CN113167103A - 具有固定刀刃和变化尺寸可旋转切削结构的钻地工具及相关方法 - Google Patents

Abstract

一种钻地工具，包括：主体；附接到主体并且至少延伸到钻地工具的鼻部区域的多个刀刃；联接到主体的第一可旋转切削结构组件；以及联接到主体的第二可旋转切削结构组件。第一可旋转切削结构组件包括第一支腿和可旋转地联接到第一支腿的第一可旋转切削结构。第一可旋转切削结构的第一切削轮廓至少从钻地工具的保径区域延伸并且至少部分地延伸通过钻地工具的圆锥区域。第二可旋转切削结构组件包括第二支腿和可旋转地联接到第二支腿的第二可旋转切削结构。第二可旋转切削结构的第二切削轮廓仅从钻地工具的保径区域延伸并延伸到钻地工具的鼻部区域的最内边界。

Description

具有固定刀刃和变化尺寸可旋转切削结构的钻地工具及相关 方法

优先权声明

本申请要求2017年11月9日提交的题目为“EARTH BORING TOOLS HAVING FIXEDBLADES AND VARYING SIZED ROTATABLE CUTTING STRUCTURES AND RELATED METHODS”的美国专利申请序列号15/807,853的权益。

技术领域

本公开主要涉及具有可旋转切削结构的钻地工具。本公开还涉及具有带固定切削元件的刀刃以及安装到其主体的可旋转切削结构的钻地工具

背景技术

石油和天然气井(井眼)通常使用钻柱进行钻探。钻柱包括具有钻探组件的管状构件，该钻探组件在其底端包括单个钻头。钻探组件还可以包括装置和传感器，该装置和传感器提供与与钻探操作相关的各种参数(“钻探参数”)、钻探组件的行为(“钻探组件参数”)以及与被井眼所穿透的地层相关参数(“地层参数”)有关的信息。通过旋转来自钻机的钻柱和/或通过井底钻具(“BHA”)中的钻探电机(也称为“泥浆电机”)来旋转附接到钻探组件底端的钻头和/或扩孔器，以便去除地层材料从而钻出井眼。

发明内容

本公开的一些实施例包括钻地工具。所述钻地工具可以包括主体、从主体突出并至少从钻地工具的保径区域延伸到钻地工具的鼻部区域的多个刀刃、联接到主体的第一可旋转切削结构组件和联接到主体的第二可旋转切削结构组件。第一可旋转切削结构组件可以包括从钻地工具的主体延伸的第一支腿和可旋转地联接到第一支腿的第一可旋转切削结构，其中第一可旋转切削结构的第一切削轮廓至少从所述钻地工具的保径区域延伸并且至少部分地穿过钻地工具的圆锥区域。第二可旋转切削结构组件可以包括从钻地工具的主体延伸的第二支腿和可旋转地联接到第二支腿的第二可旋转切削结构，其中第二可旋转切削结构的第二切削轮廓仅从钻地工具的保径区域延伸且延伸到钻地工具的鼻部区域的最内边界。

在另外的实施例中，钻地工具可以包括主体、从主体突出并且至少从钻地工具的保径区域延伸到钻地工具的鼻部区域的多个刀刃、联接到主体的第一可旋转切削结构组件和联接到主体的第二可旋转切削结构组件。第一可旋转切削结构组件可以包括第一支腿和可旋转地联接到第一支腿的第一可旋转切削结构，其中第一可旋转切削结构具有第一纵向长度。第二可旋转切削结构组件可以包括第二支腿和可旋转地联接到第二支腿的第二可旋转切削结构，其中第二可旋转切削结构具有第二纵向长度，并且其中第一可旋转切削结构的第一纵向长度和第二纵向长度的比率在约1.2和约1.6的范围内。

本公开的一些实施例包括一种形成钻地工具的方法。该方法可以包括：形成包括多个刀刃的钻地工具的主体；将第一可旋转切削结构联接到钻地工具的第一可旋转切削结构组件的第一支腿，该第一可旋转切削结构具有第一纵向长度；和将第二可旋转切削结构联接到钻地工具的第二可旋转切削结构组件的第二支腿，该第二可旋转切削结构具有第二纵向长度，其中第一可旋转切削结构的第一纵向长度和第二纵向长度的比率在约1.2和约1.6的范围内。

附图说明

为了对本公开详细理解，应当参考以下结合附图的详细描述，其中，通常用相同的标号来指示相同的元件，并且其中：

图1是根据本公开的一个或多个实施例的包括钻柱的井眼系统的示意图，该钻柱包括钻地工具；

图2是根据本公开的一个或多个实施例的钻地工具的底部透视图；

图3是根据本公开的一个或多个实施例的钻地工具的底视图；

图4是根据本公开的一个或多个实施例的钻地工具的可旋转切削结构的侧视图；

图5是根据本公开的实施例的可旋转切削结构的切削轮廓的局部示意性截面图；

图6是钻地工具的可旋转切削结构的切削元件在整个钻地工具旋转过程中与地层接触的接触位置的示意图。

图7是根据本公开的一个或多个实施例的钻地工具的底部透视图；

图8是根据本公开的实施例的钻地工具的刀刃的切削轮廓的示意性截面图；

图9是示出根据本公开的一个或多个实施例的钻地工具的切削元件的功率的图；

图10是示出根据本公开的一个或多个实施例的钻地工具的不平衡百分比的图；

图11是示出根据本公开的一个或多个实施例的钻地工具的切削元件的后倾角和侧倾角的图。

具体实施例

本文呈现的图示不是任何钻头、牙轮或其任何部件的实际视图，而仅仅是用于描述本发明的理想化表示。

如本文中所使用，术语“钻头”和“钻地工具”分别是指并且包括用于形成、扩大、或形成且扩大井眼的钻地工具。钻头的非限制性示例包括：固定刀具(刮刀)钻头、固定刀具取芯钻头、固定刀具偏心钻头、固定刀具双中心钻头、固定刀具扩孔器、带有固定刀具的刀刃的可扩张扩孔器以及混合式钻头，所述混合式钻头包括固定刀具和可旋转切削结构(滚子锥)。

如本文中所使用，术语“切削结构”是指并包括被构造用于在钻地工具上使用并且用于在钻地工具的操作期间从井眼内的地层去除地层物质的任何元件。作为非限制性示例，切削结构包括可旋转的切削结构，在本领域中其通常称为“滚子锥”或“滚动锥”。

如本文所使用，术语“切削元件”是指并且包括例如用作固定切削元件的超级磨料(例如，多晶金刚石复合片或“PDC”)切削元件，以及用作切削元件的碳化钨硬质合金镶齿和超硬磨料镶齿，所述切削元件安装在可旋转切削结构(例如，滚子锥)上。

如本文中所使用，诸如“第一”、“第二”、“顶”、“底”等的任何关系术语是为了清楚和方便理解本公开和附图而使用，并且不暗示或依赖于任何特定的偏好或顺序，除非上下文中另有明确说明。例如，当以常规方式布置在钻孔内时，这些术语可以指的是钻地工具的元件的取向。此外，当如图所示时，这些术语可以指的是钻地工具的元件的取向。

如本文所用，术语“基本上”是指给定参数、特性或条件，并且在一定程度上包括本领域技术人员应理解的是以较小的差异程度，例如在可接受的制造公差范围内来满足给定参数、特性或条件。例如，基本满足的参数可以是至少约90％满足、至少约95％满足、或甚至至少约99％满足。

