采用副刀具方法的切削结构设计的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于地下钻探操作的钻头。所述钻头包括具有一个或多个刀片的钻头体。所述钻头还包括多个主刀具，每个主刀具设置在至少一个刀片上；和多个副刀具，每个副刀具设置在与上面设置所述主刀具的所述刀片不同的至少一个刀片上。
【专利说明】采用副刀具方法的切削结构设计
[0001]发明背景
[0002]本公开总体上涉及钻探操作，并且更具体地涉及钻头切削结构。
[0003]烃类开采钻探操作通常需要延伸数百米或数千米到达地下的钻孔。钻探操作自身可能是复杂的、耗时的并且昂贵的。增加到钻探操作的开销的一个因数是用于钻入地层的钻头的使用寿命。通常，当钻头磨损时，必须从钻孔移除整个钻柱，替换钻头，并且随后重新开始钻探。相应地，钻头磨损越快，钻柱必须被移除的次数越多，这延迟钻探进展。
[0004]在使用固定刀具钻头的情况下，一种优化钻头及其刀具的使用寿命的常用方法是通过使用较小的刀具、增加刀具密度或增加刀片以容纳额外刀具来增加更多的刀具。然而，刀具的增加通过需要更大的钻压(Weight On Bit，“W0B”)和钻头扭矩(Torque On Bit,“TOB”)导致岩石破裂而影响钻探效率。
【附图说明】
[0005]通过至少部分参考以下描述和附图来理解本公开的一些具体的示例性实施方案。
[0006]图1是根据本公开的各方面的示例性钻探系统的示意图。
[0007]图2是根据本公开的各方面的示例性固定刀具钻头的示意图。
[0008]图3A和图3B是根据本公开的各方面的钻头上的副刀具相对于钻头上的主刀具的示例性放置的示意图。
[0009]图4A和图4B是根据本公开的各方面的示例性接合面积的示意图。
[0010]图4C和图4D是与图4A和图4B中的示例性接合面积对应的示例性负载绘图。
[0011]图5A-5C是根据本公开的各方面的示例性磨损标识，其中某些钻头和/或钻探特性被绘制成钻头上的刀具分布的函数。
[0012]虽然已参考本公开的示例性实施方案描绘并描述以及定义本公开的实施方案，但是此类参考不暗含对本公开的限制，并且不推断出此类限制。所公开的主题能够进行大量修改、变更、以及形式和功能上的等同物，如受益于本公开的本领域技术人员将想到的。本公开的所描绘和描述的实施方案仅作为实例，而不是对本公开的范围的详尽说明。
【具体实施方式】
[0013]本公开总体上涉及钻探操作，并且更具体地涉及钻头切削结构。
[0014]在本文中详细描述了本公开的说明性实施方案。为了清晰起见，在本说明书中并非描述实际实施方式的全部特征。当然，将明白，在任何这种实际实施方案的研发中，必须做出许多特定于实施方式的决定，以实现特定的实施目标，这将随实施方式而有所不同。此夕卜，将明白，虽然研发工作可能是复杂且耗时的，但是这对于本领域中具有本公开的权益的普通技术人员而言是常规任务。
[0015]为了促进对本公开的更好理解，给出某些实施方案的某些实例。以下实例绝不应被解读为限制或定义本公开的范围。本公开的实施方案可适用于任何类型的地层中的水平、垂直、偏离、多边、交叉、绕流(在中等深度的被卡落物周围，并回到井下面)或另外非线性的井筒。实施方案可适用于注入井和生产井，包括天然资源生产井，诸如硫化氢、烃类井或地热井；以及用于跨河隧道的钻孔构造和用于近地表构造目的的其它此类隧道钻孔或用于流体(诸如碳氢化合物)的输送的钻孔U型管道。下文关于一个实施方式描述的实施方案不意图为限制性的。
[0016]本文中使用的术语“耦接”意图指间接或直接连接。因此，如果第一设备耦接到第二设备，则连接可能是通过直接连接或经由其它设备和连接的通过间接的机械或电气连接。
