反循环钻头组件的制作方法
【专利摘要】一种用于钻孔的钻头组件，包括钻头和钻头接头。前钻头端部具有位于前钻头端部的前部面处的多个切削元件和通过钻头延伸至后钻头端部的第一流体返回通道。钻头接头联接至后钻头端部。钻头接头包括设置在前接头端部处的孔，该孔的尺寸和形状设定成容纳钻头的后钻头端部。多个腿部在成对的切削元件之间从中间接头区域朝向前接头端部延伸。多个腿部具有设置其中的流体传送通道，流体传送通道从多个腿部延伸至后钻头接头端部。钻头接头具有将第一流体返回通道连接至后钻头接头端部的第二流体返回通道。
【专利说明】反循环钻头组件
[0001]优先权声明
[0002]本申请要求2011年10月17日提交的美国临时专利申请N0.61/548，037的受益权和优先权，出于所有目的在此将其全部内容通过参弓I并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种用于土地钻孔的钻头，例如在水井、油气井、注水井、地热井、监测井、采矿以及井眼钻入土地内的其他应用。
【背景技术】
[0004]出于各种目的，采用专用的钻头以在土地中钻出井眼、钻孔或井，包括水井、油气井、注水井、地热井、监测井、采矿及其他类似操作。这些钻头可归入两种常见类型，牙轮钻头和固定切削刃钻头。
[0005]土地中的井和其他孔是通过将钻头附装或连接在使钻头旋转的一些装置上钻出的。在一些情况下，例如在一些采矿应用中，钻头被直接附装至轴，通过马达、发动机、驱动装置或用于提供转矩以使钻头旋转的其他装置使轴转动。
[0006]在其他应用中，例如油气钻探，井的总深可能为数千英尺或更深。在这种情况下，钻头通过被称作钻柱的装置和使钻头旋转的马达或驱动装置连接到地表面。钻柱通常包括多个元件，多个元件可以包括构造成提供使钻头转动的额外装置或者如果不提供地面马达或驱动装置时使钻头转动的唯一装置的特定井下马达。可以采用专用的测井定向工具来测量被钻地质构造的各种物理特性以及测定钻头与钻柱的位置。另外，沉重且为厚壁管的钻铤通常用来提供用于将钻头推进被钻地质构造中的重量。最后，钻管将包括钻头、井下马达、测井工具和钻铤的这些元件连接地面，在地面处马达或驱动机构使整个钻柱转动以及随后使钻头转动，以使钻头与地质构造接合从而将井眼钻得更深。
[0007]图3中示出标准牙轮钻头202。在图3中，牙轮钻头202包括具有柄部302和多个腿部304的主体300。尽管在图3中未示出，柄部302具有用于连接至邻近的钻柱部件的外螺纹。孔310从柄部302延伸穿过牙轮钻头202的主体300。腿部304朝向牙轮钻头202的前部延伸并且具有布置在腿部304的端部处的牙轮306。尽管图中未示出，每个牙轮306具有布置在牙轮306的外表面上以分解地层的至少一个切削刃。切削刃可以由硬化材料形成或者具有硬质材料如聚晶金刚石的涂层。牙轮306具有中央轴线，牙轮306围绕中央轴线转动，牙轮306被可旋转地连接至腿部304。
[0008]当钻削井孔时，通常是被称作钻井泥浆的水基或油基钻削流体的流体通过钻管和其他现有元件以及通过钻头向下泵送到钻柱。有时会采用其他类型的钻削流体；包括:空气、氮气、泡沫、雾气以及气体、液体和气液混合物的组合，但是针对本申请的目的，钻削流体和/或钻井泥浆指代任何类型的钻削流体，包括气体、液体和它们的组合。换句话说，钻头通常具有位于钻头内部的流体通道以允许钻井泥浆穿过钻头并从一个或多个喷嘴、端口或管嘴流出。钻削流体的目的是冷却和润滑钻头、稳定井眼避免其毁坏、阻止地质构造中存在的流体进入井眼以及将由钻头移除的碎屑或岩屑向上运输到环形空间并移出井眼。