本公开的一些实施例包括具有刀刃和可旋转切削结构两者的混合式钻地工具。特别地，钻地工具可以包括多个刀刃、第一可旋转切削结构组件和第二可旋转切削结构组件。在一些实施例中，第一可旋转切削结构组件的第一可旋转切削结构可以从钻地工具的保径区域延伸并且至少部分地穿过钻地工具的圆锥区域。换句话说，第一可旋转切削结构可以延伸到工具的中心线或“中心”。此外，第二可旋转切削结构组件的第二可旋转切削结构可以从钻地工具的保径区域延伸并且仅延伸到接近钻地工具的鼻部区域的最内边界的位置。在一个或多个实施例中，在多个刀刃中，至少两个刀刃可以延伸到中心，至少一个刀刃可以延伸穿过钻地工具的鼻部区域，并且至少两个刀刃可以延伸穿过钻地工具的肩部区域。

本公开的一个或多个实施例包括一种混合式钻地工具，其具有拥有第一纵向长度的第一可旋转切削结构和拥有第二纵向长度的第二可旋转切削结构。第一可旋转切削结构的第一纵向长度可以大于第二可旋转切削结构的第二纵向长度。例如，第一纵向长度L1与第二纵向长度L2的比率可以为约1.4。此外，第一可旋转切削结构的体积可以大于第二可旋转切削结构的体积。例如，第一可旋转切削结构的体积可以比第二可旋转切削结构大约8％。

图1是可以利用本文公开的设备和方法来钻探井眼的钻探系统100的示例的示意图。图1示出了井眼102，该井眼包括上部区段104和下部区段108，所述上部区段在其中安装有套管106，所述下部区段正利用钻柱110钻探。钻柱110可以包括管状构件112，该管状构件在其底端处承载钻探组件114。管状构件112可以通过连结钻杆区段来构成，或者它可以是一系列连续油管(coiled tubing)。钻头116可以附接到钻探组件114的底端，以用于在地层118中钻出具有选定直径的井眼102。

钻柱110可以在地表122处延伸到钻机120。为了易于说明，所示的钻机120是陆地钻机120。然而，当使用海上钻机120以用于在水下钻探井眼时，所公开的设备和方法同样适用。旋转台124或顶部驱动装置可以联接到钻柱110，并且可以用于使钻柱110旋转且使钻探组件114旋转，从而使钻头116旋转以钻探井眼102。钻探电机126可以设置在钻探组件114中，以使钻头116旋转。钻探电机126可以单独用于旋转钻头116或通过钻柱110叠加钻头116的旋转。钻机120也可以包括常规设备，例如在钻探井眼102时向管状构件112添加附加区段的机构。可以是基于计算机的单元的地面控制单元128可以被放置在地表122处，以用于接收和处理由钻头116中的传感器140和钻探组件114中的传感器140传输的井下数据，并且用于控制钻探组件114中各种装置和传感器140的所选择的操作。传感器140可以包括一个或多个传感器140，所述传感器确定加速度、钻头重量、扭矩、压力、切削元件位置、穿透率、倾斜度，方位角形成/岩石特性等。在一些实施例中，地表控制单元128可以包括处理器130和用于存储数据、算法和计算机程序134的数据存储装置132(或计算机可读介质)。数据存储装置132可以是任何合适的装置，包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、磁带、硬盘和光盘。在钻探期间，来自钻探液的源136的钻探液可以在压力作用下被泵送通过管状构件112，该钻探液在钻头116的底部处排出并经由钻柱110和井眼102的内侧壁138之间的环形空间(也称为“环空”)而返回到地表122。

钻探组件114可以进一步包括一个或多个井下传感器140(统一用数字140表示)。传感器140可以包括任何数量和类型的传感器140，所述传感器包括但不限于：通常被称为随钻测量(MWD)传感器或随钻测井(LWD)传感器的传感器以及以及提供与钻探组件114的表现有关的信息的传感器140，所述表现例如为钻头旋转(每分钟转数或“RPM”)、工具面、压力、振动、转动、弯曲和粘滑。钻探组件114可以进一步包括控制器单元142，该控制器单元控制钻探组件114中的一个或多个装置和传感器140的操作。例如，控制器单元142可以被布置在钻头116内(例如，在钻头116的钻头主体的冠部和/或柄部内)。除此以外，控制器单元142还可以包括用于处理来自传感器140的信号的电路、用于处理数字化信号的处理器144(例如微处理器)、数据存储装置146(例如固态存储器)和计算机程序148。处理器144可以处理数字化信号，并且控制井下装置和传感器140，并且通过双向遥测单元与地表控制单元128通信数据信息。

图2是根据本公开的一个或多个实施例的可以与图1的钻探组件114一起使用的钻地工具200的底部透视图。钻地工具200可以包括钻头，所述钻头具有滚子锥和一个或多个刀刃形式的一个或多个可旋转切削结构。例如，如图2所示，钻地工具200可以是混合式钻头(例如，具有滚子锥和刀刃两者的钻头)。此外，钻地工具200可以包括具有用于在地层118中钻探和/或扩大井眼102的多个可旋转切削结构和一个或多个刀刃的任何其他合适的钻头或钻地工具200(图1)。

钻地工具200可以包括主体202，所述主体包括销206、柄部208和冠部210。在一些实施例中，主体202的主干可以由钢或由陶瓷金属复合材料制成，所述陶瓷金属复合材料包括硬质材料(例如碳化钨)的颗粒，所述颗粒粘结在金属基体材料中。钻地工具200的主体202可以具有限定中心纵向轴线205的轴向中心204，该中心纵向轴线可以大体上与钻地工具200的旋转轴线重合。主体202的中心纵向轴线205可沿下文称为“轴向方向”的方向延伸。

主体202可以连接至钻柱110(图1)。例如，主体202的销206可以具有在其上带螺纹的锥形端，以用于将钻地工具200连接到钻探组件114(图1)的箱体端(box end)。柄部208可以包括恒定直径的笔直区段，该笔直区段在接头处牢固地连接至冠部210。在一些实施例中，冠部210可以包括多个可旋转切削结构组件212和多个刀刃214。

钻地工具200的多个刀刃214中的每个刀刃214可以包括固定到其上的多个切削元件230。每个刀刃214的多个切削元件230可以在刀刃214的旋转前沿平面232附近、沿着刀刃214的轮廓定位成一排。在一些实施例中，多个可旋转切削结构218的多个切削元件220(例如，牙轮)和多个刀刃214的多个切削元件230可以包括多晶金刚石复合片(PDC)切削元件。此外，多个可旋转切削结构218的多个切削元件220和多个刀刃214的多个切削元件230可以包括用于钻探和/或扩大钻孔的任何合适的切削元件构造和材料。

多个可旋转切削结构组件212可以包括多个支腿216和多个可旋转切削结构218，每个可旋转切削结构分别安装到支腿216。多个支腿216可以从主体202的与销206相对的端部延伸并且可以沿轴向方向延伸。多个刀刃214也可以从主体202的与销206相对的端部延伸，并且可以在轴向方向和径向方向上延伸。每个刀刃214可以具有如本领域中已知的多个径向延伸的轮廓区域(圆锥、鼻部、肩部和保径)。在一些实施例中，多个刀刃214中的两个或更多个刀刃214可以位于多个支腿216的相邻支腿216之间。在一些实施例中，多个可旋转切削结构组件212可以不包括多个支腿216，但是可以被安装成指向钻地工具200的主体202上的冠部210。

流体通道234可以形成在多个刀刃214中的相邻刀刃214之间，并且可以通过位于通路的端部处的端口向所述流体通道提供钻井液，所述通路源自内部流体增压室并且从钻地工具200的上端的管状柄部208延伸穿过主体202。喷嘴238可以固定在所述端口内，以增强流体流动的指向并控制钻井液的流速。流体通道234延伸到排屑槽240，该排屑槽在多个刀刃214的刀刃214之间沿着钻地工具200的纵向侧轴向地延伸。