[0017]现在参考附图，图1示出根据本公开的各方面的示例性钻探系统100。钻探系统100包括钻机101，其安装在表面102处并定位在地层104内的钻孔105上方。在所示出的实施方案中，钻探组件106可定位在钻孔105内，并可耦接到钻机101。钻探组件106可包括钻柱107和底部钻具组件(BHA)108。钻柱107可包括螺纹连接的多个节段。BHA 108可包括钻头110、随钻测量(MffD)/随钻测井部分109。钻头110可为固定刀具钻头或将由本领域的普通技术人员鉴于本公开所理解的任何其它钻头类型。虽然钻头110被示出为耦接到常规的钻探组件106，但是其它钻探组件是可能的，包括电缆或钢丝绳钻探组件。当进行钻探操作且钻头110旋转以移除地层104在钻头前面的部分时，来自移除过程的摩擦和热导致钻头磨损。在一定的磨损量之后，必须替换钻头110，这意味着从钻孔105移除整个钻柱107，替换钻头110，并且使钻柱107运行回钻孔105中。这样做可能是昂贵且耗时的。相应地，在不被更换的情况下，钻头可进行有效钻探的时间越长减少了钻探井的时间和成本。
[0018]图2图示根据本公开的各方面的用于地下钻探操作的实例钻头200。在所示出的实施方案中，钻头200包括固定刀具钻头。钻头200包括体203、一个或多个刀片202和被放置在刀片202的切削表面上的多个主刀具201。刀片202的数量和定向可根据将由本领域的普通技术人员鉴于本公开理解的设计参数进行更改。钻头体203可支撑一个或多个刀片202，且可例如完全由钢制造或由钢坯周围的金属基复合材料制成。多个主刀具201可接触地层中的岩石，并在钻头200旋转时移除岩石。多个主刀具201通常可由金刚石制成。例如，多个主刀具201可由人造金刚石粉制成，诸如多晶金刚石复合体或热稳定多晶金刚石;天然金刚石或孕镶金刚石。多个主刀具201可从钻头的纵轴径向向外延伸。
[0019]钻头200还可包括多个副刀具209，其被放置在一个或多个刀片202的切削表面上。多个副刀具209可接触地层中的岩石，并在钻头200旋转时移除岩石。多个副刀具209的每一个可设置在与上面紧随主刀具201的刀片不同的至少一个刀片202上。在优选实施方案中，副刀具209可被放置在两个位置的一个中:(I)离多个主刀具201的至少一个接近180度，以在切削的临界深度导致副刀具201被接合时对力进行平衡，或(2)在直接设置在多个主刀具201的至少一个前面的刀片20 2上，以最小化与来自其它刀具的切削路径接合的交互作用。如将由本领域的普通技术人员明白，出于各种原因，包括但不限于欠暴露容差、刀具力的分布和刀具接合，副刀具209未放置在与主刀具201相同的刀片202上。
[0020]在某些实施方案中，多个副刀具209可用于基于以下项来仅移除少量的受限岩石:每个副刀具209的暴露程度和每个副刀具209相对于其紧随的主刀具201的径向位置，与副刀具209的圆周位置无关。在根据本公开的某些实施方案中，可调整多个副刀具209的暴露(即，副刀具209被暴露以便接触岩石的程度)，以便定制多个主刀具201上的负载，防止磨损，并最小化对钻头效率的影响。根据本公开，多个副刀具209的准确暴露在需要时可根据本文中讨论的与各种钻头和/或钻探特性、刀具的接合面积、接合的弧长等有关的某些视觉观察和输出来进行改变，以定制主刀具201上的负载。例如，在某些实施方案中，每个副刀具209可具有不同的暴露。在其它实施方案中，多个副刀具209的暴露可被构造，使得副刀具209不同时全部接触岩石。如将由本领域中具有本公开的权益的普通技术人员理解，通过改变和/或调整多个副刀具209的暴露，可减少多个主刀具201所经历的负载，同时仅可稍微增加多个副刀具209上的负载。此外，可调整后倾角和副前角，以最小化副刀具209上的负载，且因此最小化对WOB和TOB的影响。
