CN116368285A - 钻地工具几何形状和刀具布置以及相关的设备和方法 - Google Patents

Abstract

钻地工具可包括至少一个刀片，该至少一个刀片包括肩部区域和面。多个切削元件可布置在刀片的面上，并且至少一个切削元件可定位在肩部区域中，使得至少一个切削元件的切削面在刀片的面的后方间隔开一定距离。刀片的凹入部分可在布置在刀片的面上的多个切削元件中的至少一个切削元件的下方延伸，并且延伸到定位在肩部区域中的至少一个切削元件。

Description

钻地工具几何形状和刀具布置以及相关的设备和方法

优先权声明

本申请要求2020年10月15日提交的“钻地工具几何形状和刀具布置以及相关的设备和方法(Earth-Boring Tool Geometry and Cutter Placement and AssociatedApparatus and Methods)”的美国专利申请序列号17/071,844的提交日期的权益。

技术领域

本公开的实施方案总体上涉及钻地操作。具体地，本公开的实施方案涉及钻地工具几何形状和刀具布置以及相关联的设备和方法。

背景技术

井筒钻进操作可涉及在通常称为钻柱的长管柱的端部处使用钻地工具。钻地工具可用于钻穿地层，诸如岩石、泥土、沙土、焦油等。在一些情况下，钻地工具可被构造为钻穿可存在于井筒中的附加元件，诸如水泥、套管(例如，井筒套管)、废弃或破损的装备(例如，落鱼、落物等)、封隔器等。在一些情况下，钻地工具可被构造为钻穿塞(例如，压裂塞、桥塞、水泥塞等)。在一些情况下，塞可包括卡瓦或其他类型的锚定件，并且钻地工具可被构造为钻穿塞以及任何卡瓦、锚定件及其其他部件。

钻地工具可包括由具有高硬度特性的磨料形成的切削结构。切削结构可被构造成接合地层和附加元件以从其移除材料。当切削结构接合地层和附加元件时，碎屑(例如，碎片、切屑、松散料等)会产生大量的热。如果碎屑和热量没有消散，它们可能导致切削结构过早失效，从而需要拆卸钻地工具以进行修理和或更换。这可能会导致大量的时间损失，从而降低效率并增加钻井作业的成本。

发明内容

本公开的实施方案可包括钻地工具。钻地工具可包括至少一个刀片，该至少一个刀片包括肩部区域和面。钻地工具可进一步包括布置在刀片的面上的多个切削元件。钻地工具还可包括定位在肩部区域中的至少一个切削元件，使得至少一个切削元件的切削面在刀片的面的后方间隔开一定距离。钻地工具可进一步包括刀片的凹入部分，该凹入部分在布置在刀片的面上的多个切削元件中的至少一个切削元件下方延伸，并且延伸到定位在肩部区域中的至少一个切削元件。

本公开的另一个实施方案可包括钻地工具。钻地工具可包括从钻地工具主体延伸的至少两个刀片。钻地工具可进一步包括位于至少两个刀片之间的排屑槽。钻地工具还可包括形成于至少两个刀片的面中的一个或多个刀具凹坑。钻地工具可进一步包括形成于至少两个刀片中的至少一个刀片的肩部部分中的至少一个刀具凹坑，该至少一个刀具凹坑与至少一个刀片的面形成一定距离。钻地工具还可包括凹陷部，该凹陷部将形成于至少一个刀片的肩部部分中的至少一个刀具凹坑连接到排屑槽。凹陷部可在形成于至少两个刀片的面中的一个或多个刀具凹坑中的外部刀具凹坑下方延伸。

本公开的另一个实施方案可包括形成钻地工具的方法。该方法可包括形成工具主体，该工具主体包括一个或多个刀片和限定在一个或多个刀片的表面中的刀具凹坑。刀具凹坑可限定在一个或多个刀片的至少一个面中以及与一个或多个刀片的面间隔开一定距离的一个或多个刀片的肩部区域中。该方法可进一步包括在工具主体的靠近一个或多个刀片的面的区域中形成排屑槽。该方法还可包括在排屑槽内形成喷嘴，该喷嘴被构造成将流体供应到排屑槽内。该方法可进一步包括形成凹陷部，该凹陷部从一个或多个刀片的面成角度地延伸到限定在一个或多个刀片的肩部区域中的刀具凹坑中的至少一个刀具凹坑。凹陷部可位于限定在一个或多个刀片的面中的刀具凹坑中的至少一个刀具凹坑下方。

