阅读说明：本技术 混合式牙轮磨机钻头和混合式牙轮刮刀钻头 (Hybrid roller cone mill bit and hybrid roller cone drag bit ) 是由 马修·查尔斯·斯特罗埃维尔 乔纳森·沃尔特·霍华德 托马斯·加利费特 帕特里夏·安·尼尔 凯 于 2018-04-20 设计创作，主要内容包括：一种用于井眼的牙轮磨机钻头,包括：本体,该本体具有在其上端处形成的联接和多个下支腿；多个辊盘,每个辊盘固定到相应的支腿的支承轴,以相对于所述支承轴旋转；成排的破碎器,所述成排的破碎器安装在每个辊盘周围；以及固定的磨机,该固定的磨机安装到所述支承轴并且包括用于每个辊盘的垫板。每个垫板都装有金属陶瓷材料。(A roller cone mill drill bit for a wellbore, comprising: a body having a plurality of lower legs and a coupling formed at an upper end thereof; a plurality of roller disks, each roller disk being fixed to the support shaft of a corresponding leg to rotate relative to the support shaft; a row of breakers mounted around each roller disc; and a stationary mill mounted to the support shaft and including a backing plate for each roller disk. Each pad is loaded with a cermet material.)

混合式牙轮磨机钻头和混合式牙轮刮刀钻头

技术领域

本公开总体上涉及一种混合式牙轮磨机钻头(hybrid roller-mill bit)和混合式牙轮刮刀钻头(hybrid roller-drag bit)。

背景技术

US 2,320,136公开了一种复合旋转钻头，该复合旋转钻头具有用于从孔底部去除地层材料的外部的侧面牙轮保径部(side roller gauge)或扩孔刀具，并且还具有用于从侧面刀具所追踪的环形路径内的底部去除材料的中央部的中间刮刀。

US 5,853,055公开了一种用于在地层中钻凿出钻孔的旋转牙轮钻头，其本体具有螺纹销端和圆顶端，三个支腿从该圆顶端伸出。刀具牙轮可旋转地安装到每个支腿，并且围绕钻头的中央轴线径向定向。每个刀具牙轮都具有从最靠近嘴部的牙轮表面伸出的成排的保径切削元件，以及最靠近牙轮的顶点延伸的前排切削元件。用于射出流体或泥浆的中心喷口位于圆顶上。喷口具有会聚喷嘴，该会聚喷嘴具有出口孔口，该出口孔口在由牙轮或切削元件相交的预定水平面的下方延伸。出口孔口在如下长度上具有恒定的直径，该长度至少等于其直径，以减小所射出的流体流或泥浆流的扩散。从中心喷***出的流体或泥浆在牙轮之间的筒形空间内基本上不间断地行进，该空间不会被任何切削元件侵入。这种减少扩散的基本上不间断的流体流以最大的冲击能量撞击钻孔(bore hole)底部，以增强对地层切屑的移除。

US 6,581,702公开了一种三牙轮岩石钻头，其采用不堵塞(non-plugging)的中心喷口喷嘴，该喷口喷嘴具有多个交错的入口孔口，这些入口孔通向侧面通道，以减少钻头泥包(bit balling)。喷嘴限定了锥形腔体，钻凿泥浆通过该锥形腔体流动并且以流(streams)的形式流出。流被从喷嘴导引流经足够大的主出口孔，以避免堵塞，并且被从钻穿喷嘴的侧壁的侧面通道导引。喷射流促进了冲洗钻头内的空隙和切削表面。该喷嘴使用通向侧面通道的交错的入口孔口，并且连同中央通道的渐缩形状一起有利于维持中央通道内的钻凿泥浆速度，并且因此维持流向钻头的目标区域的流速。

US 7,845,435公开了一种既具有牙轮又具有固定刀片的混合式钻头以及一种钻凿方法。固定刀片上的切削元件形成从钻头本体的周界到轴向中心的连续的切削轮廓。牙轮切削元件与固定切削元件在位于轴向中心和周界之间的切削轮廓的前段和肩部段中重叠。牙轮切削元件在受限且承受高压力的前段和肩部段中破碎并且预压裂或部分地压裂地层。

US 8,678,111公开了一种混合式挖孔钻头，包括具有中央轴线的钻头本体，从钻头本体向下悬垂的至少一个(优选地是三个)固定刀片，每个固定刀片都具有前刃，以及至少一个滚刀，优选地是三个滚刀，所述至少一个滚刀被安装用以在钻头本体上旋转。滚刀位于两个固定刀片之间。

US 9,353,575公开了一种挖孔钻头，该钻头具有钻头本体，该钻头本体具有中央纵向轴线，该中央纵向轴线限定钻头本体的轴向中心并且在其上部处被构造用于连接到钻柱中，至少一个主固定刀片，所述至少一个主固定刀片从钻头本体向下并且朝向钻头的中央轴线向内延伸，但不靠近钻头的中央轴线；至少一个辅助固定刀片，所述至少一个辅助固定刀片从靠近钻头的中央轴线的位置径向向外延伸；多个固定切削元件，所述多个固定切削元件固定到主固定刀片和辅助固定刀片；至少一个钻头支腿，所述至少一个钻头支腿固定到钻头本体；以及安装用以在钻头支腿上旋转的滚刀；其中，至少一个固定刀片上的固定切削元件从钻头的中心向外朝朝向钻头的保径部延伸，但不包括保径切削区域，并且其中至少一个牙轮刀具部分基本上从钻头的保径区域向内朝向钻头的中心延伸，并且牙轮刀具的顶点靠近所述至少一个辅助固定刀片的末端，但不延伸到钻头的中心。