[0021]在某些实施方案中，多个副刀具209可设置在与多个主刀具201相同的路径中，这意味着每个副刀具209可被放置在相对于其紧随的主刀具201的相等径向位置处。在其它实施方案中，多个副刀具209可能不设置在与多个主刀具201相同的路径中。相反，多个副刀具209可从主刀具201径向向内或向外设置。如将由本领域的普通技术人员理解，刀具接合的形状还可影响刀具的负载。径向向内或向外移动副刀具209可允许副刀具209切削不同形状的岩石，所述岩石由于多个主刀具201和多个副刀具209生成的底孔图案而不同程度受限。例如，在一些情况下，岩石与刀具接合的等效面积可能需要不同的负载来使岩石破裂。这可能由于改变破裂岩石所需的负载的接合的几何结构和受限弧长而导致的。
[0022]在根据本公开的某些实施方案中，副刀具209可小于主刀具201、大于主刀具或成形元件(诸如划线刀具)。在比更大刀具可允许的分辨率高的分辨率下，更小刀具元件尺寸可用于定制接合图案。
[0023]如在图2中进一步示出，至少一个袋体205可存在于刀片202中的一个上，并且可将主刀具201和副刀具209至少部分地放置在袋体205内。如将在下文进行详细描述，袋体205可包括位于刀片202的外表面上的凹口或凹陷区域。在所示出的实施方案中，刀片202的每一个可包括沿钻头200的切削结构204隔开的多个袋体。钻头200的切削结构204可包括在钻探操作期间从地层移除岩石的钻头200的一部分。袋体205可在形成刀片202的制造过程期间形成或可在稍后加工。与刀片202的数量和定向类似，刀片202上的袋体205和刀具201、209的数量和定向可根据将由本领域的普通技术人员鉴于本公开理解的设计参数而被更改。
[0024]图3A和图3B是图示根据本公开的各方面的多个副刀具(图2中的参考标号209)相对于多个主刀具(图2中的参考标号201)的替代放置的实例的图示。图3A图示多个副刀具(图2中的参考标号209)的放置，其设置在与多个主刀具(图2中的参考标号201)相同的路径中，并且设置在与上面设置主刀具(图2中的参考标号201)的刀片不同的任何刀片上，优选地在直接设置在主刀具(图2中的参考标号201)前面或180度左右的刀片上。使用参考标号309表不的部分图不了副刀具(图2中的参考标号209)的接合面积。使用参考标号301表不的部分图示了主刀具(图2中的参考标号201)的接合面积。使用参考标号307表示的接合的弧长。如在图3A中示出，副刀具(图2中的参考标号209)的中心线与主刀具(图2中的参考标号201)的中心线对齐。在该构造中，副刀具(图2中的参考标号209)移除位于中心线处的岩石。如在图3A中示出，由副刀具309接合的岩石部分具有高的接合面积与受限的接合弧长比率且因此可被移除，其中每个区域具有相对低的负载。在该构造中，副刀具(图2中的参考标号209)可容易接合以移除副刀具(图2中的参考标号209)的中心线和主刀具(图2张的参考标号201)的中心线附近的岩石。
[0025]图3B图不多个副刀具(图2中的参考标号209)的放置，其从主刀具(图2中的参考标号201)径向偏移，并设置在与上面设置主刀具(图2中的参考标号201)的刀片不同的任何刀片上，优选地直接设置在主刀具(图2中的参考标号201)前面或180度左右的刀片上。如图3A，使用参考标号309表示的部分图示副刀具(图2中的参考标号209)的接合面积，以及使用参考标号301表示的部分图示主刀具(图2中的参考标号201)的接合面积。使用参考标号307表示的接合的弧长。如在图3B中示出，副刀具(图2中的参考标号209)的中心线与主刀具(图2中的参考标号201)的中心线彼此偏移，并且不对齐。在该构造中，由副刀具(图2中的参考标号209)接合的岩石部分具有低的接合面积与受限的接合弧长比率，且因此该面积可能需相对大的负载以使岩石破裂。在该构造中，多个副刀具(图2中的参考标号209)可接合多个副刀具(图2中的参考标号209)的中心线附近的更多受限岩石。