图3是图2的钻地工具200的顶视图。如本领域中已知，钻地工具200(例如，钻地工具200的刀刃214)可以包括圆锥区域306、鼻部区域308、肩部区域310和保径区域312。在一些实施例中，多个刀刃214可以包括五个刀刃。在一些实施例中，五个刀刃中的至少两个刀刃350a，350b可以从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的肩部区域310。另外，两个刀刃350a，350b的切削轮廓(例如，多个切削元件230)可以从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的肩部区域310。此外，五个刀刃中的一个刀刃352可以从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的鼻部区域308的径向内部范围。所述一个刀刃352的切削轮廓可以从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的鼻部区域308。此外，五个刀刃中的两个另外的刀刃354a，354b可以从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的至少圆锥区域306。此外，所述另外的刀刃354a，354b的切削轮廓可以从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地钻具200的至少圆锥区域306。换句话说，两个另外的刀刃354a，354b中的每个刀刃可以包括设置在钻地工具200的整个圆锥区域306、鼻部区域308，肩部区域310和保径区域310中。鉴于上述内容，钻地工具200可以包括延伸到钻地工具200的中心的至少两个刀刃。

在某些情况下，五个刀刃可包括两组连接的刀刃316、318。例如，五个刀刃可以包括第一组连接的刀刃316(以下称为“第一组刀刃”)和第二组连接的刀刃318(以下称为“第二组刀刃”)。在一些实施例中，第一组刀刃316可以包括至少三个刀刃，并且第二组刀刃318可以包括至少两个刀刃。此外，在一些实施例中，第一和第二组刀刃316，318可以设置在钻地工具200的相对的横向侧上。

在一些实施例中，第一组刀刃316可以经由第一连接器部分320a(例如，在这组刀刃之间的边带部)和第二连接器部分320b连接在一起。在一个或多个实施例中，第一连接器部分320a可以靠近钻地工具200的鼻部区域308连接第一组刀刃316的刀刃中的两个刀刃的端部。特别地，第一连接器部分320a可以在第一组刀刃316中的两个刀刃之间延伸，使得所述两个刀刃形成大致V形。在一些实施例中，第二连接器部分320b可以在钻地工具200的圆锥区域306附近连接第一组刀刃316的两个刀刃的端部与第一组刀刃316的另一刀刃的端部。例如，第二连接器部分320b可以在第一组刀刃316的所述两个刀刃和所述另一刀刃之间延伸，使得第一组刀刃316形成大体上更大的V形。

在一个或多个实施例中，第一组刀刃316可以包括第一刀刃(例如，刀刃354a)，该第一刀刃从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的中心纵向轴线205，第一刀刃的切削轮廓可以从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的圆锥区域306。此外，第一组刀刃316可以包括第二刀刃(例如，刀刃352)，所述第二刀刃从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的鼻部区域308，并且第二刀刃的切削轮廓可以从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的鼻部区域308。此外，第一组刀刃316可以包括第三刀刃(例如，刀刃350b)，所述第三刀刃从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的肩部区域310，并且第三刀刃的切削轮廓可以从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的肩部区域310。

第二组刀刃318可以经由第三连接器部分322连接在一起。在一些实施例中，第三连接器部分322可以在钻地工具200的圆锥区域306附近连接第二组刀刃318的端部。特别地，第三连接器部分322可以在第二组刀刃318的刀刃之间延伸，使得第二组刀刃318形成大致V形。在一些实施例中，第一组刀刃316和第二组刀刃318可以横向于整个钻地工具200指向彼此。例如，由第一组刀刃316和第二组刀刃318形成的V形点通常可以指向彼此。此外，在一些实施例中，第一组刀刃316可以经由第四连接器部分323连接到第二组刀刃318，所述第四连接器部分延伸穿过钻地工具200的主体202的轴向中心204。

在一个或多个实施例中，第二组刀刃318可以包括第四刀刃(例如，刀刃354b)，该第四刀刃从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的中心纵向轴线205，第四刀刃的切削轮廓可以从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的圆锥区域306。此外，第二组刀刃318可以包括第五刀刃(例如，刀刃350a)，所述第五刀刃从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的肩部区域310，第五刀刃的切削轮廓可以从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的肩部区域310。

一起参考图2和图3，在一个或多个实施例中，多个可旋转切削结构组件212可以包括第一可旋转切削结构组件212a和第二可旋转切削结构组件212b。此外，第一可旋转切削结构组件212a和第二可旋转切削结构组件212b可以成角度地布置在第一组刀刃316和第二组刀刃318之间，并且至少大体上布置在钻地工具200的相对的横向侧上。换言之，第一和第二可旋转切削结构组件212a，212b中的每个可以沿钻地工具200的旋转方向布置在第一和第二组刀刃316，318之间。第一可旋转切削结构组件212a可以包括第一可旋转切削结构218a，所述第一可旋转切削结构可旋转地安装到第一可旋转切削结构组件212a的第一支腿216a。第二可旋转切削结构组件212b可以包括第二可旋转切削结构218b，所述第二可旋转切削结构可旋转地安装到第二可旋转切削结构组件212b的第二支腿216b。例如，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b中的每个可以利用轴颈轴承和滚动元件轴承中的一个或多个安装至相应的支腿216a，216b。许多这样的轴承系统在本领域中是已知的并且可以在本公开的实施例中采用。

第一和第二可旋转切削结构218a，218b中的每个可以具有设置在其上的多个切削元件220，这种切削元件在本领域中通常称为“镶齿”。在一些实施例中，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b中的每个的多个切削元件220可以在第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b的相应外表面222a，222b上以大体周向的排布置。在其他实施例中，切削元件220可以以至少基本上随机的构造布置在第一和第二可旋转切削结构218a，218b的相应外表面222a，222b上。在一些实施例中，切削元件220可以包括预成形的镶齿，所述预成形的镶齿被过盈配合到形成在第一和第二可旋转切削结构218a，218b的每个中的孔中。在其他实施例中，第一和第二可旋转切削结构218a，218b的切削元件220可以是与第一和第二可旋转切削结构218a，218b中的每个的材料形成一体的齿的形式。如果切削元件220以镶齿的形式被接收在可旋转切削结构218的孔中，则切削元件220可以由碳化钨形成，并且可选地具有多晶金刚石、立方氮化硼或任何其他耐磨的和/或磨料或超硬磨料制成的远侧表面。

在一些实施例中，第一可旋转切削结构218a可以具有大致圆锥形的形状，其中圆锥形的基部端224a(例如，宽端和径向最外端224a)安装到第一支腿216a，并且锥形端226(例如，径向最里端226)接近(例如，至少基本上指向)钻地工具200的主体202的轴向中心204。第一可旋转切削结构218a可以限定从钻地工具200的保径区域312延伸到钻地工具200的圆锥区域306的第一切削轮廓。在一个或多个实施例中，第一切削轮廓可以从钻地工具200的保径区域312延伸到靠近钻地工具200的轴向中心204的位置。换句话说，第一可旋转切削结构218a可以延伸到中心。在一些实施例中，轴向中心204与第一可旋转切削结构218a的锥形端226之间的距离可以在钻地工具200的总外径的约0.0％至约10.0％的范围内。在另外的实施例中，轴向中心204与第一可旋转切削结构218a的锥形端226之间的距离可以在钻地工具200的总外径的约0.0％至约5.0％的范围内。在其他实施例中，轴向中心204与第一可旋转切削结构218a的锥形端226之间的距离可以在钻地工具200的总外径的0.0％至约2.5％的范围内。在一些实施例中，轴向中心204与第一可旋转切削结构218a的锥形端226之间的距离在第一可旋转切削结构218a旋转时可以变化。例如，在某些旋转点处，该距离可以是钻地工具200的总外径的约10.0％，而在其他点处，该距离可以是钻地工具200的总外径的约2.5％。