US 2016/0348440公开了一种钻头，该钻头包括：钻头本体，其具有穿过其延伸的纵向钻头轴线；从钻头本体延伸的多个轴颈，每个轴颈都具有从轴颈的底座延伸穿过轴颈的长度的轴颈轴线；可旋转地安装到每个轴颈的牙轮；以及至少一个刀片，所述至少一个刀片从钻头本体中心突出并且径向向外延伸到小于钻头的外径。

发明内容

本公开总体上涉及一种混合式牙轮磨机钻头和混合式牙轮刮刀钻头。在一个实施例中，一种用于在井眼中使用的牙轮磨机钻头包括：本体，该本体具有形成在其上端处的联接器和多个下支腿；多个辊盘，每个辊盘都固定到相应的支腿的支承轴，以相对于该支承轴旋转；围绕每个辊盘安装的成排的破碎器；和固定的磨机(fixed mill)，其安装到支承轴并且包括用于每个辊盘的垫板。每个垫板都装有金属陶瓷材料。

附图说明

为了可以详细地理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施例来对上面简要概述的本公开进行更详细的描述，其中的一些实施例在附图中示出，然而，应当注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施例，并且因此不应被认为是对本公开范围的限制，因为本公开可以允许其它等同的实施例。

图1示出了根据本公开的一个实施例的被定位用于钻穿在井眼中设置的压裂塞子的混合式牙轮磨机钻头。图2A至图3B示出了牙轮磨机钻头。图4A至图4C示出了牙轮磨机钻头的固定磨机的刀具。图4D至图4F示出了将刀具安装到混合式钻头的磨机垫板上。

图5示出了使用根据本公开的另一实施例的混合式牙轮刮刀钻头来钻凿井眼。图6和图7A示出了牙轮刮刀钻头。图7B示出了将固定的切削结构安装到牙轮刮刀钻头。

图8和图9A示出了根据本公开的另一实施例的第二混合式牙轮刮刀钻头。

图9B示出了根据本公开的另一实施例的第三混合式牙轮刮刀钻头。

具体实施方式

图1示出了根据本公开的一个实施例的混合式牙轮磨机钻头1，其定位用于钻穿设置在井眼3中的压裂塞子2。对于水力压裂操作，压裂塞子2被设置顶靠在套管或衬套柱4上，以隔离与井眼3相邻的地层区域(未示出)。为了设置压裂塞子2，可以使用电缆(未示出)顺着套管或衬套柱4布置设置工具(未示出)和压裂塞子2。压裂塞子2可以通过经由电缆向设置工具供电以启动设置工具来进行设置。设置工具的活塞可以使压裂塞子2的外部沿着压裂塞子的心轴5移动，而电缆约束设置工具的心轴和塞子心轴，从而压缩填塞元件8并驱动卡瓦6沿着压裂塞子的相应的卡瓦锥体7移动。填塞元件8可以径向膨胀，以与套管或衬套柱4接合，并且卡瓦6可以楔入，以与套管或衬套柱4接合。

然后，可以将套管或衬套柱4在已设置的压裂塞子2的上方进行穿孔，并且隔离区域可以通过泵送球9和之后的顺着套管或衬套柱4泵送压裂流体(未示出)而被液压压裂。球9可以落在塞子心轴5的心轴座中，由此迫使压裂流体经由穿孔而进入到该区域中。然后，可以将另一个压裂塞子(未示出)设置在已压裂的区域的上方，并且可以将套管或衬套柱4再次在该塞子的上方进行穿孔，以对另一个区域进行水力压裂。该过程可以重复很多次，诸如大于或等于十次或二十次，直到与井眼3相邻的所有的区域都已经被压裂为止。

在所有的区域都已经被压裂之后，可以打开井口处的生产阀，以从井眼产生流体，以试图取回球9。但是，这种尝试通常会失败。可以使用挠性管(coiled tubing)(未显示)将牙轮磨机钻头1(仅被部分地示出)顺着套管或衬套柱4部署。钻凿马达(未示出)，诸如泥浆马达可以将牙轮磨机钻头1连接到挠性管。牙轮磨机钻头1、钻凿马达和挠性管可统称为磨机柱。可以将磨铣流体顺着挠性管泵送，从而驱动钻凿马达，以使牙轮磨机钻头1旋转，并且可以使牙轮磨机钻头前进，以与压裂塞子2接合，从而钻穿压裂塞子。一旦钻穿，就可使磨机柱前进，以钻穿下一个压裂塞子2，直到所有的压裂塞子都已经被钻穿为止。

可替代地是，磨机柱可以包括具有或不具有钻凿马达的钻管柱而不是挠性管。可替代地是，牙轮磨机钻头1可以用来钻穿其它类型的井下工具，诸如封隔器、桥塞、浮箍、浮靴、分级箍、导靴、扩孔套和/或套管钻头。