[0026]图4A和图4B是图示具有图3A和图3B中图示的副刀具接合309的两个示例性替代区域对应的以平方英寸计算的相同接合面积的示例性接合面积的图示。在该实例中，副刀具接合面积是.0115平方英寸。虽然副刀具接合面积可相同，但是图4B中的接合的弧长(大约.360英寸)大于图4A中示出的接合的弧长(.272英寸)。图4C和图4D绘制两个示例性接合面积的峰值轴向负载和峰值切削负载。如上文所述并如图4C和图4D中图示，与图4A中的说明性实施方案(大约7501bs轴向负载和7501bs拖曳负载)相比，在图4B的说明性实施方案中，
需要更高的轴向负载和切削负载(大约I，2501bs轴向负载和I，0001bs拖曳负载)使岩石破
m
O
[0027]参考图2，根据本公开的方面，钻头200的有效寿命部分地取决于钻头上的刀具的分布和数量以及钻头上的某个最大磨损区域中的副刀具的放置，所述最大磨损区域通常将承受最大的刀具磨损和/或刀具损坏，且因此比钻头切削结构的剩余部分磨损更快。根据本公开的某些方面，钻头上的这些“最大磨损”区域可包括但不限于主刀具201经历最大能量、最大负载、最大扭矩、最大速度、最大接合和/或最大体积的区域。如将由本领域的普通技术人员鉴于本公开理解，一旦钻头的区域已被磨损，则必须从钻孔移除钻头，即使钻头的剩余部分具有可用的金刚石。在一个示例性实施方案中，如下文将在本公开的上下文内进行描述，固定刀具的区域可被表征为刀具磨损/刀具损坏处于其最大值(g卩，“最大能量”)之前刀具所承受的能量所在的地点处的“最大磨损”。虽然本公开在经历“最大能量”的区域的上下文中讨论“最大磨损”，但是本公开不意图为限制性的。根据本公开的各方面的钻头设计方法可通过在策略上将多个副刀具209放置在钻头的“最大磨损”区域来延长钻头的寿命，从而延长钻头200的使用寿命，并维持或甚至增加钻探效率。如由本领域中具有权益的普通技术人员所理解，多个副刀具209相对于多个主刀具201的放置(如图3A和图3B中图示)以及接合面积和接合的弧长(如在图4A和图4B中图示)可用于在策略上将多个副刀具209放置在某些位置中，以从刀具磨损和刀具负载角度方面提供最大权益。具体而言，可在策略上将副刀具放置在钻头上，以便减少刀具磨损和刀具负载。
[0028]刀具磨损和/或刀具损坏可为各种钻头和/或钻探特性(S卩，参数)的函数，包括但不限于刀具的速度(即，切削速度)、拖曳负载、轴向负载、径向负载、总负载、接合的岩石面积、刀具所移除的岩石体积、接合的弧长、扭矩、能量、功率、功、温度、摩擦力、岩石特性(诸如硬度、磨蚀性、孔隙度、抗压强度、均匀性等)或这种参数的任何组合。岩石特性难以预测并测量，但是上述列出的刀具的速度和任何其它测量参数可用于大致估计刀具磨损和/或刀具损坏。根据本公开的某些方面，刀具磨损和/或刀具损坏可使用上述列出的参数中的任何一个来大致估计，包括动能(“KE”)和机械比能(“MSE” )，这可被计算成上述枚举参数的函数。在某些实施方案中，以下KE和MSE方程式可用于大致估计刀具磨损和刀具损坏:
[0029]KE = l/2*I*w2 (I)
[0030]MSE=(t*RPM)/(R0P*A)+W0B/A (2)；
[0031 ]其中I是转动惯量，w是角速度，τ是扭矩，以及A是切削路径的表面积。ROP是钻头的钻速，RPM是每分钟转数，以及WOB是钻压。
[0032]在一些实施方案中，模拟或模型可基于参数来进行，以大致估计刀具磨损和/或刀具损坏，并确定钻头的“最大磨损”区域。可利用信息处理系统来进行模拟或模型。如将由本领域中具有本公开的权益的普通技术人员所理解，任何合适的模拟软件可由信息处理系统用于该目的，包括但不限于，由Hal liburton Company (Houston，TX)设计并制造的iBitS?设计软件。具体而言，可利用iBitS? Grapher(—种以Matlab编写的图形界面)Jatlab可从iBitS?(CAD)读取数据，并可求解可嵌入系统中的方程式以预测上述信息并通过iBitS?Grapher将这些信息呈现给设计者。
