CN111032990B

CN111032990B - 用于地下钻孔中的钻地工具的可旋转切削器和元件、具有其的钻地工具以及相关方法

Info

Publication number: CN111032990B
Application number: CN201880056499.4A
Authority: CN
Inventors: 小威廉·A·莫斯; 亚历山大·罗德尼·勃姆; 乔恩·大卫·施罗德; 基根·L·勒夫雷司; 约翰·阿布舍克·拉杰·波米迪
Original assignee: Baker Hughes Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2038-07-25
Also published as: SA520411175B1; CN111032990A; US20190032410A1; US10697247B2; ZA202001228B; EP3658738B1; CA3071378A1; EP3658738A4; WO2019023306A1; EP3658738A1; CA3071378C

Abstract

用于钻地工具的可旋转元件包括可移动元件和固定元件。可移动元件和固定元件包括分度定位特征部，该分度定位特征部被配置成当可移动元件在第一轴向位置和第二轴向位置之间移动时旋转可移动元件。

Description

用于地下钻孔中的钻地工具的可旋转切削器和元件、具有其的钻地工具以及相关方法

优先权声明

本申请要求2017年7月28日提交的序列号为15/662,626的题目为“ROTATABLECUTTERS AND ELEMENTS FOR USE ON EARTH-BORING TOOLS IN SUBTERRANEAN BOREHOLES,EARTH-BORING TOOLS INCLUDING SAME,AND RELATED METHODS”的美国专利申请的权益。

技术领域

本公开的实施方案总体上涉及用于在钻地操作中使用的钻地工具的切削元件和其他可旋转元件的装置和方法，更具体地，涉及用于钻地工具的切削元件，该切削元件可以旋转以改变切削元件的切削刃和切削面相对于切削元件所联接的钻地工具的旋转定位，还涉及此装备的钻地工具以及相关方法。

背景技术

各种钻地工具，诸如旋转钻头(包括牙轮钻头和固定切削器钻头或刮刀钻头)、岩心钻头、偏心钻头、双中心钻头、扩孔钻和磨机，通常用于在地层中形成钻孔或井眼。这类工具的与地层接合的表面上通常可包括一个或更多个切削元件，当地钻工具在钻孔中旋转或以其他方式移动时，切削元件可以用来移除地层材料。

例如，固定切削器钻头(通常称之为“刮刀钻头”)具有多个附连到或以其他方式固定到钻头体的端面(即，与地层接合的表面)的切削元件。切削元件通常包括切削表面，其中切削表面通常由超硬磨料形成，诸如相互粘合的聚晶金刚石颗粒。切削表面通常形成在或粘结到硬质材料诸如烧结碳化钨的支撑基底上。在钻井操作期间，切削刃的至少由切削表面的外围部分局部限定的部分被压入地层中。当钻地工具相对于地层移动时，切削元件被拖过地层表面，并且切削表面的切削刃剪切掉地层材料。这种切削元件通常被称为“聚晶金刚石复合片”(PDC)切削元件或切削器。

在钻井过程中，由于切削表面和被切削的地层之间的摩擦、来自钻压(WOB)的高轴向载荷，以及由于WOB变化、地层不规则性和材料差异以及振动造成的高冲击力，切削元件会受到高温的影响。这些条件会导致切削表面损坏(例如，碎裂、剥落)。这种损坏通常发生在切削表面的切削刃处或其附近，并且至少部分是由钻井期间出现的高冲击力造成的。切削元件的损坏导致切削元件的切削效率降低。当切削元件的效率降低到临界水平时，必须停止操作以移除和更换钻头或损坏的切削器，这对于使用钻地工具的操作来说是很大的费用。

将PDC切削元件固定到钻头上限制了这种切削元件的使用寿命，因为金刚石台面的切削刃随着基底的磨损而磨损，产生了所谓的“磨损平面”，并且由于露出的表面积增加，需要增加钻压才能保持钻头进入地层的给定钻进速度。此外，除非加热切削元件以将其从钻头上移除，然后重新焊在用于接合地层的切削刃的未磨损部分，否则切削元件的利用度不会超过一半。

已经有尝试将切削元件构造成可旋转，使得围绕每个切削元件延伸的整个切削刃可以选择性地接合和移除材料。通过利用整个切削刃，可以增加切削元件的有效寿命。一些旋转切削元件的设计允许切削元件即使在切削载荷下也能自由旋转。在载荷下旋转会导致内表面磨损，使切削元件暴露在振动中，这会损坏切削元件，降低其寿命，并可能导致切削元件的切削刃磨损不均匀。