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示出了根据本公开的一个实施方案的钻地工具的透视图；

图2示出了根据本公开的一个实施方案的图1的钻地工具的液压流程图；

图3示出了根据本公开的一个实施方案的钻地工具的透视图；

图4示出了根据本公开的一个实施方案的图3的钻地工具的肩部区域的放大视图；

图5示出了根据本公开的一个实施方案的图4的钻地工具的肩部区域的放大视图；

图6示出了根据本公开的一个实施方案的图4至图7中示出的钻地工具的顶视图；并且

图7示出了根据本公开的一个实施方案的图3至图7中示出的钻地工具的液压流程图。

具体实施方式

本文呈现的图示并不意味着是任何特定钻地工具或其部件的实际视图，而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。

如本文所用，术语“钻地工具”是指并且包括井筒在地下地层中形成或放大期间用于钻孔的任何类型的钻头或工具。例如，钻地工具包括固定切削刃钻头、牙轮钻头、冲击钻头、岩心钻头、偏心钻头、双心钻头、扩孔钻、铣削钻、刮刀钻头、混合式钻头(例如，与固定切削元件组合的滚动部件)和本领域已知的其他钻头和工具。

如本文所用，参考给定参数含义的术语“基本上”意指且包括在本领域技术人员将理解的程度上满足给定的参数、特性或条件，同时偏差程度小，诸如在可接受的制造公差内。例如，基本上满足的参数可以是至少约90％满足，至少约95％满足，至少约99％满足或甚至至少约100％满足。

如本文所用，诸如“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”等的关系术语，一般是为了清楚和方便地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、取向或顺序，除非上下文另有明确指示。

如本文所用，术语诸如前方和后方是参照相关元件的运动方向使用的。例如，当钻柱运动到钻孔中时，钻孔的底部位于钻柱的元件前方，并且表面位于钻柱的元件后方。在另一个示例中，关于旋转钻地工具上的切削元件，还未被切削元件接触的地层的一部分位于切削元件前方，而已经被切削元件接触的地层的一部分位于切削元件后方。

如本文所用，术语“和/或”意指且包括一个或多个相关联的列出项目的任何和所有组合。

如本文所用，术语“竖直”和“横向”是指如图所示的取向。

钻地工具可包括由具有高硬度特性的磨料形成的切削结构，诸如切削元件或刀具。切削结构可被构造成接合地层和附加元件以从其移除材料。当切削结构接合地层和附加元件、碎屑(例如，碎片、切屑、松散料等)时，切削结构磨损并且最终必须被更换。更换切削结构可能需要将钻地工具从相关联的井筒移除。增加钻地工具的区域中的切削结构的数量可减小每个切削结构上的负载，从而增加必须更换切削结构之前的时间量。流体可流过切削结构以从切削结构清除碎屑并冷却切削结构，以进一步增加切削结构的切削寿命。

图1示出了钻地工具100的一个实施方案。钻地工具100可包括围绕钻地工具100的主体布置的一个或多个刀片102。如图1所示，钻地工具100可以是包括刀片102和牙轮104的混合钻头。在一些实施方案中，钻地工具100可仅包括牙轮104，诸如牙轮钻头，或者钻地工具100可仅包括刀片102，诸如刮刀钻头。刀片102和/或牙轮104可由排屑槽106分开。排屑槽106可包括喷嘴108。喷嘴108可被构造成将流体诸如水、钻探泥浆等供应(例如，将流体排放)到排屑槽106中。

刀片102可包括面110和肩部区域112。面110可被取向为面向刀片102前面的区域，并且肩部区域112可以是在刀片102的鼻部区域114与量规区域116之间的过渡部分中的刀片102的径向外部区域。刀片102可包括沿着刀片102的面110的边缘形成的多个刀具凹坑118。刀具凹坑118可被构造成接收切削元件，诸如多晶金刚石复合片(PDC)切削元件。切削元件可被布置成使得切削元件的切削面与刀片102的面110处于基本上相同的平面中。从喷嘴108流出的流体可被构造成清除切削元件和刀片102的面110处的碎屑和地层材料，同时冷却切削元件。刀片102中的至少一些刀片的肩部区域112可包括肩部刀具凹坑120。肩部刀具凹坑120还可被构造成接收切削元件。在一些情况下，切削元件可被布置成使得切削元件的切削面与刀片102的面110处于基本上相同的平面中。