[0033]在某些示例性实施方案中，可使用将参数中的任何一个或多个图示为钻头上的刀具分布的函数的磨损标识来确定钻头的“最大磨损”区域。在一个示例性实施方案中，磨损标识可使用固定刀具钻头模型来生成，所述固定刀具钻头模型通过钻头上的主刀具的分布来建立任何特定参数。
[0034]在根据本公开的某些实施方案中，可观察并测量钝钻头(未示出)，并且记录具体的刀具磨损(即，哪个刀具元件经历磨损)和磨损量。如由本领域中具有本公开的权益的普通技术人员将理解，钝钻头是已被运行并经历磨损的钻头。根据本公开的某些实施方案中，在没有模拟或模型的帮助下，可通过观察钝钻头来大致估计刀具磨损和/或刀具损坏。在根据本公开的其它实施方案中，以下参数可被输入iBitS?软件工具中或由iBitS?计算，从而生成若干输出:包括但不限于刀具速度(即，切削速度)、拖曳负载、轴向负载、径向负载、总负载、接合的岩石面积、刀具所移除的岩石体积、切削长度、接合的弧长、扭矩、能量、功率、功、温度、摩擦力、岩石特性(诸如硬度、磨蚀性、孔隙度、抗压强度、均匀性等)或这种参数的任何组合。输出可包括上述列出的参数中的任何一个或多个，并且可被检查以识别哪个输出或计算最好地匹配钝钻头特性。一旦制定关联性，则可将多个副刀具(图2中的参考标号209)放置在特定位置中，以直接或间接地将输出减少到刀具磨损在与钝钻头关联时可忽略的水平。例如，可将副刀具(图2中的参考标号209)放置在特定位置中，以减少接合面积。减少接合面积可进而减少切削速度对刀具磨损的影响。
[0035]如将由本领域中具有本公开的权益的普通技术人员所理解，最好地关联到刀具磨损的多个参数和对应输出提供可用于将副刀具(图2中的参考标号209)最优地放置在钻头上的磨损模型。如将由本领域中具有本公开的权益的技术人员所理解，钻头构造的选择和刀具分布，尤其副刀具(图2中的参考标号209)的位置可基于过去的模拟结果、域结果、计算参数和/或任何其它合适的标准。如由本领域中的技术人员所理解，可使用任何合适的模拟软件将与刀具分布相关的参数输入到信息处理设备中。
[0036]图5A和图5B图示示例性的“最大磨损”表示，其中扭矩和径向负载分别被图示为钻头上的主刀具分布的函数。图5A和图5B绘制了与扭矩和径向负载分别对于多个主刀具(图2中的参考标号201)而言为最高所在的点对应的预测刀具磨损和/或刀具损坏，并且绘制与扭矩和径向负载分别对于包括主刀具和副刀具(在图2中分别为参考标号201和209) 二者的经修正的刀具分布而言为最高所在的点对应的预测刀具磨损和/或刀具损坏。具体而言，图5A和图5B图示了副刀具(图2中的参考标号209)可分别用于最小化扭矩和径向负载分别为最高的特定位置中的扭矩和径向负载。
[0037]图5C图示示例性“最大磨损”表示，其中动能被图示为钻头上的主刀具分布的函数。图5C绘制与动能对多个主刀具(图2中的参考标号201)而言为最高所在的点对应的预测刀具磨损和/或刀具损坏，以及与动能对包括主刀具和副刀具(图2中分别为参考标号201和209) 二者的经修正的刀具分布而言为最高所在的点对应的预测刀具磨损和/或刀具损坏。具体而言，图5C图示副刀具(图2中的参考标号209)可用于最小化动能为最高的特定位置中的能量。钻头的刀具上的动能分布可由刀具的速度、刀具在岩石上的拖曳力和/或刀具所接合的岩石面积和特定的岩石特性来表征。在某些实施方案中，钻头的平均ROP和RPM可被输入采用例如iBitS?软件工具的信息处理系统中，并用于计算在每个主刀具(图2中的参考标号201)处承受的动能。
