具有減少泥包特征的井下工具及其形成和修復方法

專利名稱：具有減少泥包特征的井下工具及其形成和修復方法
技術領域：
本發(fā)明的實施方式涉及井下工具，如鉆地旋轉鉆頭，并且更特別地涉及具有在井筒形成過程中減少巖層切屑在其上粘連的特征的井下工具，以及形成該井下工具的方法。
背景技術：
各種用途的井筒形成在地層中，這些用途包括，比如從地層開采石油和天然氣及從地層中開采地熱?？衫勉@頭，比如，鉆地旋轉鉆頭在地層中形成井筒。本領域公知的不同類型的鉆地旋轉頭包括，比如固定切削件鉆頭(在現有技術中常指“刮刀”鉆頭)，旋轉切削件鉆頭(在現有技術中常指“牙輪”鉆頭)，孕鑲金剛石鉆頭和混合式鉆頭(其包括，例如固定切削件和旋轉切削件)。鉆頭旋轉并伸入地層。隨著鉆頭旋轉，其切削件或研磨結構切削、破碎、剪切、和/或研磨地層形成井筒。鉆頭鉆出的井筒直徑可由設置在鉆頭最大外直徑上的切削結構限定。鉆頭直接或間接地與在現有技術中被稱為“鉆柱”的部件的端部連接，該鉆柱包括一系列細長的端對端連接的管狀段，其從地面延伸進入井筒。通常，包括鉆頭的不同工具和組件可與位于所鉆井筒的底部的鉆柱的遠端處連接在一起。這種工具和組件的組合在現有技術中被稱作“底部鉆具組合”(簡稱BHA)。通過從地面旋轉鉆柱來使鉆頭在井筒中旋轉，或者通過將鉆頭連接到井下發(fā)動機上來使鉆頭旋轉，該發(fā)動機也與鉆柱連接并設置在接近井筒底部的地方。井下發(fā)動機可包括，比如，具有主軸的液壓穆瓦諾型發(fā)動機，鉆頭安裝在主軸上，可通過泵送流體(例如，鉆井泥漿或鉆井液)旋轉鉆頭，泵送的流體從地面下到鉆柱中心，穿過液壓發(fā)動機，穿出鉆頭中的噴嘴，然后通過位于鉆柱外表面和地層暴露于井筒內的表面之間的環(huán)狀空間，回到地面。在地層中鉆井筒時，使用在本領域中被稱為“擴孔器”的設備(在本領域中還被稱為“擴眼設備”或者“擴孔器”)連同鉆頭作為底部鉆具組合的一部分是本領域公知的。在這樣的布局中，鉆頭作為“導向”鉆頭在地層中形成導向孔。隨著鉆頭和底部工具組合在巖層中行進，鉆孔器設備跟隨著鉆頭穿過導向孔并擴大或“擴展”導向孔的直徑。井底工具的主體部分，比如鉆頭和鉆孔器，常提供有流體通道，如“排屑槽”，使得鉆井泥漿(其可包括鉆井液及由被帶入鉆井液中的工具產生的巖層切屑)向上繞著工具的主體部分穿過，進入到鉆柱外工具之上的井筒內的環(huán)形空間中。用于套管鉆井和尾管鉆井的鉆井工具通常具有較小的流體通道，且特別地易于形成泥包，導致較低的鉆進速度。
在鉆井筒時，巖層切屑可粘到或“泥包”到鉆頭表面上。切屑可積聚于切削元件和鉆頭或其他工具的表面上，并可匯集于鉆頭的各種結構構件之間產生的空隙，間隙或凹部中。特別地，這種現象在失去塑性的巖層，比如一些頁巖、泥巖、粉砂巖、石灰?guī)r及其他相對易于延展的巖層中更加明顯。從這樣的巖層切下的切屑可機械地堆積在鉆頭上的前述的空隙、間隙或凹部中。在其它的情況下，就像對一些泥頁巖地層進行鉆井時，巖層切屑和鉆頭或其他工具的表面之間的附著力可至少部分地取決于兩者之間的化學結合。當鉆頭表面因巖層中的水而變濕時，鉆頭表面和頁巖的粘土層可能共享相同的電子。同樣的電子分享發(fā)生在頁巖自身單片之間。這種電子分享導致頁巖和鉆頭表面之間發(fā)生粘附特性結合。巖層切屑和鉆頭表面之間的粘附特性還可能發(fā)生在當鉆頭表面的電荷與巖層的電荷相反的時。 相反電荷的巖層粒子可粘到鉆頭表面上。此外，巖層粒子可被壓到鉆頭表面上或者機械地結合到在鉆井過程中由于侵蝕和磨蝕蝕刻到鉆頭上的凹陷或槽中。在一些情況下，鉆井操作常采用簡化的或緩和的液壓的系統。比如，一些鉆探設備不具有用于鉆所需深度的大型泵。此外，操作者時常發(fā)現運行更高泥漿流速成本太高或者搞流速導致BHA更易于磨損和開裂。采用簡化的或緩和的液壓系統來鉆井具有導致泥包的趨勢。已經進行了減少井下工具的泥包的可能性的嘗試，如所公開的，比如，美國專利號 No. 5651420(于1997年7月29日授權給Tibbittes等人)；及美國專利號No. 6260636 (于 2001年7月17日授權給Cooley等人);和美國專利號No. 6450271 (于2002年9月17日授權給Tibbitts等人)。

發(fā)明內容
在一些實施例中，本發(fā)明包括一種井下工具，其具有主體，主體具有表面，所述表面具有由延伸入所述表面中的凹部和從所述表面突出的凸起中的至少一個而限定出的地形狀圖案。所述井下工具還包括設置在所述表面的包括所述地形狀圖案的至少一部分上的防泥包材料。所述防泥包材料可以具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時能夠減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。在一些實施例中，井下工具可包括具有表面的主體，該主體的表面具有至少一個延伸入所述主體的所述表面內的凹部，以及布置在至少一個凹部內的嵌入件。該嵌入件可包括防泥包材料，防泥包材料具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時能夠減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。在一些實施例中，一種井下工具可以包括具有表面的主體；位于所述主體的所述表面上的至少一塊多孔物質；及設置在所述至少一塊多孔物質上的防泥包材料。所述防泥包材料具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時能夠減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。一種形成井下工具的方法可以包括形成延伸入井下工具的主體中的凹部和從井下工具的主體上突出的凸起中的至少一個。所述方法還可以包括在所述表面的至少一部分上設置防泥包材料以及選擇防泥包材料，使其具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時用于減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。所述井下工具可以包括延伸入所述凹部或所述凸起，或者在其上延伸的表面。