刀片102中的一个或多个刀片可包括凹入式肩部刀具凹坑122。凹入式肩部刀具凹坑122可限定在肩部区域112的外表面中，在刀片102的面110的后方间隔开一定距离。凹入式肩部刀具凹坑122可被构造成接收切削元件。由于刀片102的面110与凹入式肩部刀具凹坑122之间的距离，布置在凹入式肩部刀具凹坑122中的切削元件的切削面可在刀片102的面110的后方间隔开一定距离。在凹入式肩部刀具凹坑122前面的肩部区域112中的刀片102的表面可形成凹陷部124，使得布置在凹入式肩部刀具凹坑122中的切削元件的切削面可接合地层。凹陷部124可由凹入式刀具壁126、搁架128和凹入表面130限定。凹陷部124可以凹入一定距离，该距离至少与布置在凹入式肩部刀具凹坑122中的切削元件的切削面的直径相同。例如，刀片102的肩部区域112的外表面132与凹入表面130之间的距离可介于约0.090英寸(in)(2.286毫米(mm))与约1英寸(25.4mm)之间，诸如介于约0.25英寸(6.35mm)与约0.75英寸(19.05mm)之间，或约0.5英寸(12.7mm)。

凹入式肩部刀具凹坑122可布置在凹入式刀具壁126上。凹入式刀具壁126可相对于刀片102的面110成角度地延伸。相对于刀片102的面110成角度在凹入式刀具壁126上布置凹入式肩部刀具凹坑122可使得更多切削元件和/或切削表面区域能够定位在刀片102的相同区域中。例如，如图1所示，具有标准肩部刀具凹坑120的刀片102可具有两个肩部刀具凹坑120，而具有凹入式肩部刀具凹坑122的刀片102可在切削平面的相同区域中具有三个凹入式肩部刀具凹坑122。具有更多切削元件可减少每个切削元件所去除的材料量，从而增加切削元件的寿命。在一些情况下，在肩部区域112中具有更多切削元件可以产生更多的侧切削力，这可以改善对钻地工具100的控制，诸如可操纵性、对不同地层材料的响应性等。

搁架128可沿基本上垂直的方向从面110延伸。凹入式刀具壁126可在距刀片102的面110一定距离处与搁架128相交。凹入式刀具壁126可相对于搁架128和刀片102的面110两者成角度从搁架128延伸。例如，刀片102的面110可位于沿y方向基本上对齐的平面中，如在坐标系134中所限定的。坐标系134可被限定为使得y方向与钻地工具100的中心轴线基本上对齐，x方向沿钻地工具100的旋转方向，并且z方向是远离钻地工具100的中心轴线延伸的径向方向。搁架128可沿x方向从面110延伸。凹入式刀具壁126能够以x方向与y方向之间的角度从搁架128延伸，使得凹入式刀具壁126可与y方向成小于约90°并且与x方向成小于约90°的角度延伸。在凹入式刀具壁126与搁架128之间形成的角度可介于约90°与约180°之间，诸如介于约90°与约135°之间，或介于约110°与约130°之间。

图2示出了图1的钻地工具100的流程图200。流程图200示出了流体从喷嘴108到排屑槽106中的流动。如图2所示，流体的速度可以在喷嘴108处最高，并且该速度可以随着流体流过排屑槽106而消散。在较高速度区域中，流体可清除钻地工具100的元件周围的碎屑，从而基本上防止由于碎屑堆积而导致的过早磨损。更高速的流体还可耗散来自钻地工具100的元件的热量，从而基本上防止由于过热而导致的过早磨损和/或失效。

如图2中所示，流体速度在刀片102的肩部区域112的凹陷部124部分中可基本上较低。例如，凹陷部124可导致流体流动停滞，使得当流体进入凹陷部124时，流体可能不循环且不离开凹陷部124。因此，流体可能被截留或停滞在凹陷部124中。低流体速度和/或停滞流体可导致碎屑堆积和/或凹入式肩部刀具凹坑122中的切削元件过热。碎屑堆积可降低切削元件的效率，从而导致较少的材料移除和较高的切削元件温度。过热可能导致切削元件磨损更快和/或经历损坏，诸如开裂、剥落、擦伤等。当切削元件磨损或损坏时，钻地工具100可从井筒起钻以修理钻地工具100和/或更换磨损或损坏的切削元件。对钻地工具100进行起钻可能花费数天来完成，从而导致时间和生产力的损失以及对钻地工具100进行数天起钻的钻井作业成本。