[0038]根据本公开，磨损标识可针对各种不同的主刀具构造而生成，以确定副刀具的放置并因此最大化钻头的有用寿命。磨损标识可包括图形的三维表示，其可在具有处理器和至少一个存储设备的信息处理系统内生成。存储设备可包含指令，所述指令在被执行时导致处理器基于某些预选择的条件而生成磨损标识。指令组可被包括为现有软件或建模程序的一部分。例如，磨损标识可被生成为设计软件的一部分，包括iBitS?设计软件和CAD软件，并考虑所产生的刀具分布的有效性。
[0039]用于本公开的目的，信息处理系统可包括任何工具或工具的集成，其可操作来计算、分类、处理、传输、接收、检索、引起、切换、存储、显示、标识、检测、记录、复制、处置或利用用于商业、科学、控制或其它目的任何形式的信息、智能或数据。例如，信息处理系统可为个人计算机、网络计算机、网络存储设备或任何其它合适的设备，并且可在大小、形状、性能、功能和价格方面有所不同。信息处理系统可包括随机存取存储器(RAM)、一个或多个处理资源(诸如中央处理单元(CPU)、或硬件或软件控制逻辑、只读存储器(ROM)和/或其它类型的非易失性存储器。处理资源可包括其它处理器，诸如图形处理单元(GPU)。信息处理系统的额外部件可包括用于与外部设备以及各种输入和输出(I/O)设备，诸如键盘、鼠标和视频显示器通信的一个或多个磁盘驱动器、一个或多个网络端口。信息处理系统还可包括一个或多个总线，其可操作以在各种硬件部件之间传输通信。
[0040]如将由本领域中具有本公开的权益的普通技术人员所理解，一个或多个信息处理系统可用于实施本文中所公开的方法。具体而言，一个或多个信息处理系统可包括机器可读指令以执行本文中公开的方法。在某些实施方案中，不同的信息处理系统可通过有线或无线系统通信地耦接，以促进在不同子系统之间的数据传输。此类有线或无线通信系统的结构和操作对本领域中具有本公开的权益的普通技术人员已知，且因此将不在本文中进行详细讨论。此外，每个信息处理系统可包括存储介质和/或存储器，并且可为永久或暂时地存储数据的任何计算机可读介质。
[0041]为了本公开的目的，存储介质和/或存储器可包括适于存储信息的易失性或非易失性的本地或远程设备中的任何一个或组合。例如，存储介质和/或存储器可包括直接存取存储设备(例如，硬盘驱动器或软盘驱动器)、序列存取存储设备(例如，磁带盘驱动器)、光盘、⑶-ROM、DVD、RAM、ROM、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、固态驱动器(“SSD”)、闪存、磁盘存储设备、光存储设备、网络存储设备、云存储设备或任何其它合适的信息存储设备或这些设备的组合。
[0042]根据本公开的方面，一种用于钻头上的多个副刀具(图2中的参考标号209)的放置的实例方法可包括在信息处理系统的处理器处接收钻头特性。钻头特性可包括刀具的速度(即，切削速度)、拖曳负载、轴向负载、径向负载、总负载、接合的岩石面积、刀具所移除的岩石体积、切削长度、接合的弧长、扭矩、能量、功率、功、温度、摩擦力、岩石特性(诸如硬度、磨蚀性、孔隙度、抗压强度、均匀性等)或这些参数的任何组合，并且可通过信息处理系统的用户输入作为设计程序的一部分。方法可还包括:至少部分基于钻头特性生成钻头的输出。输出可为磨损标识。磨损标识随后可被显示。
[0043]根据本公开的方面，一种用于钻头上的多个副刀具(图2中的参考标号209)的放置的实例系统可包括耦接到处理器的存储设备。系统可还包括信息处理系统。存储设备可包括指令组，所述指令组被处理器执行时导致处理器接收钻头特性。钻头特性可由系统的用户输入或确定。指令组可进一步导致处理器至少部分基于钻头特性而生成钻头的磨损标识。