发明内容

在一些实施方案中，本公开包括用于地下钻孔中的钻地工具的可旋转切削器。可旋转切削器可以包括可旋转元件和固定元件。可旋转元件可以包括切削表面和用于切削表面的支撑结构。固定元件可以包括空腔和分度定位特征部，其中可旋转元件可以至少部分地设置在空腔中。可旋转元件可以沿着可旋转切削器的纵轴相对于固定元件移动。分度定位特征部可以包括至少一个轨道和至少一个突起。当可旋转元件在第一轴向位置和第二轴向位置之间行进时，突起和轨道可以彼此接合以旋转可旋转元件。

在另外的实施方案中，本公开包括钻地工具，该钻地工具包括工具主体和由工具主体承载的元件。元件中的至少一个元件包括可移动元件、套筒和分度定位特征部。可移动元件可以包括用于接合地下钻孔的一部分的表面。可移动元件可联接到套筒上，并构造成沿着可旋转元件的纵向轴线在第一轴向位置和第二轴向位置之间移动。分度定位特征部可以被配置成当可移动元件在第一轴向位置和第二轴向位置之间移动时旋转可移动元件。

本公开的其他实施方案包括用于旋转切削元件的方法。切削元件可以通过相对于外套筒套沿着切削元件的纵向轴线平移内部切削元件来旋转。当内部切削元件在第一轴向位置和第二轴向位置之间平移时，分度定位特征部可用于旋转内部切削元件。当内部切削元件处于第一轴向位置或第二轴向位置中的至少一个时，分度定位特征部还可以至少部分地阻止内部切削元件的旋转。

附图说明

虽然说明书最后附有特别指出并清楚地要求保护本公开的实施方案的权利要求书，但是在结合附图阅读时，从本公开的某些实施方案的下列描述中可以容易地确定本公开的实施方案的各种优点，其中：

图1示出了根据本公开实施方案的固定切削器钻地工具，其通常被称为“刮刀钻头”；

图2是根据本公开实施方案的可旋转切削器的等轴视图；

图3A是根据本公开实施方案的处于第一位置的可旋转切削器的横截面侧视图；

图3B是根据本公开实施方案的处于第二位置的可旋转切削器的横截面侧视图；

图4是根据本公开实施方案的可旋转切削器的分解图；

图5是根据本公开的另一实施方案的可旋转切削器的等轴视图；

图6是图5所示的可旋转切削器的横截面侧视图；并且

图7是图5和图6所示的可旋转切削器的分解图。

具体实施方式

这里给出的示图并不意味着任何特定钻地工具、可旋转切削元件或其部件的实际视图，而仅仅是用于描述例示性实施方案的理想化表示。附图不一定按比例绘制。

所公开的实施方案总体上涉及用于钻地工具的可旋转元件(例如，切削元件)，该可旋转元件可以旋转以改变切削元件相对于切削元件所联接到的钻地工具的定位。例如，这种构造可以使切削元件连续呈现锋利的切削刃(利用该切削刃接合地层)，而且占据的空间量与传统固定切削元件基本相同。这种可旋转切削元件的一些实施方案可以包括固定元件和具有分度定位特征部的可旋转元件。分度定位特征部可用于旋转和/或控制切削元件的旋转。在一些实施方案中，分度定位特征部可以用于当切削元件没有主动进行移除材料时促使切削元件旋转，同时当切削元件主动进行移除材料时停止切削元件旋转。

这种可旋转元件可以在各种钻地工具中实现，诸如例如旋转钻头、冲击钻头、岩心钻头、偏心钻头、双中心钻头、扩孔钻、膨胀扩孔钻、磨机、刮刀钻头、牙轮钻头、混合钻头以及本领域已知的其他钻头和工具。

如本文所用，参考给定参数的术语“基本上”表示且包括在本领域的技术人员将了解的程度上满足给定参数、性质或条件，同时有较小程度的偏差(诸如在可接受制造公差内)。例如，基本上符合的参数可以是至少约90％符合、至少约95％符合、或者甚至至少约99％符合。