图2A至图3B示出了牙轮磨机钻头1。牙轮磨机钻头1可以包括本体10、多个辊盘11a-c、多个破碎器20和固定的磨机12。辊盘11a-c、破碎器20和固定的磨机12可以形成牙轮磨机钻头1的下切削面。辊盘11a-c和破碎器20可以位于切削面的外部处，而固定的磨机12可以位于切削面的内部处。

本体10可以具有上联接器13，用于每个辊盘11a-c的下支腿14a-c以及在支腿之间形成的圆顶部15。本体10和辊盘11a-c可以分别由金属或合金制成，诸如由钢制成。可以通过诸如焊接将三个锻件附接在一起而制成本体10。支腿14a-c可以围绕本体均匀地间隔开，例如成一百二十度的三个支腿。上联接器13可以是用于连接到钻凿马达或钻管的螺纹销。可以穿过联接器13形成孔，并且孔延伸到邻近圆顶部15而形成的增压室(未示出)。

每个支腿14a-c都可以具有上肩部16s、中间下摆16h、下支承轴16b和带孔凸台16p。每个支腿14a-c的肩部16s、下摆16h、带孔凸台16p和支承轴16b可以诸如通过整体地形成和/或焊接在一起而相互连接。每个带孔凸台16p可以经由形成在联接器13中的相应端口与增压室流体连通，并且可以具有紧固在其中的喷嘴(未示出)，用于将磨铣流体排放到相应的辊盘11a-c上。每个支承轴16b都可以从相应的下摆16h沿径向倾斜方向朝向牙轮磨机钻头1的中心延伸。

可替代地是，牙轮磨机钻头1可以包括穿过圆顶部15形成的、用于每个辊盘11a-c的流动通道，而不是带孔凸台16p。每个流体通道可以与增压室流体连通，并且可以具有紧固在其中的喷嘴(未示出)，以用于将磨铣流体排放到相应的辊盘11a-c上。流动通道可以围绕牙轮磨机钻头1的中心布置。

固定的磨机12可以包括用于每个辊盘11a-c的垫板12a-c和安装到垫板的多个刀具17。每个磨机垫板12a-c都可以具有圆锥多面体的形状，其包括圆形底座23b和朝向截顶顶点会聚的多个侧面。每个磨机垫板12a-c的侧面可以包括一个或多个安装面23m，所述一个或多个安装面23m邻近其顶点，以与相邻的磨机垫板的一个或多个互补的安装面匹配。磨机垫板12a-c可以诸如通过焊接而在安装面23m处附接在一起。每个磨机垫板12a-c都可以由金属或合金(诸如钢)制成。

每个支承轴16b和相应的辊盘11a-c可以具有一对或多对对准的凹槽，并且每对都可以形成用于容纳成组的滚柱轴承18的滚道。止推垫圈19可以设置在每个辊盘11a-c的内侧面与相应的底座23b之间，诸如设置在底座中形成的凹槽中。滚柱轴承18和止推垫圈19可以支撑每个盘11a-c相对于各自的支腿14a-c和磨机垫板12a-c的旋转。滚柱轴承18和止推垫圈19可以由从相应的带孔凸台16p排放出来的磨铣流体润滑。

每个磨机垫板12a-c可以具有在其中形成的并且从底座延伸的容座。相应的支承轴16b的端部可以被容纳在容座中，从而一旦磨机垫板12a-c已经被焊接在一起，就将磨机垫板12a-c安装到本体10。每个辊盘11a-c可以通过在相应的磨机垫板12a-c的底座和相应的下摆16h之间夹带而固定到相应的支腿14a-c。每个辊盘11a-c可以具有在内侧面的周边处形成的锥形部，并且每个底座23b都可以具有在其周边处形成的互补的唇部。

可替代地是，每个支腿14a-c可以具有在其中形成的润滑剂贮存器(未示出)以及从该贮存器延伸到相应的成组的滚柱轴承的润滑剂通道(未示出)。润滑剂可以通过诸如O形圈的一对密封件(未示出)而被保持在每个支腿14a-c内，每个密封件都被定位在形成在相应的辊盘11a-c的内侧表面中的相应的压盖(未示出)中。每对中的第一压盖可以被定位成与下摆16h相邻，并且每对中的第二压盖可以被定位成与相应的止推垫圈19相邻，从而防止润滑剂从滚柱轴承18泄漏到井眼3中。可以在每个贮存器中设置压力补偿器(未示出)，以调节其中的润滑剂压力。平衡通道可以从每个贮存器延伸并且穿过圆顶部15，以使相应的压力补偿器工作，以将润滑剂压力调节为略大于井底压力。在该替代方案中，止推垫圈19仍可以由从相应的带孔凸台16p排放出来的磨铣流体润滑。在该替代方案的变型中，第二压盖可以位于每个辊盘11a-c的内侧面中，使得止推垫圈19还由润滑剂润滑。

可替代地是，可以通过分别用陶瓷材料或金属陶瓷材料进行表面硬化，保护每个下摆16h的上下边缘免受腐蚀和/或磨损。每个下摆16h的外表面也可以通过固定(诸如通过过盈配合或钎焊)在其插孔(sockets)中的保护性刀片而受到保护，以免受腐蚀和/或磨损。每个保护性刀片可以由金属陶瓷制成。可以对每个辊盘11a-c进行处理，以通过诸如渗碳等表面硬化来抵抗腐蚀和/或磨损。