[0044]如将由本领域中具有本公开的权益的普通技术人员所理解，使用多个副刀具可能对钻探效率有影响。具体而言，其可影响WOB和TOB。如将由本领域中具有本公开的权益的技术人员所理解，切削效率可高度依赖刀具磨损的幅度。例如，如果刀具保持锋利(意指磨损很少)，则更有效地进行钻探，这需要较小的WOB和TOB来移除给定的岩石体积。当刀具磨损时，更大的轴向表面积被暴露，这需要更多WOB和更多TOB来克服额外的摩擦。虽然增加副刀具可稍微减少最初的切削效率，但是副刀具可用于保持主刀具锋利更持久，从而提供总的效率。此外，切削效率可与如何有效地通过刀具传送WOB以使岩石破裂相关。例如，最有效的切削可朝WOB的方向发生。可将多个副刀具放置在钻头上，使得最有效地使用WOB的方向，以便消除移除主刀具最难以移除的岩石的困难，因此允许主刀具增加总效率。
[0045]本公开的实施方案是用于地下钻探操作的钻头。钻头包括具有一个或多个刀片的钻头。钻头还包括多个主刀具，并且每个主刀具设置在至少一个刀片上。钻头还包括多个副刀具，并且每个副刀具设置在与上面设置主刀具的刀片不同的至少一个刀片上。
[0046]可选地，多个副刀具的至少一个设置为离多个主刀具的至少一个接近180度。可选地，多个副刀具的至少一个直接设置在多个主刀具的至少一个的前面。可选地，多个副刀具的至少一个从多个主刀具的至少一个径向偏移。可选地，多个副刀具的至少一个设置在与多个主刀具的至少一个相同的路径中。可选地，多个副刀具的至少一个从主刀具径向向内或向外设置。可选地，将多个副刀具放置在钻头的经历多个主刀具上的最大磨损量的区域中。可选地，多个副刀具的每一个具有暴露度，并且每个副刀具的暴露度基于钻头的输出来选择，其中钻头的输出至少部分基于钻头特性。可选地，钻头可为固定刀具钻头。
[0047]本公开的另一实施方案是一种用于确定钻头上的多个副刀具的放置的方法。方法包括在信息处理系统的处理器处接收与多个主刀具相关的钻头特性。方法还包括至少部分基于钻头特性而生成钻头的输出。
[0048]可选地，钻头为固定刀具钻头，并且钻头特性选自由下列项选择的群组:刀具的速度、拖曳负载、轴向负载、径向负载、总负载、接合的岩石面积、刀具所移除的岩石体积、切削长度、接合的弧长、扭矩、能量、功率、功、温度、摩擦力、岩石硬度、岩石磨蚀性、岩石孔隙度、岩石抗压强度、岩石均匀性及其任何组合。可选地，输出包括磨损标识，其中磨损标识至少部分基于钻头特性。可选地，磨损标识包括二维的视觉标识。可选地，方法还包括显示磨损标识。可选地，方法还包括检查磨损标识，以确定钻头上的多个副刀具的放置。可选地，方法还包括将多个副刀具的每一个放置在与上面设置多个主刀具的刀片不同的至少一个刀片上。
[0049]本公开的另一实施方案是一种用于确定钻头上的多个副刀具的放置的系统。系统包括处理器和耦接到处理器的存储设备。存储设备包括指令组，指令组在被处理器执行时导致处理器接收钻头特性并生成钻头的磨损标识。可选地，钻头为固定刀具钻头，并且钻头特性选自由下列项选择的群组:刀具的速度、拖曳负载、轴向负载、径向负载、总负载、接合的岩石面积、刀具所移除的岩石体积、切削长度、接合的弧长、扭矩、能量、功率、功、温度、摩擦力、岩石硬度、岩石磨蚀性、岩石孔隙度、岩石抗压强度、岩石均匀性及其任何组合。可选地，钻头的磨损标识至少部分基于钻头特性。可选地，磨损标识是二维视觉标识。
[0050]因此，本公开很好地适于获得所提及的目的和优点，以及其中所固有的那些目的和优点。上文公开的特定实施方案仅仅是说明性的，因为对于受益于本发明教示的本领域技术人员而言，显然本发明可以以不同但等效的方式被修改并实践。此外，除了下文的权利要求书中所描述的以外，对本文所示的构造或设计的细节没有任何限制。因此，显而易见的是，上文公开的特定说明性实施方案可被更改或修改，并且所有这样的变化都被认为在本发明的范围和精神内。另外，除非专利权人另外明确地且清楚地定义，否则权利要求中的术语具有其平常普通的含义。权利要求中使用的不定冠词“一”或“一个”在本文被定义为意指其引入的一个或多于一个要素。