参考图1，其示出了钻地工具10的透视图。钻地工具10可以具有刀片20，多个切削元件100可以固定在刀片20上。切削元件100可以具有带有切削表面102的切削台101，其可以形成刀片20的切削刃。钻地工具10可以围绕钻地工具10的纵向轴线旋转。当钻地工具10旋转时，切削元件100的切削表面102可以接触地层并移除材料。然后，由切削表面102移除的材料可以通过排屑槽40移除。钻地工具10可以包括喷嘴，该喷嘴可以将通常称为钻探泥浆的钻井液引入叶片20周围的区域，以帮助从叶片20周围的区域移除剪切掉的材料和其他碎屑，从而提高钻地工具10的效率。

在切削元件100被固定的应用中，只有暴露在刀片20的表面上方的切削元件100的切削表面102的边缘会接触地层并在使用过程中磨损。通过旋转切削元件100，切削表面102相对更多的(例如，大部分、基本上全部的)边缘可以暴露磨损，并且可以起到延长切削元件100的寿命的作用。进一步对旋转频率以及旋转量施加控制可以进一步延长切削元件100的寿命。

参考图2，其示出了可旋转切削器100的实施方案的透视图。可旋转切削器100可以包括具有切削表面102的切削台101和基底108。切削台101可以由聚晶材料形成，诸如例如聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼。通过将基底108的外表面固定到钻地工具10(图1)，可以将可旋转切削器100固定到钻地工具10。这通常是通过钎焊工艺实现的。

参考图3A，其示出了处于压缩位置的可旋转切削器100的实施方案的横截面侧视图。为了使切削表面102能够旋转，可旋转切削器100的基底108可以被分成多个部分，例如，内部切削元件(例如，可旋转元件104)和外部元件(例如，固定元件106或套筒)。固定元件106可以限定基底108的外表面。固定元件106中的空腔110可以接收可旋转元件104。例如，可旋转元件104可以至少部分地设置在空腔110内。基底108或其部分(例如，可旋转元件104和/或固定元件106)可以由适用于钻孔的硬质材料形成，诸如例如金属、合金(例如，钢)、陶瓷金属复合材料(例如，钴烧结的碳化钨)或其组合。

可旋转元件104可以被配置为相对于固定元件106围绕可旋转切削器100的纵向轴线L₁₀₀旋转并沿着该纵向轴线L₁₀₀移动。可旋转切削器100可以通过利用分度定位特征部120在沿着纵向轴线L₁₀₀的第一轴向位置(例如，如图3A所示的压缩位置)和沿着纵向轴线L₁₀₀的第二轴向位置(例如，如图3B所示的扩张位置)之间平移可旋转元件104，以此来旋转可旋转元件104。当可旋转元件104在第一轴向位置和第二轴向位置之间平移时，分度定位特征部120可用于旋转可旋转元件104，这是通过分度定位特征部120的部件在这种轴向移动期间的相互作用来实现的，对此下文将更详细地讨论。

可旋转元件104可以包括支撑结构112上的切削表面102。在一些实施方案中，可旋转元件104的尺寸和构造可以使得切削台101至少与固定元件106具有相同的直径。例如，当切削表面102进行移除材料时，肩部114可以抵靠在固定元件106上，以支撑切削台101。支撑结构112的下部可以具有较小的直径，以便于至少部分地设置在固定元件106内。可旋转元件104的支撑结构112可以具有与切削表面102相对的基座116。促动元件118可以插入固定元件106和可旋转元件104之间(例如，位于空腔110的内部)。促动元件118可以被配置成作用在基座116上，以沿着可旋转切削器100的纵向轴线L₁₀₀在第一轴向位置和第二轴向位置之间纵向移动(例如，平移、滑动)可旋转元件104。

在一些实施方案中，促动元件118可以包括加压元件。加压元件可以被配置成在远离固定元件106的方向上给位于第一轴向位置的可旋转元件104施加压力。作为示例而非限制，可以使用的加压元件的示例有弹簧、垫圈(例如，Bellville垫圈)、可压缩流体、磁加压、弹性材料或其组合。

分度定位特征部120可以定位在可旋转元件104和固定元件106之间(例如，横向之间)。分度定位特征部120可以使得可旋转元件104能够沿着纵向轴线L₁₀₀在第一压缩轴向位置和扩展的第二轴向位置之间移动，并且防止可旋转元件104移动超过第一轴向位置和第二轴向位置中的一个或多个(例如，超过扩展位置)。当切削表面102与另一结构(例如，地层的一部分)接合时，可旋转元件104可以处于第一压缩轴向位置。当切削表面102与结构脱离时，由促动元件118施加在基座116上的力(例如，可旋转元件104与地层接合所克服的恒定力)可以将可旋转元件104从第一轴向位置移动到第二轴向位置。