在一个或多个实施例中，第二可旋转切削结构218b可以具有大体截头圆锥形的形状(例如，截头圆锥形的形状)，其中截头圆锥形的基部端224b(例如，宽端和径向最外端224b)安装到第二支腿216b上，并且截头端227(例如，径向最内端227)靠近钻地工具200的鼻部区域308的最内边界。第二可旋转切削结构218b可以限定第二切削轮廓，所述第二切削轮廓从钻地工具200的保径区域312延伸到接近钻地工具200的鼻部区域308的最内边界的位置。换句话说，第二可旋转切削结构218b可以不延伸到中心。在其他实施例中，第一和第二可旋转切削结构218a，218b中的每个可以不具有大体锥形或截头圆锥形，但是可以具有适合于可旋转切削结构的任何形状。

通过使第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b的至少一个切削轮廓(例如，第一切削轮廓)延伸到接近或处于钻地工具200的主体202的轴向中心204的位置(即，到中心)，钻地工具200可以提供优于常规钻地工具的优点。例如，由于钻地工具200提供了到中心的可旋转的切削结构，因此钻地工具200可以至少部分地减少和/或防止传统钻地工具常见的芯磨损(core-out)。如本文中所使用，术语“芯磨损”可以指的是靠近钻头的轴向中心204(例如，在圆锥区域306内)的钻头的固定切削元件早于远离钻头轴向中心204的切削元件(例如，在鼻部、肩部和保径区域内)发生磨损(例如，损坏和/或折断)。在继续进行钻探操作之前，必须修理和/或更换遭受芯磨损的钻头。通过减少和/或防止芯磨损，本公开的钻地工具200可以使整个钻地工具200中的切削元件能够以基本相同的速率磨损。结果，钻地工具200可以减少每个切削元件的每次磨损、可以增加切削元件和钻地工具200的寿命、可以提供更一致的钻孔，并且可以减少维修和更换成本。

第一和第二可旋转切削结构218a，218b中的每个可以具有各自的旋转轴线228a，228b(例如，纵向轴线)，在钻探操作中使用钻地工具200期间，第一和第二可旋转切削结构218a，218b可以绕所述旋转轴线旋转。在一些实施例中，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b中的每个的旋转轴线228a，228b可以与钻地工具200的轴向中心204相交。在其他实施例中，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b中的一个或更多个的旋转轴线228a，228b可以从钻地工具200的轴向中心204偏移。例如，第一和第二可旋转切削结构218a，218b中的一个或多个的旋转轴线228a，228b可以横向偏移(例如，成角度地歪斜)，以使得第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b中的一者的旋转轴线228a，228b不与钻地工具200的轴向中心204相交。在一些实施例中，第二可旋转切削结构218b的径向最内端227(即，截头端227)可以与钻地工具200的轴向中心204径向地间隔开。

在一些实施例中，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b可以围绕钻地工具200的中心纵向轴线205彼此成角度地间隔开。例如，第一可旋转切削结构218a的第一旋转轴线228a可以与第二可旋转切削结构218b的第二旋转轴线228b沿周向成角度间隔开约75°至约180°。在一些实施例中，第一和第二可旋转切削结构218a，218b可以彼此成锐角地间隔开。例如，在一些实施例中，第一和第二可旋转切削结构218a，218b可以彼此成角度间隔开约120°。在其他实施例中，第一和第二可旋转切削结构218a，218b可以彼此成角度地间隔开约160°。在其他实施例中，第一和第二可旋转切削结构218a，218b可以彼此成角度地间隔开约180°。尽管本文公开了旋转轴线的特定的分离程度(即，度数)，但是本领域普通技术人员将认识到，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b可以任何合适的角度彼此间隔开。

仍然参考图2和图3，五个刀刃中的至少一个刀刃可以包括镶齿326(例如，碳化钨合金镶齿)，其设置在靠近钻地工具200的保径区域312的位置。镶齿326可以沿着钻地工具200的旋转方向位于相应刀刃214的切削元件230后方。在一些实施例中，镶齿可以包括这样的镶齿，例如在2016年4月19日授权给Bilen的美国专利9,316,058中描述的镶齿，其全部公开内容通过引用结合于此。在一个或多个实施例中，第一组五个刀刃中的每个刀刃的镶齿326可以被构造成在约0.150英寸(0.381cm)至约0.175英寸(0.445cm)的范围内的切削深度(“DOC”)同时接合。例如，第一组五个刀刃中的每个刀刃的镶齿326可以被构造成在约0.166英寸(0.422cm)的DOC处同时接合。此外，镶齿326可以从钻地工具200的保径区域312偏移约0.60英寸(1.524cm)。在一些情况下，镶齿326可以提高刀刃214的肩部区域310的耐久性。

在一些实施例中，第一组刀刃316的前刀刃的前缘和第二组刀刃318的后刀刃的后缘可以限定弦，该弦成角度地延伸大约180°和约220°范围内的角度。例如，第一组刀刃316的前刀刃的前缘和第二组刀刃318的后刀刃的后缘可以限定成角度地延伸大约200°的角度的弦。所述弦可以为钻地工具200提供稳定性。例如，所述弦可以至少部分地防止钻地工具200变得偏心。

图4是根据本公开的一个或多个实施例的钻地工具200的第一可旋转切削结构218a和钻地工具200的第二可旋转切削结构218b的侧视图。如上所述，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b可以在其上设置有多个切削元件220。此外，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b中的每个的多个切削元件220可在第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b的相应外表面222a，222b上以大体圆周的排布置。

此外，如上所述，第一可旋转切削结构218a可以具有大致圆锥形形状，该圆锥形形状具有基部端224a(当安装到钻地工具200时其为径向最外端224a)和相对的锥形端226(例如当安装到钻地工具200时其为径向最内端)。此外，第二可旋转切削结构218b可以具有大致截头圆锥形形状，该截头圆锥形形状具有基部端224b(当安装到钻地工具200时为径向最外端224b)和相对的截头端227(例如在安装到钻地工具200时为径向最内端227)。

在一些实施例中，多个切削元件220可以从第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b突出介于约0.225英寸(0.572cm)和约0.300英寸(0.762cm)范围内的距离。例如，在一些情况下，多个切削元件220中的一个或多个切削元件可以突出约0.259英寸(0.658cm)的距离，并且多个切削元件220中的一个或多个切削元件可以突出约0.282英寸(0.716cm)的距离。作为非限制性示例，第一和第二可旋转切削结构218a，218b的基部端224a，224b附近的切削元件220可以突出约0.259英寸(0.658cm)的距离，而第一和第二可旋转切削结构218a，218b的其他切削元件220可以突出约0.282英寸(0.716cm)的距离。

此外，在一个或多个实施例中，多个切削元件220可以具有在约0.100英寸(0.254cm)和约0.200英寸(0.508cm)的范围内的鼻部半径。例如，在第一和第二可旋转切削结构218a，218b的基部端224a，224b附近的切削元件220可以具有约0.156英寸(0.396cm)的鼻部半径。另外，第一和第二可旋转切削结构218a，218b的其他切削元件220可以具有约0.125英寸(0.318cm)的鼻部半径。

在一些实施例中，第一可旋转切削结构218a的一排或多排切削元件220可以相对于切削元件220的其他排凹陷。例如，切削元件220的相应排中的每个切削元件220可以设置在凹部402中。在一些情况下，最靠近第一可旋转切削结构218a的基部端或“跟”端的切削元件220的排可以相对于切削元件220的其他排凹入。另外，第二可旋转切削结构218b还可以包括凹入的一排或多排切削元件220。此外，在一些情况下，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b的多个切削元件220中的每个切削元件220可以具有大致圆锥形的形状。例如，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b的多个切削元件220可以不包括楔形。