[0009]在标准牙轮钻头中，钻削流体通过通向牙轮钻头202的钻柱被泵送至牙轮钻头202的工作面308。流体流过牙轮钻头202的孔310到达牙轮306并且围绕牙轮钻头202。钻削流体向上返回环形空间(钻管的外部与井眼的壁之间的空间)。当钻削流体从工作面308流到牙轮钻头202外侧时，钻削流体将来自地层的碎屑承载远离牙轮钻头202。
[0010]使钻削流体的循环反向在有些情况下可能是有益的。在这种情况下，钻削流体被向下泵送至井眼的环形空间，穿过钻头的工作面，以及通过钻柱的内部并且向上进入钻柱的内部从而流入钻头的内部流体通道。可替代地，钻柱可以具有至少一个节段的双壁管。双壁管具有由管的内壁的内表面限定的内通道以及由内壁的外表面和外壁的内表面限定的外通道。这样，钻削流体可以被向下泵送到外通道并且排出钻柱的邻近钻头的外部。然后钻削流体通过内通道返回。钻削流体也可能被向下泵送到内通道并且在钻削流体排出钻头处的钻柱之前越过外通道。
[0011]在任何一种情况下，钻削流体被向下泵送到环形空间或钻削流体被向下泵送到双壁管的外通道，钻削流体都不需要穿过钻头的工作面。经常有大量钻削流体绕过钻头的工作面并且通过其他路径比如在牙轮钻头的腿部之间流至钻头的内通道。为了将更多流体引导至牙轮钻头的工作面，可以在每个腿部之间向牙轮钻头上焊接延伸部。但是，焊接延伸部的过程会加热牙轮的轴承和密封件，从而影响钻头的寿命。因此，需要一种在对寿命没有不良影响的情况下将更多的流体引导到现有牙轮钻头的工作面的方式。
【发明内容】
[0012]本发明的实施例包括一种用于土地钻孔的钻头组件。钻头组件包括钻头和钻头接头。钻头具有前钻头端部和后钻头端部。前钻头端部具有位于前钻头端部的前面处的切削元件以及穿过钻头延伸至后端部的第一流体返回通道。钻头接头围绕后钻头端部布置并且联接至后钻头端部。钻头接头包括具有前接头端部、后接头端部和布置在前接头端部处的孔的主体，孔的形状和尺寸设定成容纳钻头的后钻头端部。后接头端部适于连接至邻近的井下部件，例如钻管。多个腿部在成对的切削元件之间从中间接头区域朝向前接头端部延伸。优选地，多个腿部具有布置其中的流体传送通道，流体传送通道从多个腿部延伸至后钻头接头端部。钻头接头具有将第一流体返回通道连接至后钻头接头端部的第二流体返回通道，第二流体返回通道优选地与钻头接头内的流体传送通道隔离。
[0013]在另一个实施例中，钻头接头包括主体、多个腿部以及流体返回通道。主体具有前端部、后端部和布置在前端部中的孔，孔的尺寸和形状设定成容纳钻头。后端部适于连接至邻近的井下部件。多个腿部从前端部延伸并且具有向前端部。多个腿部适于与钻头的外表面互补。多个腿部中的每一个具有布置其中的流体传送通道，流体传送通道从向前端部延伸至后钻头接头端部。流体传送通道连接至尺寸和形状设定成容纳钻头的孔并且与主体内的流体传送通道隔离。
[0014]在另一个实施例中，一种由标准钻头制造反循环钻头组件的方法，包括提供标准钻头和钻头接头部件。标准钻头包括柄部，钻头接头部件具有从钻头接头部件的前端部延伸的多个腿部。将柄部插入钻头接头部件内，使得多个腿部延伸越过柄部到达钻头的工作表面。然后将钻头接头部件紧固至钻头。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]为了进一步明确一个或更多个本发明的上述及其他优点和特征，附图中示出本发明的具体实施例的参照。这些附图仅描绘了典型的实施例并且不能因此被视为限制。借助于附图，将特别具体和详细地描述和解释一个或更多个实施例，在附图中:
[0016]图1示出具有与本发明的实施例一致的钻柱的井眼的剖面示意图。
[0017]图2示出根据本发明的实施例的逆流钻头组件。
[0018]图3示出用于图2的逆流钻头组件中的三牙轮钻头的剖面图。
[0019]图4示出用于图2的逆流钻头组件中的裙部部分的剖面图。