图3示出了钻地工具300的一个实施方案。虽然钻地工具300被示出为包括多个刀片302和牙轮304的混合钻头，但是应当注意，本文所讨论的刀具布置和设计可以结合到任何钻地工具中，包括安装到刀片的固定刀具，诸如固定刀具钻头、偏心钻头、双心钻头、扩孔钻、铣刀、刮刀钻头、混合钻头以及本领域已知的其他钻头和工具。

刀片302可限定位于刀片302之间的排屑槽306。排屑槽306可包括喷嘴308，该喷嘴被构造成将流体诸如水、钻探泥浆等供应到排屑槽306中，以从刀片302清除切屑和碎屑并耗散来自刀片302及其部件的热量。刀片302可包括面310、肩部区域312和形成于其上的多个刀具凹坑314。许多刀具凹坑314可形成于刀片302上，使得固定在刀具凹坑314中的切削元件可定位成使得切削元件的切削面与相应刀片302的面310基本上共平面(例如，位于基本上相同的平面中)。一些刀具凹坑314可定位在肩部区域312上。例如，肩部区域312可包括多个肩部刀具凹坑316，该多个肩部刀具凹坑定位成使得固定到肩部刀具凹坑316的切削元件的切削面可与相应刀片302的面310基本上共平面。

一些刀片302可包括凹入式肩部刀具凹坑318，该凹入式肩部刀具凹坑定位成使得固定到其上的切削元件的切削面在相应刀片302的面310的后方间隔开一定距离。凹入式肩部刀具凹坑318可布置成使得凹入式肩部刀具凹坑318相对于刀片302的面310成角度326呈线性关系。坐标系328可被限定为使得y方向与钻地工具100的中心轴线基本上对齐，x方向沿钻地工具100的旋转方向，并且z方向是远离钻地工具100的中心轴线延伸的径向方向。凹入式肩部刀具凹坑318与刀片302的面310的线性关系之间的角度326可在x方向与y方向之间延伸。如上所述，成角度布置凹入式肩部刀具凹坑318可使得大量的切削元件能够布置在刀片302的相同面区域内。凹入式肩部刀具凹坑318与刀片302的面310的线性关系之间的角度326可介于约20度与约45度之间，诸如介于约40度与约30度之间，或约33度。

包括凹入式肩部刀具凹坑318的刀片302可包括在刀片302的面310到刀片302的肩部区域312之间穿过的凹陷部320，该凹陷部被构造成通过将排屑槽306连接到凹入式肩部刀具凹坑318来为从排屑槽306到凹入式肩部刀具凹坑318的流体提供流动路径。凹陷部320可在刀片302上的至少一个外部刀具凹坑322下方延伸，使得刀片302的支撑外部刀具凹坑322的部分形成在凹陷部320上方延伸的凸缘324。

图4示出了刀片302上的凹入式肩部刀具凹坑318的放大视图。在一些实施方案中，凹陷部320可包括可相对于刀片302的面310成角度地延伸的基本上平面的(例如，直的、平坦的等)表面。例如，凹陷部320与刀片302的面310之间的过渡区域402可形成角度。凹陷部320可保持该角度，直到凹陷部320的表面到达靠近凹入式肩部刀具凹坑318的肩部区域312为止。在一些实施方案中，过渡区域402可以是硬角度(例如，线性边缘)。在其它实施方案中，过渡区域402可为逐渐过渡，诸如斜面、圆弧边缘、倒圆边缘等。在一些实施方案中，凹陷部320可为弯曲的，使得凹陷部320可与过渡区域402处的面310与凹陷部320基本上共平面，并且可在靠近凹入式肩部刀具凹坑318的区域中基本上垂直于面310。

在一些实施方案中，刀片302的面310与凹陷部320之间的过渡区域402可从凹陷部320与凸缘324之间的过渡区域406成角度向下延伸到钻地工具300的肩部区域312。例如，肩部区域312、凹陷部320与刀片302的面310之间的过渡区域402以及凹陷部320与凸缘324之间的过渡区域406可限定基本上三角形的表面。