每个辊盘11a-c可以具有形成在其中的多个台肩，诸如跟部台肩和保径台肩。成排的保径破碎器20可在各个保径台肩处围绕每个辊盘11a-c安装。每个破碎器20可以是通过过盈配合而被安装在形成在各个辊盘11a-c中的各个插孔中的刀片。每个破碎器20可以由诸如硬质合金的金属陶瓷制成，并且可以具有安装在相应的辊盘11a-c中的筒形或锥形部以及从该相应的辊盘的相应台肩突出的锥形或凿形部。

成排的跟部保护器21可以在相应的跟部台肩处围绕每个辊盘11a-c安装。每个跟部保护器21都可以是通过过盈配合而被安装在形成在相应的辊盘11a-c中的相应的插孔中的刀片。每个保护器21可以由金属陶瓷(诸如硬质合金)制成，并且可以是筒形的。

可替代地是，破碎器20和/或跟部保护器21可以用多晶金刚石(PCD)覆盖。可替代地是，每个破碎器20可以是表面硬化的磨铣齿，或者每一排的破碎器可以包括刀片和磨铣齿两者。

牙轮磨机钻头1还可以具有形成在每个相邻支腿14a-c的下摆16h之间的排屑槽22。每个排屑槽22可以诸如通过铣削和/或锻造而形成到本体10中。每个带孔凸台16p可以位于相应的排屑槽22中。每个排屑槽22可以被设定尺寸，以允许在将压裂塞子2铣削到在铣机柱和套管或衬套柱4之间形成的环形空间过程中产生的碎屑(未示出)通过。

图4A至图4C示出了典型的磨机刀具17之一。为了形成固定磨机12，每个磨机垫板12a-c可以装有磨机刀具17。磨机刀具17可以是由金属陶瓷材料制成的块，诸如立方块。金属陶瓷材料可以是包括粘合剂和碳化物的硬质合金，诸如钴碳化钨。金属陶瓷材料可以通过烧结(诸如热压制)而形成为块。

磨机刀具17可以具有一对相对的矩形侧面和连接矩形侧面的四个异型侧面。每个异型侧面都可以具有位于相应的矩形侧面附近的矩形端部和连接相应的端部的异型中间部。每个矩形端部都可以具有与各个矩形侧面相邻的倒角角部。每个异型部都可以具有从相应的端部朝向磨机刀具17的中心会聚的一对相对的梯形部。每个异型部可以进一步具有被切角处理(filleted)的矩形中心部，该矩形中心部连接远离相应的端部的梯形部的端部。每个矩形侧面都可以具有凸起的周边部和凹进的内部部分。锥形壁可以将每个凸起的周边部连接到相应的内部部分。锥形壁的每个角部都可以刮掉。

图4D至图4F示出了将磨机刀具17安装到其中一个典型的磨机垫板12a-c。每个磨机垫板12a-c的侧面还可以包括一个或多个，诸如三个工作面23w。每个工作面23w都可以具有形成在其中的多个凹槽24，以用于将相应的磨机垫板12a-c装有磨机刀具17。凹槽24中的每一个可以是V形的，以促进磨机刀具17在其中的期望定向。期望定向可以是图4E中所示的定向或图4F中所示的定向。

每个磨机刀具17可仅占据相应的磨机垫板12a-c的表面的一小部分，使得该表面需要装有许多磨机刀具，诸如大于或等于十、十五、二十或三十个磨机刀具。磨机刀具17可以诸如通过钎焊而被安装在相应的凹槽24中。为了促进钎焊操作，可以将几个磨机刀具17利用镀锡粘合剂来结合在杆(未示出)中，该镀锡粘合剂允许焊工(人或机器人)在表面上快速钎焊刀具。

可替代地是，每个工作面23w可以是非异型的并且刀具可以以随机定向安装在该工作面上。可替代地是，每个磨机垫板12a-c可以用陶瓷材料或金属陶瓷材料进行表面硬化处理，而不是将磨机刀具17安装到该磨机垫板。

与现有技术相比，当使用排屑磨机钻通压裂塞子2时，过量的扭矩施加在钻凿马达上，导致马达失速，这不利地影响了操作效率并且缩短了马达的使用寿命。当使用牙轮钻头钻通压裂塞子2时，在已经钻穿了所有的压裂塞子之前，可能由于支承失效而需要更换钻头。有利地是，牙轮磨机钻头1获得了排屑磨机和牙轮钻头的优点，而同时没有遭受两者的缺点。辊盘11a-c减小扭矩，同时仍然提供顶靠套管或衬套柱4的稳定性。磨机垫板11a-c的附接在一起为辊盘11a-c提供了额外的支撑，从而减小了滚柱轴承18和止推垫圈19上的负载，并且延长其使用寿命。另外，可以通过研磨穿过将磨机垫板12a-c附接到一起的焊点以去除已磨损的固定磨机，同时将新的磨机垫板设置在支承轴上，并且将新的磨机垫板焊接在一起，替换固定磨机12。