[0020]图5示出用于图2的逆流钻头组件中的螺帽部分的剖面图。
[0021]图6示出用于图2的逆流钻头组件中的止回阀部分的剖面图。
[0022]图7示出图2的反循环钻头组件的剖面图,示出了钻削流体的流动。
[0023]图8示出根据本发明的实施例的逆流钻头组件。
[0024]图9示出用于图8的逆流钻头组件中的裙部部分的剖面图。
[0025]图10示出用于图8的逆流钻头组件中的螺帽部分的剖面图。
[0026]图11示出图8的反循环钻头组件的剖面图,示出钻削流体的流动。
[0027]附图不一定按比例绘制。
【具体实施方式】
[0028]如本文中使用的，“至少一个”、“一个或更多个”以及“和/或”是在应用中合取与析取皆有的开放式表达。例如，表述“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或更多个”、“A、B或C中的一个或更多个”以及“A、B和/或C”指的是只有A、只有B、只有C、A与B —起、A与C 一起、B与C 一起，或A、B和C 一起。
[0029]本发明的各个实施例在附图中和如本文中提供的【具体实施方式】中进行阐述，并且体现在权利要求中。但是应当理解的是，本
【发明内容】
不包含一个或更多个本发明的所有的方面和实施例，不意味着以任何方式被限制或约束，并且如本文中公开的发明被以及将被本领域普通技术人员理解为包括对本发明的明显的改进和变型。
[0030]本发明另外的优点通过下述讨论将变得明显，特别是在结合附图进行描述时。
[0031]图1示出井眼100的剖面示意图，井眼100具有设置其中的钻柱102。井架104将钻柱102连接至地层106的顶表面。钻柱102包括多个井下工具部件，例如管段、测量工具和钻头。管段具有内孔，为通过钻柱输送的流体提供通道。管段可以是提供用于流体的两条分离的通道的双层壁。环形空间108形成在钻柱102和井眼100的内壁之间。钻头110设置在钻柱102的底部。钻头110的运动使地层106分解，从而允许钻柱102进一步在地层106中前进。
[0032]图2示出反循环钻头组件200的实施例。反循环钻头组件200大致包括牙轮钻头202和裙部204。反循环钻头组件200进一步包括螺帽部分206和止回阀部分208。在图2的实施例中，裙部204、螺帽部分206和止回阀部分208被显示为三个不同的部件，但是在一些实施例中，三个部件可以彼此组合从而具有少于三个的不同部件。裙部204、螺帽部分206和止回阀部分208通常被称为钻头接头，无论其是不同的部件还是组合在一起。另外，裙部204、螺帽部分206和止回阀部分208中的任何一个都可以包括构成所述部件的单独的零件。
[0033]图3更详细地示出图2的牙轮钻头202。所示出的牙轮钻头202是标准的三牙轮钻头。然而，其他类型的钻头也可以应用于该反循环钻头组件200中，因此实施例不限于三牙轮钻头。钻头可以是现成的零件并且被修改成反循环钻头组件。
[0034]图3的牙轮钻头的操作在之前被描述为标准循环钻头。利用本发明的实施例，图3的牙轮钻头可以被用作反循环钻头。本发明的实施例使得大多数的钻头能够被用作反循环钻头。
[0035]图4示出裙部204的剖面图。裙部204使得标准牙轮钻头202能够被用作反循环钻头。裙部204具有朝向牙轮钻头202的工作面308延伸的多个腿部402。每个腿部402的尺寸和形状设定成围绕牙轮钻头腿部304并且在牙轮钻头腿部304之间紧密地配合。在一些实施例中，牙轮钻头腿部304可被修改为具有与裙部腿部402的轮廓互补的轮廓，或者在其他实施例中，牙轮钻头腿部304可以不作修改，裙部腿部402可以被修改为与牙轮钻头腿部304的轮廓互补。在一些实施例中，可以采用修改牙轮钻头腿部304和裙部腿部402的组合。