在一些实施方案中，当可旋转元件104处于第一轴向位置和第二轴向位置(例如，两个位置)中的一个或多个时，分度定位特征部120可以至少部分地防止可旋转元件104旋转。例如，当可旋转元件104处于第一轴向位置和第二轴向位置中的一个或多个时，分度定位特征部120可基本固定可旋转元件104，以基本抑制可旋转元件104的旋转。

在一些实施方案中，一些特征部可以涂覆有耐磨和/或低摩擦涂层。特征部，诸如例如肩部114、固定元件106、可旋转元件104和分度特征部120可以受益于不同的涂层。涂层可以包括能够承受井下条件的低摩擦涂层和/或耐磨涂层，诸如例如但不限于类金刚石碳(DLC)、软金属(例如，具有相对较低硬度的材料、铜)、干式润滑膜等。涂层可以位于一个或多个特征部之间的界面表面上，该界面表面有很大的磨损的可能性。在一些实施方案中，不同的涂层可以用在同一可旋转切削器100内的不同表面上，因为当应用于不同表面时，不同的涂层可以具有额外的有益效果。例如，肩部114和固定元件106之间的界面可以涂覆有相对软的金属，而分度定位特征部120可以涂覆有DLC涂层。其他示例可以包括低摩擦或耐磨材料的任何变体。

在一些实施方案中，可旋转切削器100可以包括一个或多个密封件142，该密封件142被构造成在可旋转元件104和固定元件106之间形成密封条件，以防止钻井泥浆和地层碎屑阻碍可旋转元件104的旋转。

参考图3B，其示出了处于扩展位置的可旋转切削器100的实施方案的横截面侧视图。如图所示，当切削表面102从结构脱离时，促动元件118可以作用在基座116上，以相对于固定元件106将可旋转元件104移动到第二轴向位置(例如，扩展位置)。随着可旋转元件104移动，在肩部114和固定元件106之间可产生分离。销122可以与分度定位特征部120相互作用，以防止可旋转元件104移动超过第二轴向位置。

图4是图3A和图3B所示实施方案的分解图。

参考图3A、图3B和图4，分度定位特征部120可以包括一个或多个突起(例如，销122)和一个或多个轨道121。例如，轨道121可以由一个或多个轨道部124、126(例如，波状的上部和下部轨道部124、126，其包括位于轨道121的每个纵向侧上的突起和凹陷)限定在可旋转元件104中。销122在轨道121中的接合可以被配置为当可旋转元件104朝向第二轴向位置或朝向第一轴向位置移动时，相对于固定元件106旋转可旋转元件104。如图所示，每个轨道部124、126中的偏移的峰和谷使得与可旋转元件104的强制轴向运动(例如，由于外力和/或促动元件118的力)结合的销122可以在轨道部124、126中的一个上滑动，以旋转可旋转元件104。在一些实施方案中，销122可以定位在固定元件106上，并且轨道121可以限定在可旋转元件104的支撑结构112上。在这些实施方案的一些中，销122可以包括绕(例如，围绕)纵向轴线L₁₀₀布置的至少两个销122。如图所示，轨道121可以嵌入如图4所示的可旋转元件104的一部分。在一些实施方案中，轨道121可以从可旋转元件104突出，销122沿循轨道121的外表面。

如图所示，销122可以至少部分地设置在固定元件106内。固定元件106可以具有销通道128，以便于组装。例如，销122可以至少部分(例如，全部)移除，以便为可旋转元件104插入固定元件106和从固定元件106移除提供间隙。销122可以通过固定元件106中的销通道128插入，并固定到固定元件106。销122可以具有销肩130以将销122保持在固定元件106内，销尖端132进入空腔110以接合可旋转元件104上的轨道121。