图5示出了根据本公开的另一实施例的使用混合式牙轮刮刀钻头26对井眼25进行钻凿。可以使用钻凿系统27来钻凿井眼25。钻凿系统27可以包括钻机27r，流体处理系统27f，防喷器(BOP)27b，钻柱28以及控制器，诸如可编程逻辑控制器(PLC)27p。钻机27r可以包括井架29d、顶部驱动器30、绞车31以及处在该钻机的下端处的底板29f，该底板29f具有开口，钻柱28通过该开口经由井口32向下延伸到井眼25中。防喷器27b可以连接到井口32。

钻柱28可包括井底组件(BHA)28b和管柱28p。管柱28p可以包括诸如通过螺纹联接器而连接在一起的钻管的接头。BHA 28b可以诸如通过螺纹联接器而连接到管柱28p，并且包括牙轮刮刀钻头26和一个或多个钻环33。BHA构件26、33可以诸如通过螺纹联接器而相互连接。顶部驱动器30可以经由管柱28p使牙轮刮刀钻头26旋转34r。

可替代地是，替代顶部驱动器30或除了顶部驱动器30之外，BHA28b可以包括用于使牙轮刮刀钻头26旋转的钻凿马达。可替代地是，钻柱可以包括挠性管而不是管柱28p。可替代地是，BHA 28b可以进一步包括转向工具，诸如弯管接头或旋转转向工具，以及用于与PLC 27p通信的遥测上行链路。

管柱28p的上端可以连接到顶部驱动器30的轴芯。顶部驱动器30可以包括用于使钻柱28旋转34r的马达。顶部驱动马达可以是电动的或液压的。顶部驱动器30的框架可以联接至井架29d的轨道(未示出)，以防止在钻柱28的旋转34r期间顶部驱动器框架旋转，并且允许顶部驱动器随绞车31的行进滑车31t一起竖直运动。顶部驱动器30的框架可以通过行进滑车31t从井架29d悬挂。行进滑车31t可以由钢丝绳31r来支撑，该钢丝绳通过滑车31c、t的滑车轮编织并且延伸到绞盘31w，以用于卷绕钢丝绳，从而使行进滑车31t相对于钻机底板29f升高或降低。

井口32可以安装在已经被部署到井眼25中并且粘合36在井眼中的套管柱35上。井眼25的下段可以是竖直的(已示出)或是偏斜的(未示出)，诸如倾斜的或水平的。

流体处理系统27f可以包括泥浆泵37、钻凿流体贮存器(诸如，储坑38或储罐)、固体分离器(诸如，泥浆振动筛39)、压力传感器40、一个或多个流动管线，诸如返回管线41r，供应管线41s和进料管线41f以及冲程计数器42。返回管线41r的第一端可以连接至安装在井口32上的流动交叉口43，并且返回管线的第二端可以连接至振动筛39的入口。供应管线41s的下端可以连接至泥浆泵37的出口，并且供应管线的上端可以连接至顶部驱动器30的入口。压力传感器40可以被组装作为供应管线41s的一部分。进料管线41f的第一端可以连接到储坑38的出口，并且进料管线的第二端可以连接到泥浆泵37的入口。

压力传感器40可以与PLC 27p进行数据通信，并且可以操作用于监测立管压力。冲程计数器42也可以与PLC 27p进行数据通信，并且可以操作用以监视泥浆泵12的流量。PLC27p还可以与夹在钢丝绳31r上的钩形称重单元通信，并且与绞盘31w的位置传感器通信，用于监视BHA 28b的深度。PLC 27p可以进一步与顶部驱动器30的扭矩传感器和转速表通信。

泥浆泵37可将钻凿流体44从储坑38泵送经过供应管线41s，并且输送至顶部驱动器30。钻凿流体44可以包括基液。基液可以是精制油或合成油、水、盐水或水/油乳剂。钻凿流体44还可包括溶解或悬浮在基液中的固体，诸如有机土、褐煤和/或沥青，从而形成泥浆。

钻凿流体44可从供应管线41s流动并且经由顶部驱动器30流入管柱28p的孔中。钻凿流体44可以通过BHA 28b的孔顺着管柱28p流动，并且离开牙轮刮刀钻头26，在这里，流体可以使钻屑循环远离钻头并且使钻屑向上返回在套管35或井眼25的内侧表面与钻柱28的外表面之间形成的环形空间45。返回物46(钻凿流体44加上钻屑)可沿环形空间45向上流动至井口32，并且通过流动交叉口43离开井口。返回物46可继续通过返回管线41r并且进入到泥浆振动筛39中，并且由此进行处理，以去除切屑，从而完成一个循环。随着钻凿流体44和返回物46的循环，钻柱28可以通过顶部驱动器30而旋转34r，并且通过行进滑车31t而降低34a，从而将井眼25延伸至含烃地层或足以进行地热发电的深度。

图6和图7A示出了牙轮刮刀钻头26。图7B示出了将固定切削结构47安装到牙轮刮刀钻头26。牙轮刮刀钻头26可以包括本体48、多个辊盘49a-c、多个破碎器55g、n和固定切削结构47。辊盘49a-c、破碎器55g、n和固定切削结构47可以形成牙轮刮刀钻头26的下切削面。辊盘49a-c和破碎器55g、n可以位于切削面的外部，而固定切削结构47可以位于切削面的内部。