一種形成井下工具的方法可以包括在井下工具的主體的表面上設置多孔物質； 在多孔物質的至少一部分上設置防泥包材料；以及選擇防泥包材料，使其具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時用于減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。一種形成井下工具的方法還可以包括在井下工具的主體上形成凹部；形成包括防泥包材料的嵌入件；選擇防泥包材料，使其具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時用于減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分；將嵌入件設置到凹部內；并將嵌入件連接到井下工具的主體。一種修復井下工具的方法可包括將井下工具的凹部內的嵌入件移除；將替換用嵌入件布置到凹部內；以及將替換用嵌入件連接到井下工具的主體。該替換用嵌入件可具有防泥包材料，防泥包材料具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時用于減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。


盡管本說明書以特別指出并清楚聲明了被認為是本發(fā)明的實施例的權利要求進行了總結，但是該發(fā)明的各種特點和優(yōu)點可從參考附圖所給出的本發(fā)明的示例性實施例的以下描述中更輕易地確定，其中圖I為本發(fā)明井下工具的一個實施例的透視圖，其包括連接于其上的、采用了本發(fā)明中描述的特點和方法的防泥包材料；圖2為圖I中一部分的放大視圖，其顯示了其上可布置防泥包材料的圖I中工具的外部表面上的紋理或圖案；圖3為沿著圖2所示的剖開線103-103剖開的圖I和2中所示的工具的一部分的橫斷面視圖；圖4與圖2相似，其顯示了根據本發(fā)明用于提高防泥包材料與工具的粘附特性的另一實施方例的可以形成在工具外部表面上的另一紋理或圖案；圖5與圖3的橫斷面視圖類似，其顯示了沿圖4所示的剖開線105-105剖開的本發(fā)明另一實施例；圖6與圖2和4相似，其顯示了根據本發(fā)明用于提高防泥包材料與工具的粘附特性的另一實施例的可以形成在工具外部表面上的又一紋理或圖案；圖7與圖3和5的橫斷面視圖類似，但是其顯示了沿圖6所示的剖開線107-107 剖開的圖6所示工具的一部分；圖8與圖2，4和6相似，其顯示了根據本發(fā)明用于提高防泥包材料與工具的粘附特性的再一實施例的可以形成在工具外部表面上的再一紋理或圖案；圖9與圖3，5和7的橫斷面視圖類似，但是其顯示了沿圖8中剖開線109-109剖開的圖8所示工具的一部分；圖IOA為圖8和9所示的工具一部分的透視圖；圖IOB為圖8到圖IOB所示的在圓形區(qū)域111內的部分工具的放大細節(jié)透視圖；圖11為根據本發(fā)明一實施例的工具的一部分的透視圖；圖12與圖2，4，6和8相似，其顯示了根據本發(fā)明用于提高防泥包材料與工具的粘附特性的再一實施方式的可以形成在工具外部表面上的再一紋理或圖案；
圖13與圖3，5，7和9的橫斷面視圖類似，但是其顯示了沿圖12中剖開線113-113 剖開的圖12所示工具的一部分；圖14到17顯示了不同置換部件的透視圖，這些置換部件包括有模板紋理或圖案， 在用來于模具中形成井下工具的浸滲工藝或鑄造工藝過程中，所述模板紋理或圖案在井下工具外部表面上和/或內形成互補紋理或圖案(如圖I所示的紋理或圖案)。圖18為施加在如圖I的井下工具的外部表面上的防泥包材料的透視圖，所述防泥包材料施加在所述外部表面上的根據本發(fā)明實施例設置的紋理或圖案上；以及圖19顯示了包括防泥包材料的嵌入件，一個或多個嵌入件可以被固定到根據本發(fā)明另外實施例的井下工具主體上。
具體實施例本文中給出的圖示并非是任何具體井下工具、鉆頭、或這樣的工具或鉆頭的元件的實際視圖，僅僅是被用來說明本發(fā)明實施例的所期望的圖示。圖I示出了本發(fā)明的井下工具的一個實施例。圖I的該井下工具是鉆地旋轉鉆頭 10，其具有包括由流體通道13分隔開的多個刮刀12的鉆頭主體11。流體通道13的沿著徑向側(鉆頭10的“保徑”區(qū)域)延伸的部分常常在本領域中被稱為“排屑槽”。每個刮刀 12上都安裝有多個切削元件14。鉆頭主體11進一步包括穿過鉆頭主體11延伸到鉆頭主體11的外部表面16的大體上柱狀的內部流體增壓室和流體通道。噴嘴18可接近主體11 的外部表面16固定到流體通道內，用以在鉆井過程中控制鉆頭10的水力學特性。在鉆井 呆作過程中，鉆頭10可連接到鉆柱(未不出)上。隨著鉆頭10在井筒內旋轉，鉆井液可沿著鉆柱被向下泵送、穿過鉆頭10的鉆頭主體11內的內部流體增壓室和流體通道、通過噴嘴18排到鉆頭10外。由鉆頭10的切削元件14產生的巖層切屑可由鉆井液攜載著穿過流體通道13、圍繞鉆頭10并穿過井筒內、鉆柱外的環(huán)空而順著井筒向上返回。如圖I所示，在鉆頭主體10的外部表面16的至少一部分上可以設置防泥包材料 22，為了說明的目的，防泥包材料22在圖I中以交叉剖面線的區(qū)域來表示。防泥包材料22 可具有當使用鉆頭10形成井筒時用來減少地層切屑在鉆頭上聚積的成分。防泥包材料22 可設置在比如鉆頭10易于形成泥包的區(qū)域，像窄點(如，刮刀匯集處)，切削軌跡點(如，切屑匯集處)以及鉆頭頂部接頭(即，鉆頭頭部和螺紋銷連接處)。比如，防泥包材料22可在鉆頭10的鉆頭主體11的外部表面16的一個或多個區(qū)域上設置于流體通道13內，如圖 I所示。這樣的區(qū)域可以包括比如，刮刀12的旋轉方向上的前表面24Α，刮刀的旋轉方向上的后表面24Β，切削元件14下方(在此會產生切屑流)和切削元件14后方。在另外的實施例中，防泥包材料22可形成大體上連續(xù)覆蓋于鉆頭10的鉆頭主體11的至少基本上所有外部表面上的覆層。防泥包材料22可包括比如聚合物材料，像比如，含氟聚合物(例如，聚四氟乙烯基材料)、聚氨酯或環(huán)氧樹脂。在一些實施例中，防泥包材料22還可以包括金屬、金屬合金、或陶瓷，像硼、鋁和鎂的合金。在其他實施例中，防泥包材料可包括石墨、二硫化鑰、氮化硼、或硅樹脂。比如，防泥包材料22可包括含氟聚合物與金屬或比如像鎳基合金的金屬合金的混合物。防泥包材料22可基于各種特性進行選擇或配制，所述特性例如為疏水性、 摩擦系數、與鉆頭主體11結合的能力等。比如，防泥包材料22可選擇為具有疏水性(即，與水滴的接觸角大于90°，這根據美國賓夕法尼亞州西康舍霍肯市的ASTM Inf I的ASTM 標準F21-65，2007、借助噴霧測試對疏水性表面膜的標準測試方法確定得出)和具有約為 O. 5或更小的摩擦系數(根據美國賓夕法尼亞州西康舍霍肯市的ASTM Infl的ASTM標準 G115-10、測試和報告摩擦系數的標準指導手冊確定得出)。在一些實施例中，防泥包材料 22可具有約為O. 2或更小的摩擦系數。作為一個進一步的實施例，如果防泥包材料22為含氟聚合物，該防泥包材料22可具有低于O. 04的摩擦系數?？捎糜诜滥喟牧?2的商業(yè)上可獲取的材料的實施例包括比如，美國德克薩斯州漢布爾市的Southwest Impreglon出售的商品名為FLUPROSHIELD 和FLUOROLON 的材料。在一些實施例中，防泥包材料22可包括金剛石或類金剛石碳(DLC)。DLC為碳基非結晶涂層，具有與金剛石相同的特性，例如硬度或化學穩(wěn)定性。DLC包含被構造成立方和六角點陣的Sp3混合碳原子。比如，DLC可包括非晶四面體碳，或ta-C，其僅由Sp3碳組成。 DLC還可包括填充劑，像氫、Sp2碳，或金屬。DLC涂層沒有長距晶級，這可使得涂層更具撓性且能夠與不同形狀一致。出于其抗磨性的考慮來選擇DLC涂層，DLC涂層可具有與精鋼摩擦時約為O. 05-0. 20的摩擦系數(根據ASTM標準Gl 15-10確定)。國際專利申請?zhí)枮镻CT/GB2008/050102的PCT申請(其申請日為2008年2月15 日，