凸缘324可在凹陷部320上方延伸，使得由凸缘324支撑的外部刀具凹坑322可定位在凹陷部320上方。外部刀具凹坑322可被构造成定位切削元件，使得切削路径(例如，切削元件的切削面的路径)靠近定位于第一凹入式肩部刀具凹坑318a中的切削元件的切削路径。凸缘324的底表面404可与第二凹入式肩部刀具凹坑318b的顶部部分基本上对齐。

在一些实施方案中，凹陷部320可在第一凹入式肩部刀具凹坑318a的平面中延伸，使得凹陷部320可提供更大区域，从而使得更多流体能够流动到凹入式肩部刀具凹坑318，因为第一凹入式肩部刀具凹坑318a是凹入最多的肩部刀具凹坑318。在其它实施方案中，凹陷部320可在第二凹入式肩部刀具凹坑318b或第三凹入式肩部刀具凹坑418c的平面中延伸。例如，为了使凸缘324的厚度能够足以支撑外部刀具凹坑322，凹陷部320可定位在第二凹入式肩部刀具凹坑318b或第三凹入式肩部刀具凹坑318c的平面中，该第二凹入式肩部刀具凹坑或第三凹入式肩部刀具凹坑可定位在比第一凹入式肩部刀具凹坑318a低的竖直位置处。

凸缘324可具有厚度(例如，外部刀具凹坑322与凸缘324的底表面404之间的距离)，该厚度足以在钻探地层时所存在的负载下支撑安装在外部刀具凹坑322中的切削元件。例如，凸缘324可具有大于约0.25英寸(6.35mm)的厚度，诸如介于约0.25英寸(6.35mm)与约0.5英寸(12.7mm)之间或介于约0.25英寸(6.35mm)与约0.4英寸(10.16mm)之间。在一些实施方案中，凸缘324的结构可提供进一步支撑。例如，凸缘324的底表面404与凹陷部320之间的过渡区域406可包括被构造成加强凸缘324的斜面或曲面。在一些实施方案中，凸缘324的底表面404可相对于凹陷部320成角度地延伸，使得凸缘324在过渡区域406处具有比在凸缘324的外表面408处的厚度大的厚度。在一些实施方案中，凸缘324可包括从凹陷部320延伸到凸缘324的底表面404的附加结构，诸如角撑板、脊等，以向凸缘324提供附加支撑。

凸缘324的外表面408可从刀片302的肩部区域312凹入一定距离，该距离基本上等于或大于固定在第一凹入式肩部刀具凹坑318a中的切削元件的切削面的直径。例如，凸缘324的外表面408可凹入介于约0.090英寸(2.286mm)与约1英寸(25.4mm)之间，诸如介于约0.25英寸(6.35mm)与约0.75英寸(19.05mm)之间，或约0.5英寸(12.7mm)。

如上所述，凹入式肩部刀具凹坑318a、318b、318c可从刀片302的面310凹入一定距离，并且可相对于刀片302的面310成角度地线性布置。因此，第一凹入式肩部刀具凹坑318a与面310之间的距离可大于第三凹入式肩部刀具凹坑318c与面310之间的距离。因此，固定在第三凹入式肩部刀具凹坑318中的切削元件可限定相关联的切削面与面310之间的最小距离。固定在第三凹入式肩部刀具凹坑318中的切削元件的切削面与刀片302的面310之间的距离可基本上等于或大于刀片302中的刀具凹坑314的深度。例如，切削面与刀片302的面310之间的距离可大于约0.125英寸(3.175mm)，诸如介于约0.125英寸(3.175mm)与约2.80英寸(71.12mm)之间。

在一些实施方案中，凹入式肩部刀具凹坑318可被构造成定位固定在其中的切削元件，使得切削面与切削平面成角度取向(例如，具有后倾角或侧倾角)。例如，切削元件可被定位成使得切削面相对于竖直平面成角度(例如，相对于钻地工具100的纵向轴线成角度)，在本领域中通常被称为后倾角。该凹入式肩部刀具凹坑318能够以介于约0°与约50°之间，诸如介于约15°与约45°之间的后倾角来定位相关联的切削元件。在一些实施方案中，切削元件可定位成使得切削面相对于径向平面成角度(例如，相对于沿刀片302延伸的径向线成角度)，在本领域中通常称为侧倾角。在一些实施方案中，该凹入式肩部刀具凹坑318能够以介于约-20°与约20°之间，诸如介于约-10°与约10°之间的侧倾角来定位相关联的切削元件。