在某些情况下，最靠近第一可旋转切削结构218a的基部端224a的切削元件220的排可以包括12个至14个之间的切削元件(例如13个切削元件)。另外，最靠近第二可旋转切削结构218b的基部端224b的切削元件220的排可以包括10个至12个之间的切削元件(例如11个切削元件)。

在一个或多个实施例中，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b两者的基部端224a，224b可以包括相应的截头圆锥形表面404a，404b。此外，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b都可以包括多个冲击镶齿406，所述多个冲击镶齿布置在它们各自的截头圆锥形表面404a，404b上(例如，插入到第一或第二可旋转切削结构218a，218b的一部分中，从而限定截头圆锥形表面404a，404b)。

此外，沿着第一和第二可旋转切削结构218a，218b的旋转轴线228a，228b，第一可旋转切削结构218a可以具有比第二可旋转切削结构218b更大的纵向长度。例如，在一些实施例中，第一可旋转切削结构218a可以具有在约3.2英寸(8.13cm)和约3.7英寸(9.4cm)范围内的第一纵向长度L1，第二可旋转切削结构218b可以具有在约2.3英寸(5.84cm)和约2.7英寸(6.86cm)的范围内的第二纵向长度L2。例如，第一可旋转切削结构218a可以具有约3.5英寸(8.89cm)的第一纵向长度L1，第二可旋转切削结构218b可以具有约2.5英寸(6.35cm)的第二纵向长度L2。在一些情况下，第一纵向长度L1与第二纵向长度的比率可以在约1.2至约1.6的范围内。例如，第一纵向长度L1与第二纵向长度的比率可以为约1.4。第一可旋转切削结构218a的更大的第一纵向长度L1可以使第一可旋转切削结构218a能够延伸到靠近钻地工具200的轴向中心204的位置(例如，可以允许第一可旋转切削结构218a延伸到中心)。

此外，在一些实施例中，钻地工具200的第一纵向长度L1与外径的比率可以在约0.40和约0.50的范围内。例如，钻地工具200的第一纵向长度L1与外径的比率可以为约0.41。而且，在一些实施例中，第二纵向长度L2与钻地工具200的外径的比率可以在约0.25和约0.35的范围内。例如，钻地工具200的第二纵向长度L2与外径的比率可以为约0.30。

此外，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b两者的宽度可以在约4.0英寸(10.16cm)至约5.0英寸(12.7cm)的范围内。例如，第一可旋转切削结构218a可以具有约4.4英寸(11.18cm)的宽度W1，而第二可旋转切削结构218b可以具有约4.5英寸(11.43cm)的宽度W2。此外，第一和第二可旋转切削结构218a，218b的相应可旋转切削结构的截头圆锥形表面404a，404b可以与正交于相应可旋转切削结构的旋转轴线的平面限定角度β。在一些实施例中，角度β可以在约25°和约35°的范围内。例如，角度β可以为约31°。另外，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b的基部端224a，224b可以具有在约2.8英寸(7.11cm)和约3.6英寸(9.14cm)范围内的直径D。例如，基部端224a，224b可以具有约3.2英寸(8.13cm)的直径。在一些实施例中，第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b都可以经由英制轴承(例如，轴颈轴承和/或滚动元件轴承)联接到钻地工具200的相应支腿216(图2)，所述英制轴承的尺寸介于2.25英寸(5.72cm)和约3.25英寸(8.26cm)范围内。

在一个或多个实施例中，第一可旋转切削结构218a的体积可以比第二可旋转切削结构218b的体积大约5％至约10％。在另外的实施例中，第一可旋转切削结构218a的体积可以比第二可旋转切削结构218b的体积大约7％至约9％。例如，第一可旋转切削结构218a的体积可以比第二可旋转切削结构218b大约8％。

鉴于前述内容，本公开的第一和第二可旋转切削结构218a，218b可以提供优于常规可旋转切削结构的优点。例如，当在钻地工具(例如，钻地工具200)中使用时，本公开的可旋转切削结构可以展现出在约1.55和约1.70的范围内的滚动比。例如，本公开的可旋转切削结构可展现出约1.63的滚动比。如本文所使用，术语“滚动比”可以指的是可旋转切削结构相对于在其上使用该可旋转切削结构的钻地工具的完整旋转而旋转的次数。减小滚动比可以减少可旋转切削结构的切削元件220上的磨损，并且可以增加切削元件220的寿命，并且因此可以增加可旋转切削结构的寿命。

一起参照图3和图4，在钻探操作中，如本领域普通技术人员将理解的那样，第一和第二可旋转切削结构218a，218b可以从地层去除物质(例如，破碎的物质)以便钻探和/或扩大钻孔。在一些实施例中，在第一和第二可旋转切削结构218a，218b去除的物质的总体积中，第一可旋转切削结构218a可以去除约55％和65％之间的物质，第二可旋转切削结构218b可以去除约35％和45％之间的物质。作为非限制性示例，第一可旋转切削结构218a可以去除约60％的物质，第二可旋转切削结构218b可以去除约40％的物质。

此外，在操作期间，第一和第二可旋转切削结构218a，218b可以在相对较低的切削深度(DOC)处展现出增加的去除率。例如，一方面，在约0.050英寸(0.127cm)的DOC处，第一和第二可旋转切削结构218a，218b可以去除由钻地工具200去除的物质的总体积的约8.5％。另一方面，在约0.007英寸(0.018cm)的DOC处，第一和第二可旋转切削结构218a，218b可以去除由钻地工具200去除的物质的总体积的约29.5％。因此，在相对较低的切削深度的情况下，本公开的钻地工具200可以提供优于常规钻地工具的优点。例如，通过去除由钻地工具200去除的物质的总体积的较高百分比，本公开的钻地工具200可以减少钻地工具200的刀刃214以及刀刃214的切削元件230的磨损。因此，本公开的钻探工具200可以增加切削元件230和刀刃214的寿命，并且因此可以增加钻地工具200的寿命。本公开的钻地工具200可能需要较少的维护并且可以使得成本节省。

图5示出了由根据本公开的一个或多个实施例的钻地工具(例如，钻地工具200)的第一可旋转切削结构218a和第二可旋转切削结构218b限定的切削轮廓500的示意图。在一些实施例中，在距钻地工具200(图2)的中心纵向轴线205(图2)约1英寸(2.54cm)的半径内，切削轮廓500可以包括两个切削元件220。在距所述中心纵向轴线205(图2)约1英寸(2.54cm)至约2英寸(5.08cm)的半径内，切削轮廓500可以包括两个切削元件220。在距所述中心纵向轴线205(图2)约2英寸(5.08cm)至约3英寸(7.62cm)的半径内，切削轮廓500可以包括四个切削元件220。在距所述中心纵向轴线205(图2)约3英寸(7.62cm)至约4英寸(10.16cm)的半径内，切削轮廓500可以包括四个切削元件230。