[0036]至少一个裙部腿部402具有通道404，钻削流体能够通过通道404被传送。通道404在邻近牙轮钻头202的工作面308处退出裙部腿部402。由于钻削流体设置在工作面308处，因此钻削流体更易于流过工作面308，然后流入牙轮钻头202的孔310内，而不是流动更靠近没有裙部204的牙轮钻头腿部304。
[0037]裙部204的尺寸和形状设定成在牙轮钻头202上滑动，使得裙部腿部402邻近牙轮306。裙部204具有中心孔406，中心孔406的尺寸和形状设定成与钻头主体300的外表面互补。在一些实施例中，裙部204可以压配合在钻头主体300上。
[0038]图5示出反循环钻头组件200的螺帽部分206的剖面图。螺帽部分206将裙部204紧固至牙轮钻头202。螺帽部分206包括具有内螺纹的内表面，内螺纹的尺寸和形状设定成与牙轮钻头柄部302的外螺纹互补。当牙轮钻头柄部302被螺纹连接到螺帽部分206的内螺纹内时，螺帽部分206朝向牙轮钻头202的工作面308前进。裙部204不能够前进越过牙轮钻头202的前部，并且形成螺帽部分206的止挡件。当裙部204的后表面接触螺帽部分206的前表面504时，螺帽部分206就不能进一步前进。这样，裙部204由牙轮钻头202限制向前的运动，并且由螺帽部分206限制向后的运动。
[0039]螺帽部分206包括设置在前表面504中的沟槽506。沟槽506是环形的，前表面形成围绕沟槽506的内密封表面510和外密封表面508。当裙部204的后表面和螺帽部分206的前表面504彼此接触时，在裙部204和螺帽部分206之间形成密封，由此沟槽506形成前部环形通道。通孔404从裙部204的腿部402延伸穿过裙部204的后部，使得通孔404与形成前部环形通道的沟槽506流体连接。在通过就位的裙部204将螺帽部分206螺纹连接到牙轮钻头202上时，螺帽组件206相对于裙部204的角位置并不重要，因为通孔404将会始终与形成前部环形通道的沟槽506对齐。
[0040]螺帽部分206可以具有至少一个侧孔512，设定螺钉或销能够通过侧孔512插入以将螺帽部分206紧固到牙轮钻头202上。在牙轮钻头202中加工有匹配侧孔用来接收设定螺钉或销，以阻止牙轮钻头202相对于螺帽部分206转动。匹配侧孔可以在螺帽部分206被螺纹连接到牙轮钻头202上之前加工，或者匹配侧孔可以在将螺帽部分206螺纹连接到牙轮钻头202上之后加工。在一些实施例中，可以没有匹配侧孔，设定螺钉或销可被压入牙轮钻头202的柄部302内。也可以采用将螺帽部分或整个钻头接头紧固至钻头的其他手段。
[0041]螺帽部分206的后端部514包括后部环形沟槽516和中心突出部518。螺帽部分孔520从螺帽部分206的前表面504延伸至中心突出部518的后端部514。螺帽部分孔520与牙轮钻头204的孔310对齐并且为钻削流体的返回提供通道。后部环形沟槽516和前部环形沟槽506通过至少一个通道522连接。通道522能够使得后部环形沟槽516和前部环形沟槽506之间流体连通。
[0042]图6示出止回阀部分208的剖面图。止回阀部分208为大致圆筒形，其外径602与螺帽部分206和裙部部分204的外径相似。止回阀部分208具有中心孔604，中心孔604从止回阀部分208的前部面606延伸到止回阀部分208的后部。在止回阀部分208的中心孔604和外表面608之间形成壁610。壁610内设置有至少一个止回阀通道612，止回阀通道612提供与止回阀部分208的前部面606的流体连通。止回阀部分208的后部具有扩大孔614，扩大孔614从止回阀部分208的后部延伸至止回阀部分208的长度的大约中间处。