本体48可以具有上联接器50、用于每个辊盘49a-c的下支腿51以及在支腿之间形成的圆顶部52。本体48和辊盘49a-c可以各自由金属或合金制成，诸如由钢制成。可以通过诸如焊接将三个锻件附接在一起而制成本体48。支腿51可以围绕本体均匀地间隔开，诸如成一百二十度的三个支腿。上联接器50可以是用于连接到钻凿马达或钻管的螺纹销。可以形成穿过联接器50的孔，并且孔延伸到邻近圆顶部52形成的增压室(未示出)。

每个支腿51可以具有上肩部51s、中间下摆51h、下支承轴51b和带孔凸台51p。每个支腿51的肩部51s、下摆51h、带孔凸台51p和支承轴51b可以诸如通过整体地形成和/或焊接在一起而相互连接。每个带孔凸台51p可以经由形成在联接器50中的相应的端口而与增压室流体连通，并且可以具有固定在其中的喷嘴(未示出)，用于将钻凿流体44排放到相应的辊盘49a-c上。每个支承轴51b可以从各自的下摆51h沿径向倾斜的方向朝向牙轮刮刀钻头26的中心延伸，

可替代地是，牙轮刮刀钻头26可以包括穿过圆顶部52形成的、用于每个辊盘49a-c的流动通道，而不是带孔凸台51p。每个流动通道都可以与增压室流体连通，并且可以具有固定在其中的喷嘴(未示出)，以用于将磨铣流体排放到相应的辊盘49a-c上。流动通道可以围绕牙轮刮刀钻头26的中心布置。

固定切削结构47可以包括中心毂47h、用于每个辊盘49a-c的刀片47a-c、以及安装到每个刀片并嵌入毂中的多个剪切刀具(shearcutter)53。毂47h和刀片47a-c可以是一体的，并且每个刀片可以从毂径向向外延伸。每个刀片47a-c可以具有被形成为与相邻的辊盘49a-c的互补内侧表面49f匹配的外表面47f。剪切刀具53可以诸如通过钎焊安装在沿刀片47a-c的前刃形成的相应的凹座中。剪切刀具53可以诸如通过钎焊被嵌入形成在中心毂47h的底部中的相应的容座中。

另外，固定切削结构47可以进一步包括多个备用剪切刀具(未示出)。备用剪切刀具可以诸如通过钎焊安装在沿刀片47a-c的底部形成的凹座中。每个备用剪切刀具可以与相应的(前)剪切刀具53对准或与之稍微偏离。另外，固定切削结构47可以进一步包括多个切削深度(DOC)限制器(未示出)。DOC限制器可以诸如通过钎焊或过盈配合来安装在形成在刀片47a-c的底部中的插孔中。DOC限制器可以是子弹形或卵圆形的，并且可以由任何上述用于破碎器20的材料制成。

中心毂47h和刀片47a-c可以由复合材料制成，诸如由被金属粘合剂渗透的陶瓷和/或金属陶瓷粉末制成，或者可以是金属的，诸如由钢制成，并且可以是硬面的。每个剪切刀具53可以包括附接到诸如金属陶瓷的硬质基底的超硬切削台，诸如多晶金刚石，从而形成压实体，诸如多晶金刚石压实体(PDC)。金属陶瓷可以是由诸如钴钨碳化物的VIIIB族金属粘合的碳化物。基底和切削台可以各自是实心的和筒形的，并且基底的直径可以等于切削台的直径。

刀片47a-c可以围绕毂47h等距地间隔开，诸如成一百二十度的三个刀片。在每个相邻的刀片47a-c之间可以形成空隙，以容纳从带孔凸台51p排放出来的钻凿流体。每个刀片47a-c的底部可以是波状的。波状底部可以与外表面47f处的辊盘49a-c的台肩齐平或几乎齐平。波状底部可沿着接近毂47h的刀片47a-c朝向圆顶部52倾斜，并且可在底部到达毂时变平。刀片47a-c和毂47h的厚度可以对应于(诸如等于或几乎等于)辊盘49a-c的直径，从而在固定切削结构47的顶部和圆顶部52之间形成间隙。每个辊盘49a-c的直径可以相等。每个刀片47a-c的宽度的范围可以在辊盘49a-c的直径的一半到辊盘的直径之间。

每个支承轴51b和相应的辊盘49a-c可以具有一对或多对对准的凹槽，并且每一对可以形成用于容纳成组的滚柱轴承(未示出)的滚道。止推垫圈(未示出)可以设置在每个内侧面49f与相应的外面47f之间，诸如设置在形成在外面中的凹槽(未示出)中。滚柱轴承和止推垫圈可以支撑每个辊盘49a-c相对于相应的支腿51和固定切削结构47的旋转。止推垫圈可以由从带孔凸台51p排放出来的钻凿流体44润滑。