在一些实施方案中，钻地工具300的部分可包括耐磨堆焊。耐磨堆焊可包括在钻地工具300的表面上的高硬度或耐磨涂层或处理。例如，最可能接触地层或来自地层的切屑的表面可包括耐磨堆焊材料，以减少钻地工具300的相应表面的磨损量。可包括耐磨堆焊的表面可包括凹陷部320的表面和/或刀片302的表面，诸如面310和肩部区域312。

在一些实施方案中，凹陷部320可具有基本上平滑的表面(例如，没有脊、谷、隆起等的表面)。基本上平滑的表面可使得能够增加进入凹陷部320中并且在固定在凹入式肩部刀具凹坑318中的切削元件之上的流体流。

在一些实施方案中，可在与形成钻地工具300相同的工艺诸如模制或锻造工艺中形成凹陷部320。例如，用于形成钻地工具300的模具或模型可包括对应于凹陷部320的特征部。在一些实施方案中，可在钻地工具300形成之后诸如通过机加工工艺在刀片302中切出凹陷部320。

图5示出了钻地工具300的刀片302的肩部区域312的实施方案的放大视图。在一些实施方案中，凹陷部320可包括多个峰502和谷504。峰502和谷504可能导致凹陷部320的表面不平滑。峰502和/或谷504可扰乱流体的流动路径，从而在流体流中产生湍流。湍流可增加至少一些流体的速度。因此，峰502和谷504可增加凹陷部320中的流体流速度，该增加的速度可导致流体流对固定到凹入式肩部刀具凹坑318的切削元件进行更高效地清洁和/或冷却。因此，形成包括一个或多个峰502和/或谷504的凹陷部320可提高流入凹陷部320的流体的清洁和/或冷却效率。

在一些实施方案中，可在与形成钻地工具300相同的工艺诸如模制或锻造工艺中形成凹陷部320。例如，用于形成钻地工具300的模具或模型可包括对应于凹陷部320的特征部，包括对应于相应的峰502和谷504的特征部。在一些实施方案中，凹陷部320可在钻地工具300形成之后诸如通过机加工工艺切入刀片302中。例如，可使用切入式钻井操作来形成峰502和谷504。切入式钻井操作可包括多个相邻的钻孔，其中峰对应于钻孔之间的材料，并且谷504沿与凹陷部320的平面平行的平面对应于位于每个钻孔的中心点处的凹陷部320的区域。

图6示出了钻地工具300的一部分的放大俯视图。刀片302的面310可为基本上直的，使得面310可基本上位于径向平面602中。径向平面602可沿基本上直的线延伸穿过钻地工具300的纵向轴线604。凹陷部320可基本上位于与从径向平面602成角度608延伸的凹入线606对应的平面中。凸缘324与凹陷部320之间的过渡区域406可基本上沿循凹入线606。角度608可介于约10°与约60°之间，诸如介于约30°与约50°之间，或约43°。

凹入线606可在钻地工具300的纵向轴线604与刀片302的肩部区域312之间的交点610处与径向平面602相交。交点610可对应于凹陷部320与刀片302的面310之间的过渡区域402与凸缘324与凹陷部320之间的过渡区域406相交的点。交点610可以是沿着径向平面602的点，该点在纵向轴604与402的肩部区域312之间超过一半，诸如纵向轴线604与肩部区域312之间的距离的约八分之五与约八分之七之间，或纵向轴线604与肩部区域312之间的距离的约四分之三。例如，如果刀片302的肩部区域312距离纵向轴线604为6.125英寸(155.575mm)，则交点610可定位在距离纵向轴线604约3英寸(76.2mm)与约5.5英寸(139.7mm)之间，诸如介于约4英寸(101.6mm)与约5英寸(127mm)之间，或约4.5英寸(114.3mm)。

图7示出了图4至图7的钻地工具300的流程图700。流程图700示出了流体从喷嘴308到排屑槽306中的流动。如图3所示，流体的速度可以在喷嘴308处最高，并且该速度可以随着流体流过排屑槽306而消散。在较高速度区域中，流体可清除钻地工具300的元件周围的碎屑，从而基本上防止由于碎屑堆积而导致的过早磨损。更高速的流体还可耗散来自钻地工具300的元件的热量从而基本上防止由于过热而导致的过早磨损和/或失效。