[0043]在止回阀通道612内设置有止回阀组件616。止回阀组件616防止钻削流体流到止回阀通道612的上方。尽管不同类型的止回阀组件与本实施例都是相容的，但图6中的止回阀组件616包括座部618、偏置构件620和柱塞622。偏置构件620将柱塞622偏置到座部618内以形成密封。当密封两侧的压差足以克服偏置构件620的偏置力时，柱塞622克服偏置力移动，打开止回阀。
[0044]止回阀部分208的前部面606联接至螺帽部分206的后表面。前部面606可以通过焊接连接方式或其他连接方式进行联接。前部面606密封至螺帽部分206的后部环形沟槽516以形成后部环形通道。与螺帽组件206和裙部202之间的关系类似，螺帽部分206相对于止回阀部分208的角位置是不重要的，因为止回阀通道612将始终与后部环形通道对齐。
[0045]如图7所示，在扩大孔614内设置有内管凸缘700。内管凸缘700可被螺纹连接到止回阀部分208内。内管凸缘700具有外表面、内表面和内表面与外表面之间的壁。内表面限定内管凸缘孔，内管凸缘孔与止回阀部分208的中心孔604对齐，并且内表面提供从止回阀部分208的后端部到螺帽部分206的孔502的流体连通。外表面和扩大孔一起限定环形通道，环形通道流体地连接止回阀部分208的后部与止回阀通道612。
[0046]止回阀208的后端部适于连接到工具管柱。工具管柱可以是具有两条分离的流体路径的双壁工具管柱。工具管柱连接至止回阀部分208的后端部，并且将两条分离的流体路径连接至止回阀部分208的环形通道和止回阀部分208的中心孔。
[0047]虽然与裙部204、螺帽部分206和止回阀部分208相关地描述了钻头接头，但是止回阀部分208可以与螺帽部分206相组合。在一些实施例中，止回阀部分208可以不包括止回阀组件616。例如，在一些实例中，钻井操作员可能不关心回流，并且可以去除止回阀组件616。在这些实例中，把螺帽部分206和止回阀部分208作为单个部件制造可能更简单。
[0048]将结合图7解释反循环钻头的操作，图7是组装的反循环钻头组件200的剖面图。钻削流体被传送到流体地连接止回阀部分208的后部与止回阀通道612的环形通道。钻削流体的压力在止回阀组件616两侧产生压差，使得止回阀组件616打开。钻削流体从止回阀通道612流入由后部环形沟槽516形成的环形通道内。然后，钻削流体从后部环形沟槽516通过通道522流入前部环形沟槽506。前部环形沟槽506与裙部腿部通道404流体连通，钻削流体流入裙部腿部通道404中。
[0049]钻削流体从裙部腿部通道404被传送到牙轮钻头202的工作面308。钻削流体收集碎屑和其他材料并且流入牙轮钻头302的孔310内。牙轮钻头202的孔310通过螺帽部分孔502和止回阀部分孔604与内管凸缘孔流体连通。钻削流体向上流过逆流钻头组件200并且流出内管凸缘孔。
[0050]图8示出反循环钻头组件800的另一个实施例。反循环钻头组件800包括牙轮钻头202、裙部部分804和螺帽部分806。在该实施例中，钻削流体被传送到钻头和井臂之间的环形空间，并且不通过在前实施例中所描述的裙部。
[0051]图9示出反循环钻头组件800的裙部部分804的剖面图。裙部部分具有朝向牙轮钻头202的工作面308延伸的多个腿部902。每个腿部902的尺寸和形状均设定成围绕牙轮钻头腿部304并且在牙轮钻头腿部304之间紧密地配合。在一些实施例中，牙轮钻头腿部304可以被修改为具有与裙部腿部902的轮廓互补的轮廓，或者在其他实施例中，牙轮钻头腿部304可以不作修改，并且裙部腿部902可被修改为与牙轮钻头腿部304的轮廓互补。在一些实施例中，可以采用修改牙轮钻头腿部304和裙部腿部902的组合。