轨道121可用于控制可旋转元件104的旋转运动。在一些实施方案中，轨道121可以设置在可旋转元件104的支撑结构112内。轨道121可以被配置成当可旋转元件104处于第一轴向位置或第二轴向位置中的至少一个时，基本上抑制可旋转元件104的旋转。在一些实施方案中，轨道121可以被配置成当可旋转元件104处于第一轴向位置和第二轴向位置两者时，至少部分地抑制可旋转元件104的旋转。如图4的实施方案所示，轨道部之一(例如，位于相对靠近切削表面102的上部位置轨道部124)可以包括顶部轨道卡位134，当可旋转元件104处于第一轴向位置时，该顶部轨道卡位134可以使销122止动从而抑制可旋转元件104的旋转。另一个轨道部(例如，位于相对远离切削表面102的下部位置轨道部126)可以包括底部轨道卡位136，当可旋转元件104处于第二轴向位置时，底部轨道卡位136可以类似于顶部轨道卡位134的方式起作用。

销122和轨道121之间的相互作用可以被配置成当可旋转元件104在第一轴向位置和第二轴向位置之间移动时，在可旋转元件104上施加旋转。例如，当可旋转元件104从第二轴向位置移动到第一轴向位置时，销122可以接合上轨道部124。上轨道部124的结构中可以包括顶部轨道坡道138。当从第二轴向位置移动到第一轴向位置(例如，如图3A所示的压缩位置)时，销122可以接合顶部轨道坡道138。当销122作用在顶部轨道坡道138上并沿着顶部轨道坡道138行进时，顶部轨道坡道138可以将旋转传递到可旋转元件104上。当可旋转元件104从第一轴向位置行进到第二轴向位置(例如，如图3B所示的扩展位置)时，销122可以接合下轨道部126。例如，下轨道部126可以包括底部轨道坡道140，当可旋转元件104从第一轴向位置行进到第二轴向位置时，底部轨道坡道140可以类似于顶部轨道坡道138的方式起作用。

顶部和底部轨道卡位134和136以及坡道138和140的间距可以被配置为相对于可旋转切削器100所附接的钻地工具10递增地旋转可旋转切削器100的切削表面102。递增地旋转可旋转切削器100可以在相对于地层的位置递增地呈现切削台101的部分。这种递增旋转可以使切削台101能够选择性地磨损切削面102周围的切削台101的多个部分，这可以延长可旋转切削器100的寿命。递增地旋转可旋转切削器100也可以使操作者更好地控制旋转频率。

在一些实施方案中，当可旋转元件104处于第一轴向位置和第二轴向位置中的一个或多个时，顶部和底部轨道卡位134和136可以分别用于固定可旋转元件104，以至少部分地防止可旋转元件104旋转。

在不同的实施方案中，顶部和底部轨道卡位134和136可以分别具有不同分离程度，以便为可旋转元件104提供选定量的径向位置。例如，可以有八个均匀间隔的顶部轨道卡位134和八个均匀间隔的底部轨道卡位136。八个卡位的间隔可以是45度。在一个具有八个卡位的实施方案中，可旋转元件104可以每次递增旋转45度。在另一个实施方案中，可以有两个顶部轨道卡位134和两个底部轨道卡位136以180度的间隔均匀隔开。在一个具有两个卡位的实施方案中，可旋转元件104可以每次递增旋转180度。其他实施方案可以具有间隔不均匀的卡位。例如，一个实施方案可以具有四个卡位，每个卡位以不同的角度间隔放置，或者成对放置，其中两个卡位以较小的间隔(诸如45度)分开，另外两个卡位以较大的间隔(诸如135度)分开该两对。在其他实施方案中可以使用许多其他卡位数量和分离度的组合。

在一些实施方案中，当可旋转元件104朝向第一轴向位置移动时，分度定位特征部120可以将可旋转元件104旋转增量旋转的一部分(例如，份、小部分)(例如，一半、60％、70％)，并且当可旋转元件104朝向第二轴向位置移动时，分度定位特征部120可以将可旋转元件104旋转增量旋转的另一部分(例如，另一半、40％、30％)。例如，顶部和底部轨道卡位134和136以及坡道138和140可以如图4所示那样彼此偏移。当可旋转元件104从第一轴向位置行进到第二轴向位置时，顶部轨道坡道138可以通过销122作用于可旋转元件104上，以旋转可旋转元件104使其完成增量旋转的一部分，直到销122到达顶部轨道卡位134停止旋转。当可旋转元件104以相反方向从第二轴向位置行进到第一轴向位置时，底部轨道坡道140可以通过销122作用于可旋转元件104，以完成增量旋转。在一些实施方案中，坡道138和140可以具有不同的斜度。当可旋转元件104从第一轴向位置行进到第二轴向位置时，通过接合较陡斜度，不同的斜度可以使可旋转元件104完成旋转的较小部分(例如，小于50％、40％、30％或更小)。同样，当可旋转元件104从第二轴向位置行进到第一轴向位置时，通过接合较缓斜度，不同的斜度可以使可旋转元件104完成旋转的较大部分(例如，大于50％、60％、70％或更大)。在其他实施方案中，斜度可以不同，以在可旋转元件104从第一轴向位置行进到第二轴向位置时允许可旋转元件104完成旋转的更大部分。如上所述，旋转的增量可以由顶部和底部轨道卡位134和136的分离程度来确定。