公開日為2008年8月21日，國際公開號W02008/099220)公開了施加DLC涂層的一個特別合適的工藝，該申請的副本作為本文一部分，呈現在附件A中。英國北安普頓郡的金剛石硬質表面有限責任公司已經針對特定的應用場合實施了上述的涂覆工藝。然而，該涂覆工藝的應用——其將獲得商標名為ADAMANT 的涂層——并未教導應用于本發(fā)明?，F在已經確信，公知為Adamant 010涂層或更為耐用的涂層，可特別地適用于本發(fā)明。涂覆工藝可在ioo°C或更低溫度下進行，涂層的期望厚度從約I μ m到約50 μ m厚(取決于待要涂覆的基底的材料)，其可在低于200°C的溫度獲得。此外，這些涂層呈現出與涂覆的基底表面良好的粘附特性，并且具有高保形性和覆蓋均勻性。在一些實施例中，防泥包材料22可進一步包括一種或多種填充劑，例如，晶須、纖維、顆粒物等。作為非限制性實施例，在一些實施例中，防泥包材料22可包括一種或多種碳纖維及陶瓷顆粒(例如，氧化材料顆粒，像氧化鋁、氧化鋯、氧化釔、氧化鋅、氧化鈦、氧化鉭，等)。在一些實施例中，防泥包材料22可包括平均厚度TA (圖3)大于約O. 13mm,大于約
O.20_，或甚至大于約3. 175mm的材料層。然而在其他實施例中，防泥包材料22可包括平均厚度Ta(圖3)在幾納米(如，2納米)到約O. 13mm之間的材料層。如，一些防泥包材料22 (如，DLC涂層或通過化學汽相淀積法涂覆的涂層)可具有從約I微米(O. OOlmm)到約1000微米(I. Omm)的平均厚度TA。作為另一實施例，防泥包材料22可形成具有從約I 微米到約25毫米的平均厚度TA。在一些實施例中，防泥包材料22甚至具有大于25mm的平均厚度Ta。根據本發(fā)明的一些實施例，多孔沉積物可設置在鉆頭10的鉆頭主體11的外部表面16上，且防泥包材料22可設置在該多孔沉積物上。比如，圖2為圖I中鉆頭10的鉆頭主體11的部分放大視圖，其顯示了在鉆頭主體 11的外部表面16的區(qū)域上、位于流體通道13內的多孔物質26。當然，多孔物質26可設置在鉆頭主體10的外部表面16的任何區(qū)域上，包括防泥包材料22將要設置于其上的外部表面16的那些區(qū)域，正如之前結合圖I所討論的那樣。在圖2的實施例中，多孔物質26包括在鉆頭10的鉆頭主體11的外部表面16的一個或多個區(qū)域上延伸的大體上連續(xù)的多孔材料層。圖3為沿著圖2所示剖開線103-103剖開的鉆頭10的部分橫斷面視圖。如圖3所示，多孔材料層的平均厚度Tp在比如約O. 0254mm 到約5. 08mm之間。在某些實施例中，多孔材料層的平均厚度Tp在比如約O. 13mm到約O. 20mm 之間。僅僅是舉例而非限制，多孔物質26可包括采用熱噴涂工藝(例如，電弧噴涂工藝、 化學汽相淀積、施加DLC涂層的工藝等)沉積在鉆頭主體11上的金屬或金屬合金材料(像， 比如，鋼、鎳合金、鈷合金、或鎳鋁合金)。在這些實施例中，金屬或金屬合金材料的相對精細的顆粒通過電弧或火焰從噴槍中噴出，在電弧或者火焰中這些顆粒至少部分地熔化，并噴射到鉆頭主體11的外部表面16上。當它們碰撞到外部表面16上時，顆粒冷卻，固化，并相互結合以及覆蓋外部表面16。然而，顆粒間的空間不可以完全填滿，從而使得多孔物質26 具有多孔性。多孔物質26中還可以包括抗磨顆粒如碳化鎢顆粒。在鉆頭主體11上設置了多孔物質26后，之前結合圖I描述的防泥包材料22可設置在多孔物質26之上。該防泥包材料22在施加到多孔物質26之上時可浸滲多孔物質26 的孔隙中，從而增強防泥包材料22與鉆頭主體11的結合力。多孔物質26還可以增強防泥包材料22。因此，通過在多孔物質26上設置防泥包材料22，在鉆井操作過程中防泥包材料 22磨損和/或從鉆頭主體11剝落的速率降低，防泥包材料22的使用壽命可增長。在一些實施例中，防泥包材料可利用熱噴涂工藝沉積到多孔物質26上。在本發(fā)明的另一些實施例中，如圖4所示，多孔物質26可包括在鉆頭10的鉆頭主體11的外部表面16的一個或多個區(qū)域上設置的多個多孔物質26。在一些實施例中， 多個多孔物質26可在鉆頭主體11的外部表面16上限定出“地形狀圖案(topographical pattern) ”。在一些實施例中，如圖4所示，多個多孔物質26可包括多個分離的、在側向上隔開的多孔物質26。這樣的分離的多孔物質26可在鉆頭主體11的外部表面16的區(qū)域上按有序的陣列布置，像，比如成行成列的方式。在另外的實施例中，分離的多孔物質26可隨機布置在鉆頭主體11的外部表面16上。例如在易于形成泥包的區(qū)域，防泥包材料22可延伸超出分離的多孔物質26。多個多孔物質26可具有任何形狀，包括，比如，圓形、橢圓形、正方形、三角形、或如圖4所示截面形狀。圖5為類似于圖3的橫斷面視圖，但顯示了在鉆頭主體11的外部表面16上的多個分離的、在側向上隔開的多孔物質26，以及設置于多孔物質26上和鉆頭主體 11的外部表面16上的防泥包材料22。如圖5所示，在一些實施例中，多孔物質26上的防泥包材料22的外露主要表面28 可具有光滑的輪廓，該輪廓并不復制或沿襲覆蓋下方的多孔物質26的輪廓。然而，在其他實施例中，外露的主要表面28可復制或沿襲下方的多孔物質26的輪廓，從而使得從鉆頭10 的外部可以看到由下方多孔物質26限定出的圖案。這些分離的、在側向上隔開的多孔物質26可以與之前結合圖2和3所討論的多孔材料層大體上相同的方式或大體上相似的方式形成。在火焰噴涂工藝中，比如，火焰噴涂的材料可穿過遮擋罩上的孔沉積在鉆頭主體11上。遮擋罩上的孔可具有與待要沉積在鉆頭主體11的外部表面16上的在側向上隔開的多孔物質26的期望形狀所對應的形狀。
