元件(在所示的实施例中为圆锥形切割元件)116和多个旋转切割元件110设置在引导刀翼108和铰刀扩孔器刀翼111上。此外，双心钻头101具有本体114和与切割端103相反的螺纹连接端104。本体114可包括扳手平面115或类似物用于连接旋转动力源，例如钻杆或者液压马达。
[0060]根据本公开的实施例，至少一个非平面切割元件(在一个或多个实施例中为圆锥形切割元件)可设置在引导刀翼和/或铰刀扩孔器刀翼上，且至少一个旋转切割元件可设置在引导刀翼和/或铰刀扩孔器刀翼上。例如，图14示出了根据本公开的实施例的双心钻头201的旋转轮廓视图。钻头201具有引导段206和铰刀扩孔器段207，引导段206具有从其延伸的多个引导刀翼208并且铰刀扩孔器段207具有从其延伸的多个铰刀扩孔器刀翼211。非平面切割元件区域216 (切割工具的具有非平面切割元件的区域)可从钻头201的纵轴线开始沿着引导段206的钻头面延伸一个距离，并且旋转切割元件区域210 (切割工具的具有旋转切割元件的区域)可沿着引导段206的引导刀翼208延伸剩下的距离。此外，如图所示，非平面切割元件区域216可从铰刀扩孔器刀翼211与引导段206最接近的一个区域开始沿着铰刀扩孔器刀翼211延伸一个距离，并且旋转切割元件区域210可延伸铰刀扩孔器刀翼211剩余的距离。然而，在其它实施例中，非平面切割元件区域可以延伸引导刀翼208的整个距离，旋转切割元件区域可延伸绞刀扩孔器刀翼211的整个距离。非平面切割元件区域和旋转切割元件区域的其它组合，例如参看图4和5的刮刀钻头所述的组合，可以被用在双心钻头的引导段上。
[0061]此外，一个或多个非平面切割元件区域和一个或多个旋转切割元件区域的各种组合可以被用在双心钻头的铰刀扩孔器段上。例如，至少一个非平面切割元件可以设置在与工具的切割端最接近的非平面切割元件区域中的铰刀扩孔器刀翼上，至少一个旋转切割元件可以设置在与非平面切割元件区域相邻的旋转切割元件区域中。在其它实施例中，至少一个非平面切割元件可以设置在与工具的连接端最接近的非平面切割元件区域中的铰刀扩孔器刀翼上，至少一个旋转切割元件可以设置在与工具的切割端最接近的旋转切割元件区域中。此外，非平面切割元件区域可以形成在一个或多个铰刀扩孔器刀翼上。如上面参照图5所描述的，当在旋转轮廓视图中观看时，非平面切割元件区域可以重叠、邻近于或者占据铰刀扩孔器刀翼的相同位置。
[0062]此外，在本公开的某些实施例中，井下切割工具可以为具有工具本体和从工具本体延伸的多个刀翼的铰刀扩孔器。一个或多个非平面切割元件区域和一个或多个旋转切割元件区域的各种组合，例如参照双心钻头的铰刀扩孔器段所描述的，可以用在铰刀扩孔器切割工具上。
[0063]本公开的发明人已经发现，在切割工具经受冲击损坏的区域中使用非平面切割元件并且在切割工具经受磨损的区域中使用旋转切割元件的切割工具设计能够提高切割工具的寿命。根据这里公开的实施例，非平面切割元件可以提供坚硬和复杂地层钻井所需的增强的抗冲击特性，而旋转切割元件可以提供在磨蚀地层中所需的耐磨性。例如，实验室数据和现场测试已经显示出，圆锥形切割元件的耐冲击性是传统PDC切割器的四倍，并且旋转切割元件由于比传统的PDC切割器具有更好的热消散性而可具有增强的耐磨性。
[0064]尽管本发明已经参照有限数量的实施例进行了描述，但获得本公开益处的本领域技术人员可以意识到，可以设计出其它实施例，其不会脱离这里公开的本发明的范围。因此，本发明的范围应当仅由所附的权利要求所限定。
【主权项】
1.一种钻头，包括: 钻头本体，其具有贯穿延伸的纵轴线和钻头面； 从钻头本体延伸的多个刀翼，其中，所述多个刀翼具有包括冠顶的刀翼轮廓； 设置在所述多个刀翼上的多个切割元件，所述多个切割元件包括: 多个非平面切割元件；以及 多个旋转切割元件； 其中，所述多个非平面切割元件设置在至少一个刀翼上的位于纵 轴线和冠顶之间的非平面切割元件区域中。
2.权利要求1的钻头，其中，所述多个非平面切割元件具有切割端，所述切割端具有以滚圆的顶点终止的圆锥形、凸形或凹形侧表面。