每个支腿51可以具有形成在其中的润滑剂贮存器(未示出)以及从该贮存器延伸到相应的成组的滚柱轴承的润滑剂通道(未示出)。润滑剂可以通过诸如O形环的一对密封件(未示出)保持在每个支腿51内，每个密封件被定位于形成在相应的辊盘49a-c的内侧表面中的相应的压盖(未示出)中。每对中的第一压盖可位于下摆51h附近，并且每对中的第二压盖可位于相应的止推垫圈附近，从而防止润滑剂从滚柱轴承泄漏到井眼25中。可以在每个贮存器中设置压力补偿器(未示出)，以调节其中的润滑剂压力。平衡通道可以从每个贮存器延伸并且穿过圆顶部52，以使相应的压力补偿器工作，以将润滑剂压力调节为略大于井底压力。

可替代地是，第二压盖可位于每个辊盘49a-c的内侧面中，使得止推垫圈也被润滑剂润滑。

牙轮刮刀钻头26可以进一步包括用于每个辊盘49a-c和刀片47a-c的螺纹紧固件54，用于将固定切削结构47安装到下摆51h。每个刀片47a-c都可以具有形成在其中并且从相应的外面47f延伸的容座。每个刀片47还可以具有形成在其中并且从相应的容座的一端延伸的插孔(未示出)。每个容座可以相对于相应的支承轴51b过大，以便于将固定切削47结构定位到其上。每个下摆51h和支承轴51b可以具有在其中形成的孔，用于容纳穿过其中的相应的螺纹紧固件的轴。每个下摆51h可以具有与相应的孔相邻的埋头开口或沉头开口，用于容纳相应的螺纹紧固件54的头部。每个刀片插孔可以带有螺纹，以容纳相应的螺纹紧固件54的轴的端部，从而将相应的刀片47a-c安装到相应的支承轴51b，并且通过将每个辊盘49a-c夹带在相应的刀片的外面47f和相应的下摆51h之间而将其固定到相应的支腿51。

可替代地是，可以如上面针对下摆16h所讨论的那样，保护每个下摆51h的上边缘和下边缘不受腐蚀和/或磨损。

每个辊盘49a-c都可以具有在其中形成的多个台肩，诸如用于辊盘49a、b的跟部台肩、保径台肩和内台肩，以及用于辊盘49c的跟部台肩和保径台肩。成排的保径破碎器55g可在相应的保径台肩处围绕每个辊盘49a-c安装。成排的内破碎器55n可在相应的内台肩处围绕每个辊盘49a、b安装。每个破碎器55g、n可以是通过过盈配合而安装在形成在相应的辊盘49a-c中的相应的插孔中的刀片。每个破碎器55g、n可以由诸如硬质合金的金属陶瓷制成，并且可以具有安装在相应的辊盘49a-c中的筒形或锥形部以及从相应的辊盘的相应的台肩突出的锥形或凿形部。

成排的跟部保护器56可以在相应的跟部台肩处围绕每个辊盘49a-c安装。每个跟部保护器56可以是通过过盈配合而安装在形成在相应的辊盘49a-c中的相应的插孔中的刀片。每个保护器56可以由金属陶瓷(诸如硬质合金)制成，并且可以是筒形的。

可替代地是，破碎器55g，n和/或跟部保护器56可以用多晶金刚石(PCD)覆盖。可替代地是，每个破碎器55g，n可以是表面硬化的磨铣齿，或者每一排的破碎器都可以包括刀片和磨铣齿两者。

图8和图9A示出了根据本公开的另一实施例的第二混合式牙轮刮刀钻头57。第二混合式牙轮刮刀钻头57可替代混合式牙轮刮刀钻头26被组装为BHA 28b的一部分。第二混合式牙轮刮刀钻头57可以包括本体58，多个辊盘59a、b，破碎器55g、n，固定帽80，杆63和多个剪切刀具53。辊盘59a、b，破碎器55g、n，固定帽60和剪切刀具53可以形成第二牙轮刮刀钻头57的下切削面。辊盘59a、b和破碎器55g、n可以定位在切削面的外部处，而固定帽60和剪切刀具53可以定位在切削面的内部处。

本体58可以具有上联接器50、用于每个辊盘59a、59b的下支腿61以及在支腿之间形成的圆顶部62。本体58和辊盘59a、b可以各自由金属或合金(诸如钢)制成。可以诸如通过焊接将三个锻件附接在一起而制成本体58。支腿61可以围绕本体均匀地间隔开，诸如成一百二十度的三个支腿。可以形成穿过联接器50的孔，并且该孔延伸穿过圆顶部62。该孔可以围绕第二混合式牙轮刮刀钻头57居中定位。

每个支腿61可以具有上肩部61s、中间下摆51h和下支承轴61b。每个支腿61的肩部61s，下摆61h和支承轴61b可以诸如通过整体地形成和/或焊接在一起而相互连接。每个支承轴61b可以从相应的下摆61h沿径向倾斜方向朝向第二混合式牙轮刮刀钻头57的中心延伸。每个支承轴61b和相应的辊盘59a、b可以具有一对或多对对准的凹槽，并且每对可形成一个滚道，以容纳成组的滚柱轴承64。滚柱轴承64可以支撑每个辊盘59a、b相对于相应的支脚61和固定帽60的旋转。