根據本發(fā)明的另外一些實施例,鉆頭10的鉆頭主體11的外部表面16可具有由延伸至鉆頭主體11的外部表面16內的多個凹部、以及從鉆頭主體11的外部表面16上突出的多個凸起中的至少一個限定得出的“地形狀圖案”。防泥包材料22可設置在該地形狀圖案上。換句話說，防泥包材料22可設置在外部表面16的包括由所述凹部和/或凸起限定出的地形狀圖案的至少一部分上。地形狀圖案可構造成提高鉆井過程中防泥包材料22在鉆頭主體11上的保持力。換句話說，地形狀圖案可構造成提高鉆井過程中防泥包材料22 在鉆頭10的鉆頭主體11上的壽命。參考圖6，在本發(fā)明的一些實施例中，凹部32 (如，多個凹部32)可形成或設置在鉆頭10的鉆頭主體11的外部表面16中。如圖6所不，凹部32可大體上為細長的,且在一些實施例中，可在流體通道13內定向成其延伸方向與在鉆井操作過程中穿過流體通道13 的流體流的大體方向大體上橫向。在其他實施例中，凹部32可在流體通道13內定向成其延伸方向與在鉆井操作過程中穿過流體通道13的流體流的大體方向大體上平行。在進一步的實施例中，凹部32可包括一些橫向于穿過流體通道13的流體流的方向定向的凹部32， 以及一些平行于穿過流體通道13的流體流的方向定向的凹部32。比如，在一些實施例中， 多個十字交叉形的細長的凹部32可設置在流體通道13內的外部表面16的區(qū)域上。在另外的實施例中，凹部32可以不是細長的，且可以為任何形狀，比如，圓形、橢圓形、長方形、 正方形、三角形等。此外，在一些實施例中，如圖6所示，凹部32可包括多個分離的、在側向上隔開的凹部32。這樣分離的凹部32可在鉆頭主體11的外部表面16的區(qū)域上按有序的陣列布置，或隨機地分布在鉆頭主體11的外部表面16上。因此，凹部32可用來限定或提供鉆頭主體11的外部表面16上的紋理或圖案，當防泥包材料22設置在紋理或圖案上時可以提聞防泥包材料22的使用壽命。圖7為沿著圖6所示剖開線107-107剖開的圖6中鉆頭10的部分橫斷面視圖。如圖7所示，在一些實施例中，凹部32可具有約O. 254mm或更大，約O. 381mm或甚至約O. 762mm 或更大的平均深度DK。在一些實施例中，凹部32可具有約O. 762mm或更大，或者甚至約
I.5mm或更大的平均寬度WK。在凹部32為細長形狀的實施例中，它們可具有約6. 35mm或更大，約19. 05mm或更大，或甚至約38. 4mm或更大的平均長度。盡管圖7中所示的凹部32 的定向橫向于在鉆井操作中穿過流體通道13的流體流的大體方向，但是凹部32還可以定向成大體平行于穿過流體通道13的流體流的方向。凹部32可具有約50. 8_或更大，或甚至約152. 4mm或更大的平均長度?？刹捎迷S多工藝中的任一種在鉆頭10的鉆頭主體11上形成凹部32。如，采用機加工工藝，比如銑削或鉆孔工藝，在鉆頭主體11的外部表面16上機加工出凹部32。當鉆頭主體11由例如鋼的材料形成從而包括這樣的材料時，這種工藝是可取的，可以相對容易地進行機加工。在另外的實施例中，鉆頭主體11可包括不易機加工的材料。比如，鉆頭主體11可包括顆?；鶑秃喜牧?像鈷鎢硬質合金,它們相對難于機加工。這樣的鉆頭主體11 通常采用浸滲工藝形成，此時，鉆頭主體11在模具內采用鑄造工藝形成。特別地，模具由耐火材料像石墨形成，且模具形成為包括模具空腔，所述空腔的形狀與將要在其中形成的鉆頭主體11的形狀相對應。在這樣的工藝中，可通過在模具空腔內設置具有相應于要形成在鉆頭主體11上的凹部32的形狀的凸起的一個表面來在鉆頭主體11的外部表面16上形成凹部32。然后鉆頭主體11在模具空腔內與包括凸起的表面相鄰地鑄造，當鉆頭主體11從模具中移出時，所述凸起將在鉆頭主體11外部表面16上形成互補的凹部32。參考圖8，在本發(fā)明的一些實施例中，在鉆頭10的鉆頭主體11外部表面16上形成或設置多個凹部34。如圖8所示，凹部34可大體上形成為球體的一部分，例如形成為半球。如圖8所示，凹部34可包括多個分離的、在側向上隔開的凹部34。這樣分離的凹部34 可在鉆頭主體11的外部表面16的區(qū)域上按有序的陣列布置，或隨意地排列。因此，凹部34 可在鉆頭主體11外部表面16上限定或提供紋理或圖案，當防泥包材料22設置在所述紋理或圖案上時可提高防泥包材料22的使用壽命。圖9為圖8中鉆頭10沿著圖8所示剖開線109-109剖開后的橫斷面視圖。如圖 9所示,在一些實施例中，凹部34可具有約O. 254mm或更大，約2. 54mm或更大，或甚至約 25. 4mm或更大的平均半徑rK。在其他實施例中，凹部34可具有小于約O. 254mm的平均半
徑rR。圖IOA為圖8中所示的鉆頭10的部分透視圖。凹部34顯示為位于鉆頭10的刮刀12之間的流體通道13內。在一些實施例中，凹部34’構造成與刮刀12相鄰。凹部34 被放大并更為詳細地展示在圖IOB中，其包括圖IOA中圓圈111圈住的區(qū)域內所示的鉆頭 10的那個部分。在一些實施例中，一個或多個嵌入件36可至少部分地設置在凹部34內。 如圖IOB所示，嵌入件36可大體上為球狀。嵌入件36可形成為不具有鋒利邊緣的球形，因而限制或避免由于嵌入件36的邊角處破損而帶來的問題。凹部34可形成為僅有一個鋒利邊緣的球形的一部分(比如半球形)，以限制或避免鉆頭主體11的材料破損。凹部34和嵌入件36還可以形成為其他任何形狀，比如長方形、三角形等等。可選擇在其表面覆有防泥包材料或者由防泥包材料制成的嵌入件36。在某些實施例中，嵌入件36可由金屬、金屬基材、聚合物或其他任何材料組成，或者涂覆有防泥包材料。比如，防泥包材料涂層可利用熱噴涂工藝(例如，電弧噴涂工藝、化學汽相沉積、施加DLC涂層的工藝等)涂覆。在一些實施例中，嵌入件36可與凹部34的邊緣重疊以更好地保護其邊緣免受磨損。換句話說，嵌入件36的外露部分可具有大于嵌入件36的設置在凹部34內的那部分的尺寸(直徑、寬度等)。在一些實施例中，嵌入件36可形成為嵌入件36的外露部分與周圍流體通道13的表面平齊。在其他實施例中，對于流體通道13的表面而言，可以使嵌入件36的外露部分升高或降低。其表面具有防泥包材料的凸起嵌入件36可設置在鉆頭主體11易于形成泥包的地方，這樣更不易形成大面積的泥包。凸起的嵌入件36具有比安裝在同樣凹部34內的嵌入件36大的外露面積，并與周圍的流體通道13平齊。凸起的嵌入件36可增加在易于形成泥包的區(qū)域的防泥包材料的量。在一些實施例中，嵌入件36可以機械方式被按壓到凹部34內。嵌入件36和/或限定出凹部34的表面可為鋸齒狀或以其他方式進行處理，以增加限定出凹部34的表面與嵌入件36之間的連接的機械強度。嵌入件36和/或限定出凹部34的表面可以以機械方式和/或化學方式進行處理從而影響其結合。比如，如果嵌入件36由氟碳聚合物(例如， 聚四氟乙烯)組成，那么嵌入件36的被構造成安裝到凹部34中的部分可被蝕刻，以提高鉆頭主體11的粘附性。