[0052]不同于之前的实施例，裙部腿部902不具有用于传送钻削流体的通道。而是钻削流体被传送到钻头的环形空间，并且裙部腿部902阻止钻削流体流入牙轮钻头202的位于牙轮钻头腿部304之间的孔310内。由于钻削流体被阻止流入孔310内，直至钻削流体到达工作面308，因此钻削流体更易于流过工作面308并且流入牙轮钻头202的孔310内，而不是在没有裙部腿部902的情况下在牙轮钻头腿部304之间流动。
[0053]裙部804的尺寸和形状设定成在牙轮钻头202上滑动，使得裙部腿部902邻近牙轮306。裙部804具有中心孔906，中心孔906的尺寸和形状设定成与钻头主体300的外表面互补。在一些实施例中，裙部804可以压配合在钻头主体300上。
[0054]图10示出反循环钻头组件800的螺帽部分806的剖面图。螺帽部分806将裙部804紧固至牙轮钻头202并且提供用于将反循环钻头组件800连接至钻柱的装置。螺帽部分806包括具有内螺纹的内表面908，内螺纹的尺寸和形状设定成与牙轮钻头柄部302的外螺纹互补。当牙轮钻头柄部302被螺纹连接至螺帽部分806的内螺纹内时，螺帽部分806朝向牙轮钻头202的工作面308前进。裙部804不能前进越过牙轮钻头202的前部，并且形成螺帽部分806的止挡件。当裙部804的后表面接触螺帽部分806的前表面910时，螺帽部分806不能进一步前进。这样，裙部804的向前运动被牙轮钻头202阻止，其向后运动被螺帽部分806阻止。
[0055]螺帽部分806包括适于连接至钻柱的柄部910。柄部910可以具有用于螺纹连接至钻柱内的外螺纹(未图示)。内孔912与牙轮钻头202的孔310对齐，并且允许流体从牙轮钻头202的孔310流到钻柱孔。螺帽部分806可以包括侧孔914，侧孔914可以容纳能够被插入以将螺帽部分806紧固至牙轮钻头202的设定螺钉或销。在牙轮钻头202中加工有匹配侧孔用于容纳设定螺钉或销，以阻止牙轮钻头202相对于螺帽部分806转动。匹配侧孔可以在螺帽部分806被螺纹连接到牙轮钻头202上之前加工，或者匹配侧孔可以在螺帽部分806被螺纹连接到牙轮钻头202上之后加工。在一些实施例中，可以没有匹配侧孔，设定螺钉或销可以压入到牙轮钻头202的柄部302内。可以采用将螺帽部分或整个钻头接头紧固至钻头的其他手段。
[0056]图11示出反循环钻头组件800的剖面图，图11将被用于描述钻削流体的反向循环。流体的流动方向在该图中用箭头表示。钻削流体最初被传送到环形空间1202并且围绕牙轮钻头202流动。在靠近工作面308处，流体被裙部腿部902阻止而不能在牙轮腿部304之间流动。钻削流体流过工作面308并流入牙轮钻头202的中心孔310内。钻削流体从中心孔310流到螺帽部分904的孔912。钻削流体由此流入钻柱的孔内。
[0057]上述逆流钻头组件200、800可以利用标准钻头、现成钻头制造。本发明的实施例包括制造逆流钻头组件的方法。
[0058]该方法包括提供标准钻头。该标准钻头可以是如前面所描述的牙轮钻头，或者其可以是固定切削刃钻头或任何其他类型的钻头。提供与该钻头互补的尺寸和形状的裙部。在一些实施例中，标准钻头可以被修改成与裙部的尺寸和形状互补，或者裙部可以被修改成与标准钻头的尺寸和形状互补。将裙部设置在钻头的柄部上。
[0059]然后，将螺帽部件设置并连接至标准钻头。在一些实施例中，螺帽组件可以具有与标准钻头的柄部互补的内螺纹。在这些实施例中，螺帽组件被螺纹连接到柄部上，直到螺帽组件接触裙部，将裙部紧固就位。然后可以将设定螺钉或销插入螺帽组件内以将钻头保持就位。在螺帽就位之后，然后可以将止回阀部分联接至螺帽组件。这种联接可以通过焊接、螺纹连接或一些其他连接手段来实现。在其他实施例中，止回阀部分可以在将螺帽部分联接到标准钻头之前联接至螺帽部分。在一些实施例中，止回阀部分和螺帽可以是联接到标准钻头上的单个部件。