图6示出在钻地工具200的单次旋转(图3)期间，第一和第二可旋转切削结构218a，218b的切削元件220(图2和图3)可以接触地层118(图1)的接触位置602的示意性表示与在钻地工具单次旋转期间传统混合式钻地工具的可旋转切削结构的切削元件接触地层118(图1)的接触位置602的示意性表示的比较。如图6所示，与传统混合式钻地工具相比，本公开的钻地工具200(图3)可以在钻地工具200的轴向中心204(图3)为中心的4.5英寸(11.43cm)直径之外提供更高密度的接触位置602。此外，本公开的钻地工具200(图3)可以提供在4.5英寸(11.43cm)直径内的接触位置602，而在传统混合式钻地工具中、在该处不提供接触位置602。本领域普通技术人员将理解的是，通过提供总体更高密度的接触位置602和在4.5英寸(11.43cm)直径内的接触位置602，与传统的混合式钻地工具相比钻地工具200可以提供改进的钻探能力。例如，钻地工具200(图3)可以比传统的钻地工具去除更多的材料。此外，钻地工具200(图3)可以减少刀刃214(图3)的切削元件230(图3)上的工作量，如上所述，这可以减少刀刃214(图3)的切削元件上的磨损并且可以增加钻地工具200(图3)的寿命。

图7是根据本公开的一个或多个实施例的钻地工具200的钻头主体和刀刃的底视图。刀刃的切削元件230以及钻地工具200的第一和第二可旋转切削结构218a，218b被移除，以便更好地显示钻地工具200的主体202的结构和刀刃214的定位。为了本公开的目的，将参照那些数字来编号和描述图7中所描绘的钻地工具200的刀刃，以有利于描述钻地工具200的某些方面。例如，钻地钻具200可以包括五个编号的刀刃。

参照图7，1号刀刃可以包括第二组刀刃318中的刀刃，并且如图7所示可以将其定向在大致3点钟的位置。围绕钻地工具200顺时针移动，2号刀刃可以包括1号刀刃的接下来旋转相邻的刀刃(例如，第二组刀刃318中的第二刀刃)。此外，3号刀刃可以包括沿顺时针方向的接下来旋转相邻的刀刃(例如，第一组刀刃316中的第一刀刃)。此外，4号刀刃可以包括沿顺时针方向的接下来旋转相邻的刀刃(例如，第一组刀刃316中的第二刀刃)。同样，第5号刀刃可以包括沿顺时针方向的接下来旋转相邻的刀刃以及第二组连接刀刃318中的另一刀刃。

在一些实施例中，五个刀刃中的每个刀刃可以围绕钻地工具200的中心纵向轴线205成角度地彼此间隔开一定角度。例如，从中心纵向轴线205径向向外延伸并且与1号刀刃的前沿面(在下文中称为“前沿平面”)相交的平面702可以与2号刀刃的前沿平面704在周向上成角度间隔开约35°至约40°。例如，在一些实施例中，1号刀刃和2号刀刃可以彼此成角度地间隔开约39°。另外，2号刀刃的前沿平面704可以与第一可旋转切削结构218a(图3)的第一旋转轴线228a在周向上成角度间隔开约50°至约70°。例如，2号刀刃的前沿平面704和第一可旋转切削结构218a的第一旋转轴线228a(图3)可以彼此成角度间隔开约60°。而且，第一可旋转切削结构218a(图3)的第一旋转轴线228a可以与3号刀刃的前沿平面706在周向上成角度间隔开约40°至约60°。特别地，在一些实施例中，第一可旋转切削结构218a的第一旋转轴线228a(图3)和3号刀刃的前沿平面706可以彼此成角度地间隔开约54°。此外，3号刀刃的前沿平面706可以与第4号刀刃的前沿平面708在周向上成角度间隔开约40°至约60°。例如，在一些实施例中，3号刀刃的前沿平面706和4号刀刃的前沿平面708可以彼此成角度间隔开约48°。此外，4号刀刃的前沿平面708可以与5号刀刃的前沿平面710在周向上成角度间隔开约35°至约50°。例如，在一些实施例中，4号刀刃的前沿平面708和5号刀刃的前沿平面710可以彼此成角度地间隔开约42°。同样地，5号刀刃的前沿平面710可以与第二可旋转切削结构218b(图3)的第二旋转轴线228b在周向上成角度间隔开约40°至约60°。例如，在一些实施例中，5号刀刃的前沿平面710和第二可旋转切削结构218b(图3)的第二旋转轴线228b可以彼此成角度地间隔开约56°。尽管本文公开了前沿平面的特定的分离程度(即度数)，但是本领域的普通技术人员将认识到1至5号刀刃和第一和第二可旋转切削结构218a，218b(图3)可以以任意合适的角度彼此间隔开。

图8是切削轮廓800的示意图，该切削轮廓在操作时可以由钻地工具200(图3)的刀刃214(图3)的切削元件230(图3)限定。一起参考图3和图8，与传统钻地工具相比，可以在钻地工具200的肩部和保径区域310，312中增加刀具密度。在一些实施例中，在距钻地工具200的中心纵向轴线205约1英寸(2.54cm)的半径内，切削轮廓800可以包括两个切削元件230。在距中心纵向轴线205约1英寸(2.54cm)至约2英寸(5.08cm)的半径内，切削轮廓800可以包括四个切削元件230。在距中心纵向轴线205约2英寸(5.08cm)至约3英寸(7.62cm)的半径内，切削轮廓800可以包括四个切削元件230。在距中心纵向轴线205约3英寸(7.62cm)至约4英寸(10.16cm)的半径内，切削轮廓800可以包括八个切削元件230

图9是示出与传统钻地工具的切削元件的功率相比的本公开的钻地工具(例如，钻地工具200)的切削元件的功率(W)的图900。如图900所示，定位成更接近钻地工具的中心纵向轴线(即，位于刀刃的相应的圆锥和鼻部区域中)的切削元件所承受的功率可能小于在刀刃的其他区域中的功率。此外，与传统刀刃的切削元件相比，定位成与钻地工具的纵向轴线相距较远的几个切削元件(即，位于刀刃的肩部区域或保径区域中)可能承受的功率低于在刀刃的其他区域中的切削元件。这样的较低的功率可能是由于第一可旋转切削结构延伸到多个刀刃214中的多个刀刃，所述多个刀刃中的多个刀刃延伸到钻地工具的圆锥区域(例如，中心)、鼻部区域和肩部区域中的每个中。

此外，如图900所示，本公开的钻地工具(例如，钻地工具200(图2))可能不会表现出与切削元件的功率的总体上升趋势相比任何增加的尖峰或明显的向上偏差。相反，与周围的切削元件相比，传统钻地工具通常表现出经受显著更高功率(例如，功率的峰值)的切削元件。通过避免功率中的这样的尖峰和/或显著偏差，本发明的钻地工具可以减少切削元件上的磨损，并且因此可以增加切削元件的寿命。因此，本公开的钻地工具可以导致成本节省和更耐用的钻地工具。

图10是示出与传统钻地工具的不平衡百分比进行比较的本公开的钻地工具(例如，钻地工具200(图2))的不平衡百分比的图1000。例如，不平衡百分比可以指的是由于钻探力的不对称分布而导致钻地工具在操作中所经历的不平衡力。如图10所示，当在操作中时，本公开的钻地工具可能会经历约2.5％和约3.5％的范围内的不平衡百分比，而传统钻地工具会经历约4.8％至约9.5％的范围内的不平衡百分比。

通过减少不平衡百分比，本公开的钻地工具可以提供更可靠的钻探。此外，减少不平衡百分比可以使得延长钻地工具的使用寿命。此外，减少不平衡百分比可以减少对钻地工具和切削元件的不平衡磨损。

图11是示出根据本公开的一个或多个实施例的钻地工具的刀刃的切削元件的有效后倾角和侧倾角的图1100。例如，如图1100所示，在一些实施例中，钻地工具的切削元件的后倾角在钻地工具200的圆锥区域之外可以是至少基本均匀的(图2)。此外，切削元件的侧倾角在到达钻地工具的肩部区域和保径区域时可以逐渐减小。在一些实施例中，切削元件的侧倾角和后倾角可以被优化以增加钻地工具的完整性和耐久性。