当与流程图200(图2)相比时，凹陷部320的形状可使得流体流能够保持更高的流速。如图7所示，流体流在进入凹陷部320时可保持相对较高的流速，并且可在通过排屑槽306离开凹陷部320之前在凹陷部320内循环。相对较高的流速可为固定到凹入式肩部刀具凹坑318的切削元件提供改进的清洁和冷却。

本公开的实施方案可以在具有凹入式肩部刀具的钻地工具的肩部区域中实现更高的流量和/或流速。增加的流量和流速可改进凹入式肩部刀具的清洁和/或冷却。改进的清洁和/或冷却可延长凹入式肩部刀具的寿命。提高钻地工具上的切削元件的寿命可延长钻地工具在钻井组件必须从钻孔中起钻以修理或更换钻地工具之前可使用的时间量。许多钻井作业每天的成本高达数百万美元。将钻井组件起钻可能导致损失数天的生产工作，从而花费数百万美元。此外，数天的损失进一步推迟了井筒定型并成为高产盈利井的时间。因此，延长起下钻间隔时间可增加相关井筒的盈利能力。

本公开的非限制性实施方案可包括：

实施方案1：一种钻地工具，该钻地工具包括：至少一个刀片，该至少一个刀片包括肩部区域和面；多个切削元件，该多个切削元件布置在刀片的面上；至少一个凹入式肩部切削元件，该至少一个凹入式肩部切削元件定位在肩部区域中，使得至少一个凹入式肩部切削元件的切削面在刀片的面的后方间隔开一定距离；刀片的凹入部分，该凹入部分在布置在刀片的面上的多个切削元件中的至少一个切削元件下方延伸，并且延伸到至少一个凹入式肩部切削元件。

实施方案2：根据实施方案1所述的钻地工具，该钻地工具进一步包括喷嘴，该喷嘴被构造成靠近刀片排放流体。

实施方案3：根据实施方案2所述的钻地工具，其中凹入部分被构造成将流体引导到至少一个凹入式肩部切削元件。

实施方案4：根据实施方案1至3中任一项所述的钻地工具，其中凹入部分包括三角形表面。

实施方案5：根据实施方案1至4中任一项所述的钻地工具，该钻地工具进一步包括位于刀片的面与凹入部分之间的过渡区域。

实施方案6：根据实施方案5所述的钻地工具，其中过渡区域包括倒圆边缘。

实施方案7：根据实施方案1至6中任一项所述的钻地工具，其中凹入部分从刀片的面成角度地延伸至刀片的肩部区域。

实施方案8：根据实施方案7所述的钻地工具，其中角度介于约10°与约60°之间。

实施方案9：根据实施方案1至8中任一项所述的钻地工具，其中凹入部分包括曲面。

实施方案10：一种钻地工具，该钻地工具包括：从钻地工具主体延伸的至少两个刀片：位于至少两个刀片之间的排屑槽；形成于至少两个刀片的面中的一个或多个刀具凹坑；形成于至少两个刀片中的至少一个刀片的肩部部分中的至少一个肩部刀具凹坑，该至少一个肩部刀具凹坑与至少两个刀片中的至少一个刀片的面形成一定距离；和将至少一个肩部刀具凹坑连接到排屑槽的凹陷部，其中凹陷部在形成于至少两个刀片的面中的一个或多个刀具凹坑中的外部刀具凹坑下方延伸。

实施方案11：根据实施方案10所述的钻地工具，其中凹陷部从至少两个刀片中的至少一个刀片的面中的点延伸从钻地工具的纵向轴线到至少两个刀片中的至少一个刀片的肩部部分的距离的至少一半。

实施方案12：根据实施方案10或11所述的钻地工具，其中凹陷部包括平滑表面。

实施方案13：根据实施方案10至12中任一项所述的钻地工具，其中凹陷部包括具有至少一个峰的表面。

实施方案14：根据实施方案10至13中任一项所述的钻地工具，该钻地工具进一步包括在凹陷部上方延伸的凸缘。

实施方案15：根据实施方案14所述的钻地工具，其中凸缘被构造成支撑外部刀具凹坑。

实施方案16：根据实施方案14或15所述的钻地工具，其中凸缘包括至少0.25英寸(6.35mm)的厚度。

实施方案17：一种形成钻地工具的方法，该方法包括：形成工具主体，该工具主体包括一个或多个刀片和限定在一个或多个刀片的表面中的刀具凹坑，其中刀具凹坑限定在一个或多个刀片的至少一个面中以及与一个或多个刀片的面间隔开一段距离的一个或多个刀片的肩部区域中；在工具主体的靠近一个或多个刀片的面的区域中形成排屑槽；在排屑槽内形成喷嘴，该喷嘴被构造成将流体供应到排屑槽内；以及形成凹陷部，该凹陷部从一个或多个刀片的面成角度地延伸到限定在一个或多个刀片的肩部区域中的刀具凹坑中的至少一个刀具凹坑，其中凹陷部位于限定在一个或多个刀片的面中的刀具凹坑中的至少一个刀具凹坑下方。