3.权利要求2的钻头，其中，所述多个非平面切割元件包括多个圆锥形切割元件。
4.权利要求3的钻头，其中，所述多个圆锥形切割元件具有范围从-35到35度的后倾角。
5.权利要求1的钻头，其中，至少一个旋转切割元件包括大致为平面的切割面。
6.权利要求1的钻头，进一步包括设置在至少两个刀翼之间的区域中且具有尖形端部的中心核心切割元件。
7.权利要求1的钻头，其中，设置在刀翼上的第一径向切割元件具有形成在第一径向切割元件的径向最内部分与平行于钻头的纵轴线的线之间的角度，其中，该角度大于零。
8.权利要求1的钻头，其中，所述多个旋转切割元件设置在与非平面切割元件区域相邻的旋转切割元件区域中。
9.权利要求1的钻头，其中，当在旋转轮廓视图中观察时，所述多个旋转切割元件设置在与非平面切割元件区域重叠的旋转切割元件区域中。
10.权利要求1的钻头，其中，至少一个非平面切割元件可旋转地保持到刀翼上。
11.权利要求1的钻头，其中，至少一个固定切割器设置在刀翼轮廓的径规区域中。
12.权利要求1的钻头，其中，所述多个刀翼中的至少一个仅包括设置在其上的非平面切割元件。
13.权利要求1的钻头，其中，所述多个刀翼中的至少一个仅包括设置在其上的旋转切割元件。
14.一种井下切割工具，包括: 工具本体，其具有贯穿延伸的纵轴线和切割端； 从工具本体延伸的多个刀翼； 设置在所述多个刀翼上的多个切割元件，所述多个切割元件包括: 至少一个旋转切割元件；以及 至少一个非平面切割元件； 其中，所述至少一个非平面切割元件位于刀翼的与切割端最接近 的非平面切割元件区域中。
15.权利要求14的钻头，其中，所述多个非平面切割元件的切割端具有以滚圆的顶点终止的圆锥形、凸形或凹形侧表面。
16.权利要求15的钻头，其中，所述多个非平面切割元件包括多个圆锥形切割元件。
17.权利要求14的切割工具，其中，所述至少一个旋转切割元件和所述至少一个非平面切割元件位于相同的刀翼上。
18.权利要求14的切割工具，其中，所述至少一个旋转切割元件设置在与非平面切割元件区域相邻的旋转切割元件区域中。
19.权利要求14的切割工具，其中，当在旋转轮廓视图中观察时，所述至少一个旋转切割元件设置在与非平面切割元件区域重叠的旋转切割元件区域中。
20.权利要求14的切割工具，其中，切割工具为双心钻头，其包括引导段和与引导段在纵向上偏离的铰刀扩孔器段，其中，所述多个刀翼包括从工具本体的引导段延伸的引导刀翼以及从工具本体的铰刀扩孔器段延伸的铰刀扩孔器刀翼。
21.权利要求20的切割工具，其中，所述至少一个非平面切割元件设置在引导刀翼上，所述至少一个旋转切割元件设置在铰刀扩孔器刀翼上。
22.权利要求20的切割工具，其中，至少一个非平面切割元件设置在铰刀扩孔器刀翼上与切割端最接近的非平面切割元件区域中，至少一个旋转切割元件设置在与非平面切割元件区域相邻的旋转切割元件区域中。
23.权利要求14的切割工具，其中，切割工具为扩孔工具。
24.权利要求14的切割工具，其中，至少一个非平面切割元件可旋转地保持在刀翼上。
25.权利要求14的切割工具，其中，所述多个刀翼中的至少一个仅包括设置在其上的非平面切割元件。
26.权利要求14的切割工具，其中，所述多个刀翼中的至少一个仅包括设置在其上的旋转切割元件。
【专利摘要】公开了一种钻头，其中，钻头具有钻头本体，钻头本体具有贯穿延伸的纵轴线以及钻头面。多个刀翼从钻头本体延伸，其中，所述多个刀翼具有包括冠顶的刀翼轮廓。多个切割元件设置在所述多个刀翼上，且包括多个非平面切割元件和多个旋转切割元件，其中，所述多个非平面切割元件设置在至少一个刀翼上的位于纵轴线和冠顶之间的非平面切割元件区域中。
【IPC分类】E21B10-46, E21B10-60, E21B10-43
【公开号】CN104619946
【申请号】CN201380046979
【发明人】M·阿萨尔, S·哈耶
【申请人】史密斯国际有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2013年7月15日
【公告号】WO2014028152A1