[0060]内管凸缘被设置和联接至止回阀部分的后端部。内管凸缘可以在将止回阀部分联接到螺帽部分之前联接到止回阀部分的后端部，或者可以在之后联接。在一些实施例中，内管凸缘是止回阀部分的整体零件并且是不能移除的。
[0061]内管凸缘的尺寸和形状设定成与特定类型的钻柱连接。例如，不同的内管凸缘可以被用于连接具有不同钻管的反循环钻头组件。这样，单个反循环钻头组件可以与多种类型的钻杆相适应。
[0062]本发明的前述讨论已被提出用于说明和描述目的。上述讨论并非旨在将本发明限制于在此公开的一种或几种形式。例如在前述【具体实施方式】中，本发明的各个特征被集合在一个或多个实施例中以便简化公开内容。本公开的方法不应解释为反映这样的意图，即所要求保护的发明比每个权利要求中所明确叙述的内容需要更多特征。而是，如后面的权利要求所反映的，具有创造性的方面在于少于单个前述实施例中的所有特征。因此，后附权利要求在此被结合到该【具体实施方式】中，每个权利要求本身都作为本发明单独的优选实施例。
[0063]此外，虽然本发明的描述已经包含了对一个或更多个实施例和某些变型和改进的描述，但是其它变型和改进落入本发明的范围内，例如，在本领域技术人员理解本公开内容后，可能落入其技术和知识范围内。旨在获得包括允许程度的可替代实施例的权利，这些实施例包括与要求保护的内容可替代的、可互换的和/或等同的结构、功能、范围或步骤，无论这种可替代的、可互换的和/或等同的结构、功能、范围或步骤在本文中是否公开，并且不旨在向公众贡献任何可专利性的主题。
【权利要求】
1.一种用于土地钻孔的钻头组件，所述钻头组件包括: 钻头，所述钻头具有前钻头端部、后钻头端部以及从所述前钻头端部到所述后钻头端部延伸通过所述钻头的第一流体返回通道，所述前钻头端部具有位于所述钻头的前面处的多个切削元件； 钻头接头，所述钻头接头围绕后钻头端部布置并且联接至所述后钻头端部，所述钻头接头包括: 主体，所述主体具有前接头端部、后接头端部以及布置在所述前接头端部处的孔，所述孔的尺寸和形状设定成容纳所述钻头的所述后钻头端部，所述后接头端部适于连接至邻近的井下部件； 多个腿部，所述多个腿部在成对的切削元件之间从中间接头区域朝向前接头端部延伸；以及 第二流体返回通道，所述第二流体返回通道将所述第一流体返回通道连接至后接头钻头％5部。
2.根据权利要求1所述的钻头组件，其中，所述多个腿部具有布置在其中的流体传送通道，所述流体传送通道从所述多个腿部延伸至所述后接头钻头端部，其中，所述流体传送通道与所述第二流体返回通道分离。
3.根据权利要求1所述的钻头组件，其中，所述钻头接头主体由多个子部件形成。
4.根据权利要求2所述的钻头组件，其中，所述钻头接头主体包括联接至所述多个腿部的裙部部件、适于联接至所述钻头的后端部的螺帽部件以及适于联接至所述螺帽部件的止回阀部件。
5.根据权利要求1所述的钻头组件，其中，所述钻头接头主体具有壁和内表面，所述内表面限定所述第二流体返回通道，并且所述流体传送通道布置在所述壁中。
6.根据权利要求4所述的钻头组件，其中，所述止回阀部件具有第一内表面，所述钻头组件还包括布置在所述止回阀部分中的内管部件，所述内管部件具有壁、第二内表面和外表面，其中，所述第二内表面形成所述第二流体返回通道的一部分，并且所述第一内表面和所述外表面形成所述流体传送通道的一部分。
7.根据权利要求3所述的钻头组件，其中，所述后钻头端部具有外螺纹，所述螺帽部件具有与所述外螺纹互补的内螺纹。