实施方案18：根据实施方案17所述的方法，其中形成凹陷部包括在一个或多个刀片的面中机加工凹陷部。

实施方案19：根据实施方案17或18所述的方法，其中形成凹陷部包括从一个或多个刀片的肩部区域切入式钻出凹陷部。

实施方案20：根据实施方案17至19中任一项所述的方法，其中形成凹陷部包括在与形成工具主体基本上相同的工艺中形成凹陷部。

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。此类修改和实施方案也落入所附权利要求书及其法律等同物的范围内。

Claims (15)

1.一种钻地工具，所述钻地工具包括：

至少一个刀片，所述至少一个刀片包括肩部区域和面；

多个切削元件，所述多个切削元件布置在所述刀片的所述面上；

至少一个凹入式肩部切削元件，所述至少一个凹入式肩部切削元件定位在所述肩部区域中，使得所述至少一个凹入式肩部切削元件的切削面在所述刀片的所述面的后方间隔开一定距离；和

所述刀片的凹入部分，所述凹入部分在布置在所述刀片的所述面上的所述多个切削元件中的至少一个切削元件下方延伸，并且延伸到所述至少一个凹入式肩部切削元件。

2.根据权利要求1所述的钻地工具，所述钻地工具进一步包括喷嘴，所述喷嘴被构造成靠近所述刀片排放流体。

3.根据权利要求2所述的钻地工具，其中所述凹入部分被构造成将所述流体引导到所述至少一个凹入式肩部切削元件。

4.根据权利要求1所述的钻地工具，其中所述凹入部分包括三角形表面。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的钻地工具，所述钻地工具进一步包括位于所述刀片的所述面与所述凹入部分之间的过渡区域。

6.根据权利要求5所述的钻地工具，其中所述过渡区域包括倒圆边缘。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的钻地工具，其中所述凹入部分从所述刀片的所述面成角度地延伸至所述刀片的所述肩部区域。

8.根据权利要求7所述的钻地工具，其中所述角度介于约10°与约60°之间。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的钻地工具，其中所述凹入部分包括曲面。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的钻地工具，其中所述凹入部分在位于所述至少一个刀片与相邻刀片之间的排屑槽与所述至少一个凹入式肩部切削元件之间延伸。

11.根据权利要求10所述的钻地工具，其中所述凹入部分从所述至少一个刀片的所述面中的点延伸从所述钻地工具的纵向轴线到所述至少一个刀片的所述肩部区域的距离的至少一半。

12.一种形成钻地工具的方法，所述方法包括：

形成工具主体，所述工具主体包括一个或多个刀片和限定在所述一个或多个刀片的表面中的刀具凹坑，其中所述刀具凹坑限定在所述一个或多个刀片的至少一个面中以及与所述一个或多个刀片的所述面间隔开一定距离的所述一个或多个刀片的肩部区域中；

在所述工具主体的靠近所述一个或多个刀片的所述面的区域中形成排屑槽；

在所述排屑槽内形成喷嘴，所述喷嘴被构造成将流体供应到所述排屑槽中；以及

形成凹陷部，所述凹陷部从所述一个或多个刀片的所述面成角度地延伸到限定在所述一个或多个刀片的所述肩部区域中的所述刀具凹坑中的至少一个刀具凹坑，其中所述凹陷部位于限定在所述一个或多个刀片的所述面中的所述刀具凹坑中的至少一个刀具凹坑下方。

13.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述凹陷部包括在所述一个或多个刀片的所述面中机加工所述凹陷部。

14.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述凹陷部包括从所述一个或多个刀片的所述肩部区域切入式钻出所述凹陷部。

15.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述凹陷部包括在与形成所述工具主体基本上相同的工艺中形成所述凹陷部。

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