蝕刻可包括使嵌入件36或其一部分暴露在酸中。該酸可從其表面脫去氟分子，使得該表面不那么光滑(即，更易于與膠粘劑形成連接)。作為另外的實施例， 嵌入件36和/或限定出凹部34的表面可具有突脊或其他提高機械連接性能的物理輪廓。 在一些實施例中，膠粘劑或膠可涂覆在嵌入件36和限定出凹部34的表面之間的接觸面上。膠粘技術可根據如所需地進行組合(例如，嵌入件36可加工為具有鋸齒并進行蝕刻，并且可以應用膠粘劑)。在一些實施例中，嵌入件36可利用硬釬焊工藝和/或熔接工藝安裝到凹部34內。圖11為顯示了根據本發(fā)明一些實施例的鉆頭10的刮刀12的一部分的透視圖。 刮刀12可包括一個或多個嵌入件36’。嵌入件36’可為“碎片分裂器”，用于當切屑形成時破碎切屑，其比如具有一個或多個銳利的邊緣。嵌入件36’可包括用來減少作用于切削液和切屑上的拖曳力的防泥包材料。嵌入件36’可以用與圖IOA和IOB所示的嵌入件36相同的材料和方法(例如，可以由一種材料組成，涂覆不同的防泥包材料)形成或安裝到凹部 (例如凹部34,34’)中。在一些實施例中，多個碎片分裂器可包括嵌入件36’。嵌入件36和36’可從凹部34和34’中移除，比如在鉆頭10使用后。嵌入件36 和36’可因為磨損、破壞、或不適于所選擇的應用場合而移除。嵌入件36和36’可通過機械和/或化學手段(如，除膠劑、熱浴、噴砂和/或噴金屬粒的噴涂等)移除。比如，嵌入件 36和36’可被撬出凹部34和34’。將嵌入件36和36’移除后，替換用嵌入件36和36’可被安置在凹部34和34’中。替換用嵌入件36和36’可具有上述的防泥包材料，且可按上述方式安裝到鉆頭主體11中。在一些實施例中，替換用嵌入件36和36’可大體上與其所替換的嵌入件36和36’相同。在一些實施例中，替換用嵌入件36和36’可具有不同于它們所替換的嵌入件36和36’的特點，例如當鉆頭10用于不同于在先應用的不同應用場合時。參考附圖12，在本發(fā)明的一些實施例中，多個凸起40可形成或以其他方式設置于鉆頭10的鉆頭主體11外部表面16上。如圖12所示,在一些實施例中，凸起40可為大體上細長形，如同之前結合圖6的凹部32所描述的那樣。凸起40可包括多個分離的、橫向相互隔開的凸起40。這樣分尚的凸起40可隨機分布在鉆頭主體11的外部表面16上,如圖12 所示，或按有序的陣列設置在鉆頭主體11的外部表面16上。此外，在另外的實施例中，凸起40可具有任何其他形狀，比如，圓形、橢圓形、長方形、正方形、三角形等。在具有細長凸起40的實施例中，凸起40可在流體通道13內定向成大體上平行于鉆井操作過程中穿過流體通道13的流體流的大體方向；所述凸起也可以以大體上橫向于穿過流體通道13的流體流的大體方向定向；或者一些凸起40可定向為橫向于穿過流體通道13的大體流體流方向， 而一些凸起以大體上平行于穿過流體通道13的大體流體流方向定向。比如，在一些實施例中，多個十字交叉形細長凸起可設置在外部表面16的位于流體通道13內的區(qū)域中。因此， 以類似于圖6和7中所述的凹部32的方式，凸起40可用來限定或提供位于鉆頭主體11的外部表面16上的紋理或圖案，當防泥包材料22設置在紋理或圖案上時，可提高防泥包材料 22的使用壽命。圖13為圖12中鉆頭10沿著剖開線113-113剖開后的橫斷面視圖。如圖13所示， 在一些實施例中，凸起40可具有約O. 254mm或更大,約O. 381mm或更大,或甚至約O. 762mm 或更大的平均高度HP。在一些實施例中，凸起40可具有約O. 787_或更大，或甚至約1.5_ 或更大的平均寬度WP。在凸起40為細長形的實施例中，其可以具有約6. 35mm或更大，約
19.05mm或更大，或甚至約38. 4mm或更大的平均長度?？墒褂迷S多工藝中的任一種在鉆頭10的鉆頭主體11上形成凸起40。如，可利用機加工工藝機械地除去鉆頭主體11周圍的材料(像銑削工藝或鉆孔工藝)，從而在鉆頭主體11的外部表面16上形成凸起40。當鉆頭主體11由例如鋼的材料形狀并包括所述材料時，這樣的工藝是可取的，其加工起來相對容易。在鉆頭主體11由浸滲工藝形成的另外的實施例中，可以通過在模具空腔內提供包括凹部的表面來形成鉆頭主體11外部表面16 上的凸起40，所述凹部具有與待要形成于鉆頭主體11上的凸起40相對應的形狀。這樣，鉆頭主體11在模具空腔內與包括所述凹部的該表面相鄰地鑄造，凹部在鉆頭主體11外部表面16上形成互補的凸起40，其在從模具中移除鉆頭主體11時便可看到。在一些實施例中，凹部32，34，34’，嵌入件36，36’和/或凸起40可構造成用來引導鉆井泥漿，從而例如用來增強對排屑槽的清理、限制刮刀侵蝕、破碎切屑等。嵌入件36， 36’和/或凸起40可構造成具有較低摩擦力，從而減少作用于鉆井泥漿(包括巖層切屑) 上的拖曳力。拖曳力公知會降低鉆井效率并增加產生泥包的可能性。因而減少拖曳力可增加鉆井效率并減少產生泥包的可能性。嵌入件36，36’和或凸起40可構造成為碎片分裂器(即，可構造成在切屑形成泥包之前破碎切屑)。在這樣的實施例中，碎片分裂器可包括具有較低摩擦系數(如，約O. 5或更小，或約O. 2或更小，或約O. 04或更小)的防泥包材料 22，這樣作用于鉆井碎片的拖曳力得到限制。碎片分裂器可包括支撐材料(如，金屬，金屬合金，顆?；鶑秃喜牧匣蚓酆衔?，從而增強碎片分裂器的防泥包材料22。防泥包材料22 的摩擦系數可以低于支撐材料。碎片分裂器可定位為靠近刮刀，例如定位于圖10中所示凹部34’內。圖14到圖17展示了可用于利用浸滲工藝來形成鉆頭主體11的模型中的各種置換部件，該模具包括與根據本發(fā)明實施例的鉆頭10的鉆頭主體11外部表面16上的紋理或圖案互補的紋理或圖案。參考圖14，顯示了置換部件50，其構造成限定鉆頭10的鉆頭主體11的流體通道 13的至少一部分。置換部件50的主體52可包括壓縮的樹脂涂覆砂，細長條54可以附連至置換部件50的主體52的表面。該條54可包括，比如，石墨基材料的細長條，像美國俄亥俄州巴爾馬市的GrafTech國際有限責任公司所出售的商品名為GRAFOIL 的石墨基材料細長條。該條54可用于形成置換部件50的主體52上的模板凸起(template protrusion)。 因此，當置換部件50放置在模具內、采用浸滲工藝在模具內于置換部件50及細長條54上及周圍鑄造鉆頭主體11時，石墨條54可在鉆頭主體11的外部表面16上、于由置換部件50 的主體52限定出的流體通道13內限定出互補的細長凹部，與圖6和7中示出的凹部32類似。然而，如圖14所示的置換部件50的細長條54在置換部件主體52上的定向使得形成于鉆頭主體11外部表面16上的凹部大體上平行于在鉆井過程中穿過由置換部件50形成的流體通道13的流體流的大體方向。