8)(3,6,9)]可经等级一到四力平衡。
[0133] 在不脱离本公开的范围的情况下可对图9A到9J做出修改、添加或省略。举例来说， 切割元件可以如图4和5中描述的不同配置布设，和/或任一给定切割元件集合中的第一切 割元件可安置于次要叶片上。另外，切割元件集合可在叶片上重复，使得切割元件布设于井 下钻井工具的所有区中（例如，如图2B中说明的锥体区、鼻部区、肩部区和量规区）。
[0134] 图1(^、10(：、1(^、106和101说明根据本公开的一些实施方案的示出安置于钻头101 或其它井下钻井工具上的相应钻头面或切割面1002a、1002b、1002c、1002d和1002e的各种 组件的示意图。图1(?、100、1(^、10!1和1(^说明根据本公开的一些实施方案的示出与相应图 10A、10C、10E、10G和101中所示的组件对应的复合钻头面型面或复合切割面型面的部分的 示意图。为了提供参照系，图1(?、100、1(^、10!1和1(^中的每一个包括表示钻头101的旋转轴 线104的z轴线以及指示距旋转轴线104的正交距离的径向轴线106。相对于图10A到10J论述 的叶片和相关联切割元件可安置于如图1和2A到2B中说明的钻头101的外部部分上。图10A 到10J示出根据本公开的一些实施方案在多个层中布设切割元件以在使用多级力平衡技术 设计的井下钻井工具的钻头面型面上形成阶梯型面的各种实施例。
[0135] 图10A和10B说明包括根据多级力平衡技术布设的切割元件的多个层的五叶片井 下钻井工具的一个实施例。如图10A中所示，所述井下钻井工具的叶片可划分为具有配置 (1，3,5)(2,4)的两叶片组。叶片1004、1006和1008可为主要叶片且可形成第一叶片组。叶片 1005和1007可为次要叶片且可形成第二叶片组。在所说明实施方案中，切割元件1、2和3可 分别布设于主要叶片1004、1006和1008上的三切割元件组中，且切割元件4和5可以两切割 元件组分别布设于次要叶片1005和1007上。这些切割元件组可形成切割元件集合[(1，3,5) (2，4)]。第二叶片组中的切割元件4和5可相对于第一叶片组中的切割元件1、2和3下方暴 露。在所说明实施方案中，这两个叶片组中的切割元件可为单集合。在其它实施方案中，第 一叶片组中的切割元件可为单集合，且第二叶片组中的切割元件可为轨道集合，如图8A中 说明。在另外的实施方案中，这两个叶片组中的切割元件可为轨道集合，如图9A中说明。
[0136] 如图10B中所示，切割元件集合[(1，3,5)(2,4)]中的切割元件是相邻切割元件，因 为切割元件1到5在钻头面型面1024a上紧邻于彼此安置。另外，第二叶片组中的切割元件4 和5可相对于第一叶片组中的切割元件1、2和3具有下方暴露(δ)，使得与两个组相关联的钻 头型面为阶梯形。在所说明实施方案中，下方暴露的量可对于第二叶片组中的每一切割元 件大约相同。在其它实施方案中，下方暴露的量可对于第二叶片组中的每一切割元件变化。 由于第一和第二叶片组中的切割元件之间的下方暴露，钻井工具可在井筒(例如，如图1中 说明的井筒114)的末端处形成凹槽，其改善在井筒的钻井期间钻井工具的稳定性。此外，如 图4Α的表401和图5的表501中说明，切割元件集合[(1，3,5)(2,4)]可经等级一到四力平衡。
[0137] 图10C和10D说明包括根据多级力平衡技术布设的切割元件的多个层的六叶片井 下钻井工具的一个实施例。如图l〇C中所示，所述井下钻井工具的叶片可划分为具有配置 (1，3,5)(2,4,6)的两叶片组。叶片1004、1006和1008可为主要叶片且可形成第一叶片组。叶 片1005、1007和1009可为次要叶片且可形成第二叶片组。在所说明实施方案中，切割元件1、 2和3可分别布设于主要叶片1004、1006和1008上的三切割元件组中，且切割元件4、5和6可 分别布设于次要叶片1005、1007和1009上的三切割元件组中。这些切割元件组可形成切割 元件集合[(1，3,5)(2,4,6)]。第二叶片组中的切割元件4、5和6可相对于第一叶片组中的切 割元件1、2和3下方暴露。在所说明实施方案中，这两个叶片组中的切割元件可为单集合。在 其它实施方案中，第一叶片组中的切割元件可为单集合，且第二叶片组中的切割元件可为 轨道集合，如图8C中说明。在另外的实施方案中，这两个叶片组中的切割元件可为轨道集 合，如图9C中说明。
[0138] 如图10D中所示，切割元件集合[(1，3,5)(2,4,6)]中的切割元件是相邻切割元件， 因为每一切割元件1到6在钻头面型面1024b上紧邻于彼此安置。另外，第二叶片组中的切割 元件4、5和6可相对于第一叶片组中的切割元件1、2和3具有下方暴露(δ)，使得与两个组相 关联的钻头型面为阶梯形。在所说明实施方案中，下方暴露的量可对于第二叶片组中的每 一切割元件大约相同。在其它实施方案中，下方暴露的量可对于第二叶片组中的每一切割 元件变化。由于第一和第二叶片组中的切割元件之间的下方暴露，钻井工具可在井筒（例 如，如图1中说明的井筒114)的末端处形成凹槽，其改善在井筒的钻井期间钻井工具的稳定 性。此外，如图4Α的表401和图5的表501中说明，切割元件集合[(1，3,5)(2,4,6)]可经等级 一到四力平衡。
[0139] 图10Ε和10F说明包括根据多级力平衡技术布设的切割元件的多个层的八叶片井 下钻井工具的一个实施例。如图1〇Ε中所示，所述井下钻井工具的叶片可划分为具有配置 (1，5)(3,7)(2,6)(4,8)的成对叶片组。叶片1004、1006、1008和1010可为主要叶片，使得叶 片1004和1008形成第一叶片组且叶片1006和1010形成第二叶片组。叶片1005、1007、1009和 1011可为次要叶片，使得叶片1005和1009形成第三叶片组且叶片1007和1011形成第四叶片 组。在所说明实施方案中，切割元件1和2可分别布设于主要叶片1004和1008上的两切割元 件组中，且切割元件3和4可分别布设于主要叶片1006和1010上的两切割元件组中。切割元 件5和6可分别布设于次要叶片1005和1009上的两切割元件组中，且切割元件7和8可分别布 设于次要叶片1007和1011上的两切割元件组中。这些切割元件组可形成切割元件集合[(1， 5)(3,7)(2,6)(4,8)]。第二叶片组中的切割元件3和4可相对于第一叶片组中的切割元件1 和2下方暴露。