再次参照图2和图3，尽管示出了钻地工具200具有五个刀刃和两个可旋转切削结构，但是本公开不限于此。而是，钻地工具200可以包括更少或更多的刀刃，并且钻地工具200可以包括更少或更多的可旋转切削结构。

下面描述本公开的其他非限制性示例实施例。

实施例1：一种钻地工具，其包括：主体；从主体突出的多个刀刃，每个刀刃从钻地工具的保径区域延伸到钻地工具的至少鼻部区域；第一可旋转切削结构组件，其联接到所述主体并且包括从钻地工具的主体延伸的第一支腿和可旋转地联接到第一支腿的第一可旋转切削结构，其中第一可旋转切削结构的第一切削轮廓从钻地工具的保径区域延伸并且至少部分地穿过钻地工具的圆锥区域；第二可旋转切削结构组件，其联接到主体并且包括从钻地工具的主体延伸的第二支腿和可旋转地连接至第二支腿的第二可旋转切削结构，其中第二可旋转切削结构的第二切削轮廓从钻地工具的保径区域延伸并且仅延伸至靠近钻地工具的鼻部区域的最内边界的位置。

实施例2：根据实施例1所述的钻地工具，其中，所述多个刀刃包括五个刀刃。

实施例3：根据实施例2所述的钻地工具，其中，所述五个刀刃中的三个刀刃布置在钻地工具的主体的第一横向侧上、在第一可旋转切削结构组件和第二可旋转切削结构组件之间，并且其中所述五个刀刃中的两个刀刃布置在钻地工具的主体的相对的第二横向侧上、在第一可旋转切削结构组件和第二可旋转切削结构组件之间。

实施例4：根据实施例1至3中任一项所述的钻地工具，其中，所述第一可旋转切削结构组件的所述第一可旋转切削结构的第一旋转轴线与所述第二可旋转切削结构组件的第二可旋转切削结构的第二旋转轴线形成锐角。

实施例5：根据实施例1至4中的任一项所述的钻地工具，其中，所述多个刀刃包括：经由第一连接器部分和第二连接器部分连接在一起的第一组刀刃；以及经由第三连接器部分连接在一起的第二组刀刃。

实施例6：根据实施例5所述的钻地工具，其中，所述第一组刀刃经由第四连接器部分连接至所述第二组刀刃，所述第四连接器部分延伸穿过所述钻地工具的主体的轴向中心。

实施例7：根据实施例5或6中的任一项所述的钻地工具，其中，第一组刀刃的前刀刃的前缘和第二组刀刃的后刀刃的后缘限定以约180°和约220°的范围内的角度成角度延伸的弦。

实施例8：根据实施例1至7中的任一项所述的钻地工具，其中，所述多个刀刃中的至少两个刀刃从钻地工具的保径区域延伸到所述主体的轴向中心。

实施例9：根据实施例1至8中任一项所述的钻地工具，所述钻地工具还包括固定在钻地工具的每个刀刃内的多个切削元件。

实施例10：根据实施例1至9中任一项所述的钻地工具，其中，所述第一可旋转切削结构组件的所述第一可旋转切削结构具有大致圆锥形，并且其中所述第二可旋转切削结构组件的所述第二可旋转切削结构具有大体截头圆锥形

实施例11：根据实施例1至10中的任一项所述的钻地工具，其中，所述第一可旋转切削结构具有第一纵向长度，其中所述第二可旋转切削结构具有第二纵向长度，并且其中所述第一可旋转切削结构的第一纵向长度和第二纵向长度的比率在约1.2和约1.6的范围内。

实施例12：根据实施例1至11中任一项所述的钻地工具，其中，第一可旋转切削结构的体积比第二可旋转切削结构的体积大约5％至约10％。

实施例13：根据实施例1至12中任一项所述的钻地工具，其中距所述第一可旋转切削结构的径向最内的切削元件的第一距离小于距所述多个刀刃的径向最内的第三个切削元件的第二距离。

实施例14：根据实施例1至13中的任一项所述的钻地工具，其还包括镶齿，所述镶齿被固定至钻地工具的所述多个刀刃中的至少一个刀刃的保径区域，并且沿着钻地工具的旋转方向位于所述至少一个刀刃的多个切削元件的后方。

实施例15：根据实施例1至14中任一项所述的钻地工具，其还包括一个或多个排屑槽，所述一个或多个排屑槽限定在所述多个刀刃中的相邻刀刃之间。

实施例16：根据实施例1至15中任一项所述的钻地工具，其中，第一可旋转切削结构组件和第二可旋转切削结构组件中的每个的每个可旋转切削结构相对于钻地工具的每次旋转呈现出约1.63的滚动比。

实施例17：一种形成钻地工具的方法，所述方法包括：形成钻地工具的主体，所述主体包括多个刀刃；将第一可旋转切削结构联接到钻地工具的第一可旋转切削结构组件的第一支腿上，该第一可旋转切削结构具有第一纵向长度；将第二可旋转切削结构联接到钻地工具的第二可旋转切削结构组件的第二支腿，该第二可旋转切削结构具有第二纵向长度，其中第一可旋转切削结构的第一纵向长度和第二可旋转切削结构的第二纵向长度的比率在约1.2和约1.6的范围内。

实施例18：根据实施例17所述的方法，其中，将第一可旋转切削结构联接到钻地工具的第一可旋转切削结构组件的第一支腿包括将第一可旋转切削结构联接到钻地工具，以使得第一可旋转切削结构的切削轮廓从钻地工具的保径区域延伸并且至少部分地穿过钻地工具的圆锥区域。

实施例19：根据实施例17或18所述的方法，其中将第二可旋转切削结构联接到钻地工具的第二可旋转切削结构组件的第二支腿包括将第二可旋转切削结构联接到钻地工具，以使得其中第二可旋转切削结构的切削轮廓从钻地工具的保径区域延伸并且仅延伸到靠近钻地工具的鼻部区域的最内边界的位置。

实施例20：根据实施例17至19中任一项所述的方法，其中，将第一可旋转切削结构联接到钻地工具的第一可旋转切削结构组件的第一支腿包括将具有大致圆锥形的可旋转切削结构联接到第一支腿；并且其中将第二可旋转切削结构联接到钻地工具的第二可旋转切削结构组件的第二支腿包括将具有大致截头圆锥形形状的可旋转切削结构联接到第二支腿。

实施例21：一种钻地工具，其包括：主体；从主体突出的多个刀刃，每个刀刃从钻地工具的保径区域延伸到钻地工具的至少鼻部区域；第一可旋转切削结构组件，其联接到所述主体并且包括第一支腿以及第一可旋转切削结构，所述第一可旋转切削结构可旋转地联接到第一支腿，其中第一可旋转切削结构具有第一纵向长度；第二可旋转切削结构组件，其联接到主体并且包括第二支腿以及第二可旋转切削结构，所述第二可旋转切削结构可旋转地联接到第二支腿，其中第二可旋转切削结构具有第二纵向长度，并且其中第一可旋转切削结构的第一纵向长度与第二纵向长度的比率在约1.2和约1.6之间。

实施例22：根据实施例21所述的方法，其中第一可旋转切削结构在体积上比第二可旋转切削结构大约5％至约10％。

实施例23：根据实施例21和22中任一项所述的钻地工具，其中距第一可旋转切削结构的径向最内的切削元件的第一距离小于距所述多个刀刃的径向最内的第三个切削元件的第二距离。

实施例24：根据实施例21至23中的任一项所述的钻地工具，其中，所述多个刀刃包括：经由第一连接器部分和第二连接器部分连接在一起的第一组刀刃；以及经由第三连接器部分连接在一起的第二组刀刃。