圖15示出了與圖14中置換部件50相似的置換部件60，且其包括前述的主體52 和細長條54。然而，置換部件60上的細長條54在主體52上的定向使得形成于鉆頭主體 11外部表面16上的凹部大體上橫向于在鉆井過程中穿過由置換部件60形成的流體通道 13的流體流的大體方向。圖16示出了另一個被構造成用來在鉆頭10的鉆頭主體11的外部表面16上限定出紋理或圖案的置換部件70。該置換部件70可包括已被成型、從而在置換部件中包括有十字交叉形的模板凹部72的粘土材料。因此，當置換部件70放置在模具中、采用浸滲工藝在模具內于置換部件70上及周圍鑄造鉆頭主體11時，模板凹部72可在鉆頭主體11的外部表面16上限定出互補的十字交叉形的的凸起。圖17顯示了另一個被構造成用來在鉆頭10的鉆頭主體11的外部表面16上限定出紋理或圖案的置換部件80。置換部件80可包括石墨薄片材料(例如由美國俄亥俄州巴爾馬市的GrafTech國際有限責任公司所出售的商品名為GRAFOIL 的材料)，該石墨薄片材料已被成型，從而在其上包括一排大體上圓形的、分離的、在側向上隔開的模板凸起 82。因此，當置換部件80放置在模具中、采用浸滲工藝在模具內于置換部件80上及周圍鑄造鉆頭主體11時，模板凸起82可在鉆頭主體11的外部表面16上限定出互補的凹部陣列。如圖18所示，在鉆頭10的鉆頭主體11外部表面16的一個或多個區(qū)域中和/或上設置紋理或圖案之后，可以如前所述地在圖案或紋理上面設置防泥包材料22。比如，防泥包材料22可為片狀，且可形成在鉆頭10的鉆頭主體11外部表面16上的區(qū)域的輪廓上。 在一些實施例中，防泥包材料22的片可在其上具有凹部或凸起，像圖6-圖13中所示那樣。 防泥包材料22的凹部或凸起可構造成引導鉆井泥漿(包括巖層切屑)的流動。在本發(fā)明另外的實施例中，如前所述的鉆頭10 (或任何其他井下工具)可包括具有防泥包材料22的預制的嵌入件。這樣的嵌入件可與鉆頭主體11分開形成，然后連接到鉆頭10的鉆頭主體11外部表面16上形成的互補的凹部內。此外，這樣的嵌入件是可替換的。比如，圖19顯示了本發(fā)明嵌入件90的一個實施例。嵌入件90包括防泥包主體 92，其包括前述的防泥包材料22。防泥包主體92可利用比如模制工藝(如注射模塑工藝) 來制造。如圖19所示，嵌入件90的防泥包主體92包括具有防泥包材料22的外表面98。 外表面98可構造為限定出鉆頭10外露的外表面。比如,外表面98可構造成限定出鉆頭10 的位于流體通道13內的外露外表面。嵌入件90及鉆頭主體11上待要接納嵌入件90的互補凹部的尺寸、形狀以及其他方面可以構造成使得嵌入件90的外表面98與周圍鉆頭主體 11的外部表面16大體上連續(xù)、平齊、共延。因此，盡管所顯示的防泥包主體92的外表面98 大體上為長方形且為平面，但外表面98可具有對于鉆頭10的外表面而言所期望的任何形狀和輪廓。在一些實施例中，外表面98可包括通道、肋條、凸起或凹部，用以對鉆井泥漿和切屑重新引導。防泥包主體92及由防泥包主體92所限定的防泥包材料層22可具有約為O. 20mm, 或甚至大于約3. 175mm的平均厚度。可選地，嵌入件90可以包括基座部件94。該基座部件94可被構造用來將防泥包主體92連接到鉆頭10的鉆頭主體11上,且可包括不同于防泥包主體92的材料。比如，基座部件可包括金屬或金屬合金(如，鋼)，顆?；鶑秃喜牧舷裼操|合金材料(如，碳化鎢硬質合金)，或聚合物。在一些實施例中，基座部件94可包括至少大體上與嵌入件90待要連接于其上的鉆頭10的鉆頭主體11所使用的材料相同的材料。在一些實施例中，基座部件94可包括如前所述的地形狀圖案和/或多孔物質，且防泥包主體92可設置在(例如，形成于)地形狀圖案和/或多孔物質之上。在一些實施例中，基座部件94可與防泥包主體92—體成型。比如，基座部件94 可插入用來形成防泥包主體92的模具空腔內，且防泥包主體92可圍繞基座部件94來形成 (即模制)。在另外的實施例中，基座部件94可利用緊固件(如，螺絲或螺栓)和/或膠粘劑來連接到防泥包主體92上。在這樣的構造中，嵌入件90可從鉆頭10的鉆頭主體11中移除，并因此，在鉆井操作過程中，如果防泥包主體92磨損到不可接受的程度時可更換，因此便于鉆頭10的修復或連續(xù)使用。示例性地而非限制性地，基座部件94可構造為通過螺栓連接到鉆頭主體11上，從而將嵌入件90連接到鉆頭主體11上；或基座部件94可構造成為與鉆頭主體11機械地鎖定，比如借助兩者之間的榫槽結構來實現(即鉆頭主體11和基座部件94兩者之一包括榫， 另一個包括用來接受榫的相應的槽)。在另一個實施例中，防泥包主體92和/或基座部件 94可利用兩者之間的壓接配合、收縮配合和/或硬釬焊工藝和/或熔接工藝來連接。在本發(fā)明的另一個實施例中，防泥包主體92如結合圖19所述的那樣可直接形成于利用比如鑄造工藝形成于鉆頭10的鉆頭主體11外部表面16中的互補的凹部內。盡管結合固定切削件鉆地旋轉鉆頭對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明的實施例還包括其他類型的井下工具。如此處所使用的術語“井下工具”意味著并包括用來形成井筒和/或服務于井筒的任何工具?！胺沼凇本彩侵负桶üぞ吲c井筒的某部分接觸的任何操作。井下工具包括比如鉆井工具像鉆頭(如，像固定切削件鉆頭、牙輪鉆頭、孕鑲金剛石鉆頭、取心鉆頭和沖擊鉆頭這類旋轉鉆頭)、套管和尾管鉆井工具、擴眼器、和其他開孔工具，以及穩(wěn)定器、封隔器、和轉向組件如轉向尾管系統。本發(fā)明另外的非限制性示例實施例將在下面描述。實施例I :井下工具，包括主體，主體具有表面，該表面包括由延伸入表面中的凹部和從該表面突出的凸起中的至少一個而限定出的地形狀圖案；及設置在所述表面的其中包括所述圖案的至少一部分上的防泥包材料，該防泥包材料具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時能夠減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。實施例2 :如實施例I中的井下工具，其中防泥包材料包括疏水聚合物、金屬、金層合金、陶瓷、金剛石、類金剛石碳、石墨、二硫化鑰、氮化硼、或硅樹脂。實施例3 :如實施例I或2中的井下工具，其中防泥包材料包括金屬或金屬合金與疏水聚合物材料的混合物。實施例4 :如實施例1-3中的任一井下工具，其中防泥包材料包括具有摩擦系數為 O. 5或更低的材料。實施例5 :如實施例1-4中的任一井下工具，其中防泥包材料包括具有摩擦系數為
O.2或更低的材料。實施例6 :如實施例1-5中的任一井下工具，其中防泥包材料包括在所述表面的包括所述圖案的所述至少一部分上設置的防泥包材料層。