参考图5，其示出了可旋转切削器200的一个附加实施方案的透视图。可旋转切削器200的外部可以有些类似于图2至图4所示和所述的可旋转切削器100的实施方案。可旋转切削器200可以包括切削台201、切削表面202和基底208。通过将基底208的外表面固定到钻地工具10上可以将可旋转切削器200固定到钻地工具10上。

图6和图7分别是可旋转切削器200的横截面侧视图和分解视图。可旋转切削器200的基底208可以包括可旋转元件204、套筒元件242和分度定位特征部220。

可旋转元件204可以包括具有切削表面202的切削台201，切削表面202被构造成位于支撑结构212上方并接合的地下钻孔的一部分。切削台201可以具有至少与套筒元件242一样大的直径。支撑结构212的直径可以小于套筒元件242的内径，使得可旋转元件204可以至少部分地设置在套筒元件242内。可旋转元件204可以配置有肩部214，当切削台201接合地下钻孔的一部分时，肩部214为切削台201提供额外支撑。可旋转元件204可以被配置为沿可旋转切削器200的纵向轴线L₂₀₀相对于套筒元件242在第一轴向位置和第二轴向位置之间移动。促动元件218可以插在可旋转元件204的基座216和组件基座244之间。如上所述，促动元件218可对位于轴向位置(例如，在可旋转元件204与套筒元件242和固定元件206中的一个或多个间隔开的位置)的可旋转元件204施加压力。

在一些实施方案中，套筒元件242可以充当固定元件206。在其他实施方案中，套筒元件242可以是固定到如图6所示的固定元件206或与固定元件206一体形成的附加特征部。套筒元件206可以为分度定位特征部220提供一定区域。

类似于上述可旋转切削器100的实施方案，分度定位特征部220可以限定在可旋转元件204和套筒元件242之间。分度定位特征部220可以被配置为当可旋转元件204从第一轴向位置朝向第二轴向位置移动时以及当可旋转元件204从第二轴向位置朝向第一轴向位置移动时，相对于套筒元件242旋转可旋转元件204。当切削台201与地下钻孔的一部分接合时，可旋转元件204可以处于第一轴向位置(例如，有些类似于图3A所示的压缩位置)。当切削台201从地下钻孔脱离时，促动元件218可以作用在基座216上，以将可旋转元件204从第一轴向位置移动到第二轴向位置(例如，到有些类似于图3B所示的扩展位置)。

在一些实施方案中，一个或多个突起(例如，销222)可以定位在可旋转元件204的支撑结构212上，并且至少一个轨道224可以限定在如图6所示的固定元件206或套筒元件242上。销222和轨道224之间的相互作用可以使可旋转元件204旋转以及/或者限制(例如，至少部分或完全防止)可旋转元件204旋转。

在一些实施方案中，可旋转元件204的支撑结构212可以包括一个或多个销通道228，如图6和图7所示。销222可以至少部分地设置在可旋转元件204的支撑结构212中的销通道228内。在一些实施方案中，诸如图6所示的实施方案，可以有两个销222，它们在可旋转元件204的相对的两侧与轨道224相互作用。在一些实施方案中，可以有位于销通道228内的加压构件246(例如，弹簧)，其允许销222在组装期间被完全设置(例如，强制)在可旋转元件204内。加压构件246可以接触销肩230，迫使销尖端232在组装后或拆卸期间离开销通道228并进入轨道224。