实施例25：根据实施例21至24中任一项所述的钻地工具，其中，第一组刀刃的前刀刃的前缘和第二组刀刃的后刀刃的后缘限定以约180°和约220°的范围内的角度成角度延伸的弦。

实施例26：根据实施例21至25中的任一项所述的钻地工具，还包括镶齿，所述镶齿固定到钻地工具的多个刀刃中的至少一个刀刃的保径区域，并且沿着钻地工具的旋转方向位于所述至少一个刀刃的多个切削元件后方。

实施例27：根据实施例21至26中的任一项所述的钻地工具，其还包括在所述多个刀刃的相邻刀刃之间限定的一个或多个排屑槽。

实施例28：根据实施例21至27中的任一项所述的钻地工具，其中，第一可旋转切削结构的第一切削轮廓从钻地工具的保径区域延伸并且至少部分地穿过钻地工具的圆锥区域，其中第二可旋转切削结构的第二切削轮廓从钻地工具的保径区域延伸并且仅延伸到钻地工具的鼻部区域。

实施例29：根据实施例21至28中任一项所述的钻地工具，其中，第一可旋转切削结构组件和第二可旋转切削结构组件中的每个的每个可旋转切削结构相对于钻地工具的每次旋转呈现出约1.63的滚动比。

以上所描述且在附图中所示出的本公开的实施例不限制本公开的范围，本公开的范围由所附权利要求书及其合法等效物的范围所涵盖。任何等效的实施例都处于本公开的范围内。实际上，除了本文中示出和描述的那些之外，根据说明书，本公开的各种修改，例如所描述的元件的替代的有用组合对于本领域技术人员而言将是显而易见的。这样的修改和实施例也落入所附权利要求书和等效物的范围内。

Claims (20)

1.一种钻地工具，包括：

主体；

从所述主体突出的多个刀刃，每个刀刃均从所述钻地工具的保径区域延伸到所述钻地工具的至少鼻部区域；

第一可旋转切削结构组件，其联接到所述主体并且包括：

从所述钻地工具的所述主体延伸的第一支腿；

第一可旋转切削结构，其能够旋转地联接到所述第一支腿，其中所述第一可旋转切削结构的第一切削轮廓从所述钻地工具的所述保径区域延伸并且至少部分地穿过所述钻地工具的圆锥区域；

第二可旋转切削结构组件，其联接到所述主体并且包括：

第二支腿，其从所述钻地工具的所述主体延伸；和

第二可旋转切削结构，其能够旋转地联接到第二支腿，其中，所述第二可旋转切削结构的第二切削轮廓从所述钻地工具的所述保径区域延伸并且仅延伸至靠近所述钻地工具的所述鼻部区域的最内边界的位置。

2.根据权利要求1所述的钻地工具，其中，所述多个刀刃包括五个刀刃。

3.根据权利要求2所述的钻地工具，其中，所述五个刀刃中的三个刀刃布置在所述钻地工具的主体的第一横向侧上、在所述第一可旋转切削结构组件和所述第二可旋转切削结构组件之间，并且其中，所述五个刀刃中的两个刀刃布置在所述钻地工具的所述主体的相对的第二横向侧上、在所述第一可旋转切削结构组件和所述第二可旋转切削结构组件之间。

4.根据权利要求1所述的钻地工具，其中，所述第一可旋转切削结构组件的所述第一可旋转切削结构的第一旋转轴线与所述第二可旋转切削结构组件的所述第二可旋转切削结构的第二旋转轴线形成锐角。

5.根据权利要求1所述的钻地工具，其中，所述多个刀刃包括：经由第一连接器部分和第二连接器部分连接在一起的第一组刀刃；以及经由第三连接器部分连接在一起的第二组刀刃。

6.根据权利要求5所述的钻地工具，其中，所述第一组刀刃经由第四连接器部分连接到所述第二组刀刃，所述第四连接器部分延伸穿过所述钻地工具的所述主体的轴向中心。

7.根据权利要求5所述的钻地工具，其中，所述第一组刀刃的前刀刃的前缘和所述第二组刀刃的后刀刃的后缘限定在大约180°和大约220°的范围内的角度成角度延伸的弦。

8.根据权利要求1所述的钻地工具，其中，所述多个刀刃中的至少两个刀刃从所述钻地工具的所述保径区域延伸到所述主体的轴向中心。

9.根据权利要求1所述的钻地工具，所述钻地工具还包括固定在所述钻地工具的每个刀刃内的多个切削元件。

10.根据权利要求1所述的钻地工具，其中所述第一可旋转切削结构组件的所述第一可旋转切削结构包括大致圆锥形形状，并且其中所述第二可旋转切削结构组件的所述第二可旋转切削结构包括大致截头圆锥形形状。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的钻地工具，其中：

所述第一可旋转切削结构具有第一纵向长度；

所述第二可旋转切削结构具有第二纵向长度；并且

所述第一可旋转切削结构的所述第一纵向长度与所述第二纵向长度的比率介于约1.2和约1.6的范围内。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的钻地工具，其中，所述第一可旋转切削结构的体积比所述第二可旋转切削结构的体积大约5％至约10％。

13.根据权利要求1至10中任一项所述的钻地工具，其中，距所述第一可旋转切削结构的径向最内的切削元件的第一距离小于距所述多个刀刃的径向最内的第三个切削元件的第二距离。

14.根据权利要求1至10中的任一项所述的钻地工具，所述钻地工具还包括镶齿，所述镶齿固定至所述钻地工具的所述多个刀刃中的至少一个刀刃的保径区域并且沿着所述钻地工具的旋转方向位于所述至少一个刀刃的多个切削元件后方。

15.根据权利要求1至10中任一项所述的钻地工具，所述钻地工具还包括一个或多个排屑槽，所述一个或多个排屑槽限定在所述多个刀刃的相邻刀刃之间。

16.根据权利要求1至10中任一项所述的钻地工具，其中，所述第一可旋转切削结构组件和所述第二可旋转切削结构组件中的每个的每个可旋转切削结构相对于所述钻地工具的每次旋转呈现出的滚动比为约1.63。

17.一种形成钻地工具的方法，包括：

形成包括多个刀刃的所述钻地工具的主体；

将第一可旋转切削结构联接到所述钻地工具的第一可旋转切削结构组件的第一支腿，所述第一可旋转切削结构具有第一纵向长度；和

将第二可旋转切削结构联接到所述钻地工具的第二可旋转切削结构组件的第二支腿，所述第二可旋转切削结构具有第二纵向长度，其中所述第一可旋转切削结构的所述第一纵向长度和所述第二可旋转切削结构的所述第二纵向长度的比率介于约1.2和约1.6的范围内。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，将第一可旋转切削结构联接到所述钻地工具的第一可旋转切削结构组件的第一支腿包括：将所述第一可旋转切削结构联接到所述钻地工具，以使得所述第一可旋转切削结构的切削轮廓从所述钻地工具的保径区域延伸并且至少部分地穿过所述钻地工具的圆锥区域。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，将第二可旋转切削结构联接到所述钻地工具的第二可旋转切削结构组件的第二支腿包括：将所述第二可旋转切削结构联接到所述钻地工具，以使得其中所述第二可旋转切削结构的切削轮廓从所述钻地工具的所述保径区域延伸，并且仅延伸到靠近所述钻地工具的所述鼻部区域的最内边界的位置。

20.根据权利要求17至19中的任一项所述的方法，其中：

将第一可旋转切削结构联接到所述钻地工具的第一可旋转切削结构组件的第一支腿包括将具有大致圆锥形的可旋转切削结构联接到所述第一支腿；和

将第二可旋转切削结构联接到所述钻地工具的第二可旋转切削结构的第二支腿包括将具有大致截头圆锥形的可旋转切削结构联接到第二支腿。

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