均厚度。
實施例7 :如實施例6中的井下工具，其中防泥包材料層具有至少為O. 127mm的平實施例8 :如實施例6中的井下工具，其中防泥包材料層具有至少為O. 254mm的平
均厚度。實施例9 :如實施例1-8中的任一井下工具，其中地形狀圖案包括多個分離的、在側向上隔開的凸起。實施例10 :如實施例9中的井下工具，其中多個分離的、在側向上隔開的凸起中的分離的、在側向上隔開的凸起按有序的陣列布置。
實施例11 :如實施例1-10中的任一井下工具，其中地形狀圖案包括多個分離的、 在側向上隔開的凹部。實施例12 :如實施例1-11中的任一井下工具，其中多個分離的、在側向上隔開的凹部中的分離的、在側向上隔開的凹部按有序的陣列布置。實施例13 :如實施例1-11中的任一井下工具，進一步包括嵌入件，其中嵌入件至少部分設置在凹部內。實施例14 :一種井下工具,包括具有表面的主體，該表面上包括至少一個延伸入所述主體的所述表面內的凹部；以及設置在至少一個凹部內的嵌入件，該嵌入件具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時能夠減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。實施例15 :如實施例14中的井下工具，其中所述主體的所述表面包括多個延伸入所述主體的所述表面內的凹部，其中井下工具進一步包括設置在多個凹部的每個凹部中的嵌入件，每個嵌入件包括防泥包材料，防泥包材料具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時能夠減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。實施例16 :如實施例14或15的井下工具，其中多個凹部包括多個分離的、在側向上隔開的凹部。實施例17 一種井下工具,包括具有表面的主體；在主體表面上的至少一塊多孔物質；及設置在該至少一塊多孔物質上的防泥包材料，該防泥包材料具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時能夠減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。實施例18 :如實施例17的井下工具，其中該至少一塊多孔物質包括噴射沉積的材料。實施例19 :如實施例多孔物質包含鎳鋁合金。實施例20:如實施例實施例21 :如實施例合金與含氟聚合物的混合物。實施例22 :如實施例實施例23:如實施例
17或18的井下工具,其中該主體包括碳化鶴,所述至少一塊
17-19中的任一井下工具，其中防泥包材料包括含氟聚合物。 17-20中的任一井下工具，其中防泥包材料包括金屬或金屬
17-21中的任一井下工具，其中防泥包材料包括陶瓷。
17-22中的任一井下工具，其中防泥包材料包括金剛石、類金剛石碳、石墨、二硫化鑰、氮化硼或硅樹脂。實施例24 :如實施例17-23中的任一井下工具，其中至少部分防泥包材料被浸滲到所述至少一塊多孔物質的孔隙內。實施例25 :如實施例17-24中的任一井下工具，其中防泥包材料包括設置在所述至少一塊多孔物質上的防泥包材料層。實施例26 :如實施例25中的井下工具，其中防泥包材料層具有至少為O. 0254mm
的平均厚度。實施例27 :如實施例25中的井下工具，其中防泥包材料層具有至少為O. 20mm的
平均厚度。實施例28 :如實施例17-27中的任一井下工具，其中所述至少一塊多孔物質包括在主體的表面上限定出地形狀圖案的多塊多孔物質。實施例29 :如實施例28的井下工具，其中多塊多孔物質包括多塊分離的、在側向上隔開的多孔沉積物。實施例30 :如實施例29的井下工具，其中多個分離的、在側向上隔開的多孔沉積物中的多孔沉積物按有序的陣列布置。實施例31 :如實施例17-30中的任一井下工具，其中所述至少一塊多孔物質包括多孔材料層。實施例32 :—種形成井下工具的方法，包括形成延伸進入井下工具主體的凹部和從井下工具主體上突起的凸起中的至少一個；在表面的至少一部分上設置防泥包材料； 及選擇防泥包材料，使其具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時能夠減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。實施例32的井下工具包括延伸到凹部或凸起中、或者覆蓋所述凹部或凸起的表面。實施例33 :如實施例32的方法，其中形成延伸入井下工具主體的凹部和從井下工具主體上突出的凸起中的至少一個包括在模具空腔內的表面上設置多個模板凹部和多個模板凸起中的至少一個，該空腔具有限定出井下工具的主體的至少一部分的形狀；在模具空腔內鑄造井下工具的主體的至少一部分。實施例34 :如實施例33的方法，其中在模具空腔內的表面上設置多個模板凹部和多個模板凸起中的至少一個包括在一置換部件上形成多個模板凹部和模板凸起的中至少一個；以及在模具內鑄造井下工具主體的至少一部分之前，將置換部件放置在模具空腔內。實施例35 :如實施例34的方法，進一步包括選擇置換部件，使其具有包含粘土的主體、包含壓縮樹脂涂覆砂的主體及包含石墨的主體中的至少一個。實施例36 :如實施例32-35中任一項的方法，其中形成延伸入井下工具主體的凹部和從井下工具主體上突起的凸起中的至少一個包括對井下工具的主體表面進行機加工。實施例37 :如實施例32-36中任一項的方法，其中在表面的至少一部分上設置防泥包材料包括在至少一部分表面上熱噴涂防泥包材料。實施例38 :如實施例32-37中任一項的方法，其中在表面的至少一部分上設置防泥包材料包括形成防泥包材料層及將防泥包材料層粘到表面的至少一部分上。實施例39 :—種形成井下工具的方法，包括在井下工具的主體的表面上設置多孔物質；在多孔物質的至少一部分上設置防泥包材料；及選擇防泥包材料，使其具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時能夠減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。實施例40 :—種形成井下工具的方法，包括在井下工具的主體的表面上形成凹部；形成包含防泥包材料的嵌入件；選擇防泥包材料，使其具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時能夠減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分；將嵌入件設置到凹部內； 及將嵌入件連接到井下工具的主體上。