每个支腿61都可以具有形成在其中的润滑剂贮存器(未示出)以及从该贮存器到相应的成组的滚柱轴承延伸的润滑油通道(未示出)。润滑剂可以通过密封件(未示出)、诸如O形环保持在每个支腿61内，该密封件位于形成在相应的辊盘59a、b的内侧表面中的压盖(未示出)中。可以在每个贮存器中设置压力补偿器，以调节其中的润滑剂压力。平衡通道可以从每个贮存器延伸并且穿过圆顶部62，以使相应的压力补偿器工作，以将润滑剂压力调节为略大于井底压力。

每个辊盘59a、b可以通过被容纳在由每个辊盘和相应的支承轴61b中的对准的凹槽(未示出)形成的滚道中的多个滚珠(未示出)而固定到相应的支腿61。可以通过形成在每个支腿61中的滚珠通道(未示出)将滚珠馈送到每个滚道，并且通过相应的滚珠塞(未示出)将滚珠保持在该滚珠通道中。每个滚珠塞可以诸如通过焊接而附接到相应的支腿61。

杆63可由厚壁管和诸如钢的金属或合金制成。杆63的上端可以是带螺纹的，并且可以容纳在邻近孔的圆顶部62中形成的螺纹插孔中，从而将杆安装到本体58。杆63可以从圆顶部62向下延伸，并且具有与辊盘59a、b的直径相对应的长度。对于每个辊盘59a、b，杆63可以具有穿过该杆的杆壁形成的端口。每个端口可以将钻凿流体44排出到相应的辊盘59a、b上。第二混合式牙轮刮刀钻头57还可包括用于每个端口的喷嘴65。每个喷嘴65可以诸如通过使形成在该喷嘴的外表面上的螺纹与形成在邻近相应的端口的杆的杆壁中的相应螺纹接合而安装到杆上。每个喷嘴65可以由诸如金属陶瓷的抗腐蚀材料制成。

固定帽60可以由以上讨论的用于刀片47a-c和毂47h的任何材料制成。固定帽60可以具有形成在其上部中的螺纹插孔，以与杆63的带螺纹的下端接合，从而将固定帽安装到杆上。固定帽60可以具有凹入的底部，并且剪切刀具53诸如通过钎焊而被嵌入在形成于该固定帽中的相应的容座中。

每个辊盘59a、b可以具有在其中形成的多个台肩，诸如跟部台肩、保径台肩和内部台肩。成排的保径破碎器55g可在相应的保径台肩处围绕每个辊盘49a-c安装。成排的内破碎器55n可在相应的内部台肩处围绕每个辊盘59a、b安装。成排的跟部保护器56可以在相应的跟部台肩处围绕每个辊盘59a、b安装。

图9B示出了根据本公开的另一实施例的第三混合式牙轮刮刀钻头66。除了具有带刃帽67而不是固定帽60以及具有针对该带刃帽的适应性改变以适应杆63和圆顶部62之外，第三牙轮刮刀钻头66可以类似于第二牙轮刮刀钻头66。带刃帽67可以由以上针对刀片47a-c和毂47h讨论的任何材料制成。

改变的圆顶部可以在其中形成有与孔相邻的插孔，以用于容纳改变的杆的上端。一旦圆顶部和杆的插孔已经接合，就可以通过焊接(未示出)将改变的杆安装到圆顶部上。带刃帽67可以具有在其上部中形成的插孔，以与改变的杆的下端接合。一旦帽和杆的插孔已经接合，就可以将带刃帽67定向并且然后通过焊接(未示出)安装到杆的插孔上。

带刃帽67可以由以上针对刀片47a-c和毂47h讨论的任何材料制成。带刃帽67可包括中心毂67h，用于每个辊盘59a、59b的刀片67a-c，以及安装到每个刀片并且嵌入毂中的多个剪切刀具53。毂67h和刀片67a-c可以是一体的，并且每个刀片可以从毂径向向外延伸。剪切刀具53可以诸如通过钎焊而安装在沿刀片67a-c的前刃形成的各个凹座中。剪切刀具53可以诸如通过钎焊而被嵌入形成在中心毂67h的底部中的相应的容座中。每个刀片67a-c的底部可以是波状的。波状底部可以沿着靠近毂67h的刀片67a-c朝向圆顶部62倾斜，并且可以在底部到达毂时变平。

另外，带刃帽67还可以包括如上文针对固定切削结构47所讨论的备用剪切刀和/或DOC限制器(未示出)。

刀片67a-c可以围绕毂67h等距地隔开，诸如成一百二十度的三个刀片。辊盘59a、b可以被设定尺寸，使得在每个相邻的辊盘之间形成腔体。带刃帽67可以被定向成使得每个刀片67a-c延伸到相应的腔体中。刀片67a-c可以延伸到腔体中，以在第三牙轮刮刀钻头66的切削轮廓中产生重叠。刀片可以延伸到大于或等于第三牙轮刮刀钻头66的保径直径的三分之一、二分之一或三分之二的有效直径。可以在每个相邻的刀片67a-c之间形成空隙，以容纳辊盘59a、b。

可替代地是，圆顶部和杆的上部可以不被改变并且通过螺纹连接而被连接在一起。

如本文所使用的，对井眼的参考可以涉及井眼的带套管的井段或带衬里的井段或者涉及井眼的裸眼井段。

尽管前述内容针对本公开的实施例，但是在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以想到本公开的其它的和进一步的实施例，并且本发明的范围由所附权利要求书确定。