8.根据权利要求1所述的钻头组件，其中，所述切削元件中的每一个布置在具有钻头腿部轮廓的钻头腿部上，在成对的切削元件之间从所述中间接头区域朝向所述前接头端部延伸的多个腿部具有与所述钻头腿部轮廓互补的裙部轮廓。
9.根据权利要求8所述的钻头组件，其中，所述钻头腿部轮廓由标准钻头的腿部轮廓修改成与所述裙部轮廓互补。
10.根据权利要求8所述的钻头组件，其中，所述裙部轮廓与标准钻头腿部轮廓互补。
11.根据权利要求8所述的钻头组件，其中，所述裙部轮廓与标准钻头腿部的已被修改的腿部轮廓互补。
12.根据权利要求8所述的钻头组件，其中，所述多个腿部延伸超过所述钻头腿部。
13.根据权利要求1所述的钻头组件，其中，所述流体传送通道具有布置在其中的止回阀，所述止回阀被构造成限制流体朝向所述钻头接头的后端部流动。
14.根据权利要求1所述的钻头组件，其中，所述切削元件为牙轮。
15.一种钻头接头部件，包括: 主体，所述主体具有前端部、后端部以及布置在所述前端部处的孔，所述孔的尺寸和形状设定成容纳钻头，所述后端部适于连接至邻近的井下部件； 多个腿部，所述多个腿部从所述前端部延伸、具有向前端部、适于与所述钻头的外表面互补以及具有布置在其中的流体传送通道，所述流体传送通道从所述向前端部延伸至后接头钻头〗而部;以及 流体返回通道，所述流体返回通道连接尺寸和形状设定成容纳钻头的所述孔，所述流体返回通道与所述主体内的流体传送通道隔离。
16.根据权利要求15所述的钻头接头部件，其中，所述钻头接头由多个部件形成，所述多个部件包括: 包括腿部的裙部部件，所述裙部部件具有贯穿其中的孔； 邻近所述裙部部件的螺帽部件，所述螺帽部件具有适于容纳钻头的内螺纹； 联接至所述螺帽部件的止回阀部件，所述止回阀部件适于联接至邻近的井下部件。
17.一种由标准钻头制造反循环钻头组件的方法，所述方法包括: 提供具有柄部的标准钻头； 提供钻头接头部件，所述钻头接头部件具有从所述钻头接头部件的前端部延伸的多个腿部； 将所述柄部插入所述钻头接头部件内，使得所述多个腿部延伸越过所述柄部到达所述钻头的工作面；以及 将所述钻头接头部件紧固至所述标准钻头。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括将所述标准钻头的轮廓修改成与所述多个腿部的轮廓互补。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括将所述多个腿部的轮廓修改成与所述标准钻头的轮廓互补。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述钻头接头部件包括具有多个腿部的裙部和主体部分，其中，所述方法还包括将所述裙部设置在所述柄部上，使得所述柄部延伸穿过所述裙部以及所述柄部通过螺纹连接联接至所述主体部分。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述主体部分包括螺帽部分和止回阀部分，所述方法还包括将所述螺帽部分联接至所述止回阀部分。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述主体部分具有内凸缘，所述内凸缘的尺寸和形状设定成与双壁钻柱互补。
【文档编号】E21B10/62GK104160105SQ201280051146
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2012年10月17日 优先权日:2011年10月17日
【发明者】马克·L·琼斯, 肯尼斯·M·克里, 杰弗里·T·罗斯, 凯尔·E·约翰逊 申请人:阿特拉斯·科普柯(美国)塞科洛克有限公司