實施例41 :如實施例40的方法，其中形成包含防泥包材料的嵌入件包括形成包含金屬、金屬基材或聚合物的嵌入件；并用防泥包材料涂覆嵌入件。實施例42 :實如施例40或41的方法，其中形成包含防泥包材料的嵌入件包括形成包含摩擦系數為O. 5或更低的材料的嵌入件。實施例43 :如實施例40或41的方法，其中形成包含防泥包材料的嵌入件包括形成包含摩擦系數為O. 2或更低的材料的嵌入件。實施例44 :如實施例40-43任一項的方法，其中形成包含防泥包材料的嵌入件包括形成包含陶瓷、金剛石、類金剛石碳、石墨、二硫化鑰、氮化硼或硅樹脂的嵌入件。實施例45 :—種形成井下工具的方法，包括在井下工具的主體的表面形成凹部； 形成包含金屬、金屬基材或聚合物中的至少一種的嵌入件，該嵌入件構造成可至少部分安裝到凹部內；用防泥包材料涂覆嵌入件；以及將嵌入件至少部分放置到凹部內。實施例46 :—種修復井下工具的方法，包括從井下工具的凹部內移除嵌入件；在凹部內設置替換用嵌入件，替換用嵌入件具有防泥包材料，該防泥包材料具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時能夠減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分；將替換用嵌入件連接到井下工具的主體上。盡管上述說明包含很多特殊之處，但它們不應被認為是對本發(fā)明保護范圍的限制，而僅僅是提供了一些示例性的實施例。同樣地，本發(fā)明的其他實施例可在不偏離本發(fā)明精神或范圍的情況下設計得出。比如，此處參考一個實施例所描述的特征還可使用在此處描述的其他實施例中。因而本發(fā)明的范圍，只通過從屬的權利要求和其法律的等同物得以顯示和限定，而不是通過前述說明得到。對本發(fā)明所有增減、修正，如此處所公開的內容，都落入本發(fā)明權利要求的意思和范圍內，得到本發(fā)明的保護。
權利要求
1.一種井下工具，包括主體，主體具有表面，所述表面包括由延伸入所述表面中的凹部和從所述表面突出的凸起中的至少ー個而限定出的地形狀圖案；以及設置在所述表面的其中包括所述地形狀圖案的至少一部分上的防泥包材料，所述防泥包材料具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時能夠減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。
2.根據權利要求I的井下工具，其中防泥包材料包括疏水性聚合物、金屬、金屬合金、 陶瓷、金剛石或類金剛石碳。
3.根據權利要求I或2的井下工具，其中，防泥包材料包括摩擦系數為0.5或更低的材料。
4.根據權利要求I或2的井下工具，其中，防泥包材料包括設置在所述表面的包括所述圖案的所述至少一部分上的防泥包材料層。
5.根據權利要求I或2的井下工具，其中，所述地形狀圖案包括多個分離的、在側向上隔開的凸起或凹部。
6.根據權利要求5的井下工具，其中，所述多個分離的、在側向上隔開的凸起或凹部中的分離的、在側向上隔開的凸起或凹部按有序的陣列布置。
7.根據權利要求I或2的井下工具，進ー步包括包含防泥包材料的嵌入件，其中，所述嵌入件至少部分設置在凹部內。
8.ー種井下工具，包括具有表面的主體；位于所述主體的所述表面上的至少ー塊多孔物質；及設置在所述至少ー塊多孔物質上的防泥包材料，所述防泥包材料具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時能夠減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。
9.ー種形成井下工具的方法，包括形成延伸入井下工具的主體中的凹部和從井下工具的主體上突出的凸起中的至少ー 個,井下工具包括延伸入所述凹部或凸起或者在所述凹部或凸起上延伸的表面；在所述表面的至少一部分上設置防泥包材料；及選擇防泥包材料，使其具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時用于減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。
10.根據權利要求9的方法，其中，形成延伸入井下工具的主體中的凹部和從井下工具的主體上突出的凸起中的至少ー個的步驟包括在模具空腔內的表面上提供多個模板凹部和多個模板凸起中的至少ー個，所述空腔具有構造成限定出井下工具的主體的至少一部分的形狀；及在模具空腔內鋳造井下工具的主體的所述至少一部分。
11.根據權利要求10的方法，其中，在模具空腔內的表面上提供多個模板凹部和多個模板凸起中的至少ー個的步驟包括在一置換部件上形成多個模板凹部和凸起中的所述至少一個；及在模具空腔內鋳造井下工具主體的所述至少一部分之前，將所述置換部件放置在模具空腔內。
12.根據權利要求11的方法，進ー步包括選擇置換部件，以包括以下主體中的至少ー 個包含粘土的主體、包含壓縮樹脂涂敷砂的主體、包含石墨的主體。
13.根據權利要求10-12中任一的方法，其中，在所述表面的所述至少一部分上提供防泥包材料包括在所述表面的所述至少一部分上熱噴涂防泥包材料。
14.根據權利要求10-12中任一的方法，其中，在所述表面的所述至少一部分上提供防泥包材料包括形成防泥包材料層且將防泥包材料層粘到所述表面的所述至少一部分上。
15.ー種形成井下工具的方法，包括在井下工具的主體的表面上設置多孔物質；在多孔物質的至少一部分上設置防泥包材料；以及選擇防泥包材料，使其具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時用于減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種井下工具，其具有地形狀圖案，并且防泥包材料設置在地形狀圖案之上。該地形狀圖案可由延伸入工具的主體的表面中的多個凹部和從該表面上突出的多個凸起中的至少一個限定得出。井下工具包括設置在主體內凹部的嵌入件，該嵌入件包括防泥包材料，該材料具有當井下工具用來形成井筒或服務于井筒時能夠減少巖層切屑在防泥包材料上聚積的成分。井下工具包括設置在工具表面上的多孔物質上的防泥包材料。本發(fā)明還提供了形成井下工具的方法，其包括在工具的主體的表面上和/或表面內的特征上設置防泥包材料。修復井下工具的方法包括從井下工具上移出嵌入件，并放入替換用嵌入件。
文檔編號E21B10/60GK102606079SQ20111006690
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權日2011年1月18日
發(fā)明者B·斯托弗, C·韋帕蒂, G·I·巴特勒, S·G·帕特爾, S·R·雷德福, T·K·馬弗爾 申請人:貝克休斯公司