至少一个销222可以保持在轨道224中。轨道224可以设置在固定元件206和套筒元件242中的一个或多个内。轨道224可以被构造成类似于图4中描述的可旋转切削器100的实施方案，其具有利用卡位和坡道与至少一个销222相互作用的顶部轨道和底部轨道。然而，如图所示，轨道224定位在外部部件(例如，套筒元件242)上，而不是如图4所示定位在内部元件(例如，可旋转元件204)上。当可旋转元件204在第一轴向位置和第二轴向位置之间滑动时，相应的坡道可被构造成将旋转传递到可旋转元件204上，并且当可旋转元件204处于第一轴向位置或第二轴向位置时，相应的卡位可被构造成阻止旋转。

这里描述的可旋转切削器的实施方案可以改善可旋转切削器的切削元件的磨损特性。利用能够使切削器正向递增旋转的分度定位特征部旋转切削器可以允许对可旋转切削器的旋转进行更严格的控制，从而可以确保切削表面上的磨损更均匀。

本公开的实施方案可在提供具有改进的切削表面磨损特性的切削元件方面特别有用，改进的切削表面磨损特性可以使可旋转切削元件拥有更长的使用寿命。延长可旋转切削元件的寿命又可以延长其所附接的钻地工具的寿命。更换钻地工具或者甚至拔出钻地工具以更换磨损或损坏的切削器对于钻地操作来说是一笔巨大的费用。钻地工具通常位于长度超过40,000英尺的钻柱远端。必须从钻孔中移除整个钻柱，才能更换钻地工具或损坏的切削器。延长钻地工具的寿命可以为钻地操作的实施者节省大量成本。

上面描述的并在附图中示出的本公开的实施方案并不限制本发明的范围，因为这些实施方案仅仅是本发明的实施方案的示例，本发明的范围由所附权利要求书及其法律等同物限定。任何等效实施方案都旨在落在本公开的范围内。实际上，根据所述描述，本文示出和描述的那些修改之外的本公开的各种修改(诸如所描述的元件的替代有用组合)，对于本领域技术人员来说将变得显而易见。这种修改和实施方案也旨在落入所附权利要求书及其法律等同物的范围内。

Claims

1.一种用于地下钻孔中的钻地工具的可旋转切削器，所述可旋转切削器包括：

可旋转元件，所述可旋转元件包括支撑结构上的切削表面；和

固定元件，所述固定元件包括：

空腔，所述可旋转元件至少部分地设置在所述空腔内，所述可旋转元件被配置成相对于所述固定元件沿着所述可旋转切削器的纵向轴线在第一轴向位置和第二轴向位置之间移动；和

分度定位特征部，所述分度定位特征部横向定位在所述可旋转元件和所述固定元件之间，所述分度定位特征部包括至少一个突起和至少一个轨道，其中所述至少一个突起与所述至少一个轨道的接合被配置为当所述可旋转元件朝向所述第二轴向位置移动时，相对于所述固定元件旋转所述可旋转元件。

2.根据权利要求1所述的可旋转切削器，还包括置于所述固定元件和所述可旋转元件之间的促动元件，所述促动元件被配置为在所述第一轴向位置和所述第二轴向位置之间移动所述可旋转元件。

3.根据权利要求1所述的可旋转切削器，其中，所述至少一个突起和所述至少一个轨道之间的相互作用被配置为当所述可旋转元件在所述第一轴向位置和所述第二轴向位置之间移动时，在所述可旋转元件上施加旋转，并且其中所述至少一个轨道被配置为当所述可旋转元件处于所述第一轴向位置或所述第二轴向位置中的至少一个时，基本上抑制所述可旋转元件的旋转。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的可旋转切削器，其中，所述至少一个突起包括围绕所述纵向轴线布置的至少两个销。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的可旋转切削器，其中，所述至少一个突起位于所述可旋转元件的所述支撑结构上，并且所述至少一个轨道限定在所述固定元件上。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的可旋转切削器，其中，所述至少一个突起位于所述固定元件上，并且所述至少一个轨道限定在所述可旋转元件的所述支撑结构上。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的可旋转切削器，其中，所述至少一个突起和所述至少一个轨道之间的相互作用被配置成当所述可旋转元件从所述第一轴向位置移动到所述第二轴向位置时以及当所述可旋转元件从所述第二轴向位置移动到所述第一轴向位置时，在所述可旋转元件上施加旋转。