【主权项】
1.一种用于地下钻探操作的钻头，其包括: 钻头体，其具有一个或多个刀片； 多个主刀具，每个主刀具设置在至少一个刀片上;和 多个副刀具，每个副刀具设置在与上面设置所述主刀具的所述刀片不同的至少一个刀片上。2.根据权利要求1所述的钻头，其中所述多个副刀具的至少一个设置为离所述多个主刀具的至少一个接近180度。3.根据权利要求1所述的钻头，其中所述多个副刀具的至少一个直接设置在所述多个副刀具的至少一个的前面。4.根据权利要求1所述的钻头，其中所述多个副刀具的至少一个从所述多个主刀具的至少一个径向偏移。5.根据权利要求1所述的钻头，其中所述多个副刀具的至少一个设置在与所述多个主刀具的至少一个相同的路径中。6.根据权利要求1所述的钻头，其中所述多个副刀具的至少一个从所述主刀具径向向内或向外设置。7.根据权利要求1-6中任一项所述的钻头，其中将多个副刀具放置在钻头的在所述多个主刀具上经历最大磨损量的区域中。8.根据权利要求1-7中任一项所述的钻头，其中所述多个副刀具的每一个还包括暴露度，且其中每个副刀具的所述暴露度基于所述钻头的输出来选择，其中所述钻头的所述输出至少部分基于钻头特性。9.根据权利要求1-8中任一项所述的钻头，其中所述钻头包括固定刀具钻头。10.—种用于确定钻头上的多个副刀具的放置的方法，其包括: 在信息处理系统的处理器处接收与多个主刀具有关的钻头特性；以及 至少部分基于所述钻头特性生成所述钻头的输出。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述钻头包括固定刀具钻头，并且所述钻头特性选自由下列项组成的组:所述刀具的速度、拖曳负载、轴向负载、径向负载、总负载、接合的岩石面积、刀具所移除的岩石体积、切削长度、接合的弧长、扭矩、能量、功率、功、温度、摩擦力、岩石硬度、岩石磨蚀性、岩石孔隙度、岩石抗压强度、岩石均匀性及其组合。12.根据权利要求10所述的方法，其中所述输出包括磨损标识，且其中所述磨损标识至少部分基于所述钻头特性。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述磨损标识包括二维视觉标识。14.根据权利要求12-13中任一项所述的方法，其还包括显示所述磨损标识。15.根据权利要求12-13中任一项所述的方法，其还包括检查所述磨损标识以确定所述钻头上的所述多个副刀具的放置。16.根据权利要求10-15中任一项所述的方法，其还包括将所述多个副刀具的每一个放置在与上面设置所述多个主刀具的所述刀片不同的至少一个刀片上。17.—种用于确定钻头上的多个副刀具的放置的系统，其包括: 处理器;和 存储设备，其耦接到所述处理器，所述存储设备包括指令组，所述指令组在被所述处理器执行时导致所述处理器接收钻头特性并生成所述钻头的磨损标识。18.根据权利要求17所述的系统，其中所述钻头包括固定刀具钻头，并且所述钻头特性选自由下列项组成的组:所述刀具的速度、拖曳负载、轴向负载、径向负载、总负载、接合的岩石面积、刀具所移除的岩石体积、切削长度、接合的弧长、扭矩、能量、功率、功、温度、摩擦力、岩石硬度、岩石磨蚀性、岩石孔隙度、岩石抗压强度、岩石均匀性及其组合。19.根据权利要求17所述的系统，其中所述钻头的磨损标识至少部分基于所述钻头特性。20.根据权利要求17所述的系统，其中所述磨损标识包括二维视觉标识。
【文档编号】E21B10/46GK105849355SQ201380080390
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2013年12月18日
【发明人】S·G·安德烈, R·W·阿弗里
【申请人】哈里伯顿能源服务公司