8.根据权利要求7所述的可旋转切削器，其中，所述至少一个突起和所述至少一个轨道之间的相互作用被配置成当所述可旋转元件处于所述第一轴向位置和所述第二轴向位置两者时，至少部分地抑制所述可旋转元件的旋转。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的可旋转切削器，其中，所述可旋转元件通过所述分度定位特征部进行的旋转被配置为相对于所述可旋转切削器所附接的钻地工具递增地旋转所述可旋转切削器的所述切削表面。

10.根据权利要求9所述的可旋转切削器，其中，所述分度定位特征部被配置成当所述可旋转元件从所述第一轴向位置移动到所述第二轴向位置时，以期望间隔的第一部分递增地旋转所述切削表面，并且当所述可旋转元件从所述第二轴向位置移动到所述第一轴向位置时，以所述期望间隔的第二部分递增地旋转所述切削表面，其中，所述第一部分小于所述第二部分。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的可旋转切削器，其中，所述可旋转元件与加压元件缔合，其中，所述加压元件被配置成在远离所述固定元件的方向上对位于所述第一轴向位置的所述可旋转元件施加压力。

12.一种钻地工具，所述钻地工具包括：

工具主体；和

元件，所述元件由所述工具主体承载，所述元件中的至少一个元件包括：

可移动元件，所述可移动元件包括被配置成用于接合地下钻孔的一部分的表面；

套筒元件，所述套筒元件联接到所述可移动元件，所述可移动元件被配置为相对于所述套筒元件沿着所述可移动元件的纵向轴线在第一轴向位置和第二轴向位置之间移动；和

分度定位特征部，所述分度定位特征部限定在所述可移动元件和所述套筒元件之间，所述分度定位特征部被配置成当所述可移动元件从所述第一轴向位置朝向所述第二轴向位置移动时以及当所述可移动元件从所述第二轴向位置朝向所述第一轴向位置移动时，相对于所述套筒元件旋转所述可移动元件。

13.根据权利要求12所述的钻地工具，其中，所述分度定位特征部还包括至少一个突起和至少一个轨道，其中，所述至少一个突起和所述至少一个轨道之间的相互作用被配置成当所述可移动元件处于所述第一轴向位置和所述第二轴向位置两者时，至少部分地抑制所述可移动元件的旋转。

14.根据权利要求12所述的钻地工具，其中，所述分度定位特征部还包括保持在轨道中的至少一个销，所述轨道被配置为当所述可移动元件在所述第一轴向位置和所述第二轴向位置之间滑动时在所述可移动元件上施加旋转，所述轨道被配置为当所述可移动元件处于所述第一轴向位置或所述第二轴向位置时阻止旋转。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的钻地工具，其中所述分度定位特征部包括设置在所述可移动元件的支撑结构内的至少一个销以及设置在所述套筒元件内的至少一个轨道。

16.根据权利要求12至14中任一项所述的钻地工具，其中所述分度定位特征部包括设置在所述套筒元件内的至少一个销以及设置在所述可移动元件的支撑结构内的至少一个轨道。

17.一种重新定向用于地下钻孔的钻地工具上的切削元件的切削面的方法，所述方法包括：

沿着所述切削元件的纵向轴线在第一轴向位置和第二轴向位置之间平移至少部分设置在外部套筒中的内部切削元件；

当所述内部切削元件在所述第一轴向位置和所述第二轴向位置之间平移时，通过分度定位特征部旋转所述内部切削元件；以及

当所述内部切削元件处于所述第一轴向位置或所述第二轴向位置中的至少一个时，通过所述分度定位特征部至少部分地阻止所述内部切削元件的旋转；

其中，所述分度定位特征部横向定位在所述内部切削元件和所述外部套筒之间，所述分度定位特征部包括至少一个突起和至少一个轨道，其中所述至少一个突起和所述至少一个轨道的接合使得当所述内部切削元件在所述第一轴向位置和所述第二轴向位置之间平移时，所述内部切削元件旋转，并且当所述内部切削元件处于所述第一轴向位置或所述第二轴向位置中的至少一个时，所述内部切削元件的旋转被至少部分地阻止。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括通过加压元件给位于所述第一轴向位置的所述内部切削元件施加压力。

19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，其中，通过所述分度定位特征部旋转所述内部切削元件包括响应于至少一个销行进穿过所述分度定位特征部的轨道而旋转所述内部切削元件。

20.根据权利要求19所述的方法，其中至少部分阻止所述内部切削元件的旋转包括至少部分阻止所述至少一个销在所述分度定位特征部的所述轨道中的行进。