[發明專利]一種正循環和反循環兩用三牙輪鉆頭

無效

• 申請號: 200810045152.8
• 申請日: 2008-01-09
• 公開（公告）號: CN101215955A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 練章華;孟英峰;林鐵軍;李永杰;肖洲;楊斌;付燾;黃芋森
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B10/18
• 分類號: E21B10/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及在油氣井工程中利用液體或者氣體作為循環介質進行正循環和反循環鉆井時的一種正循環和反循環兩用的三牙輪鉆頭，該鉆頭適合于常規的泥漿鉆井、氣體鉆井和欠平衡鉆井。

背景技術

隨著氣體鉆井和欠平衡鉆井的不斷完善和發展，相應的配套技術也需要改進和重新研制，反循環鉆井技術也是一項正在發展的新技術。目前，不論是液體還是氣體作為循環介質的正循環或者反循環鉆井時，只能在鉆頭下入井內之前選擇相應的正循環或者反循環鉆頭，并且一旦鉆頭下入井內以后不能夠自動更換流體循環方向，除非起鉆更換鉆頭。在可控鉆井技術出現后，其封閉的循環系統為在鉆井需要的情況下隨時更換鉆井液的循環方向提供了技術支撐，但現在使用的鉆頭都不能實現隨鉆井需要而自動轉換成為正循環流道或反循環流道的鉆頭。因此針對可控鉆井隨時更換鉆井流體循環方向的需要，本發明研制和設計出了一種可自動轉換為正循環流道或反循環流道的正循環和反循環兩用的三牙輪鉆頭。

發明內容

本發明的目的是為鉆井需要隨時改變鉆井流體循環方向而提供一種能自動從正循環流道轉換為反循環流道，或者從反循環流道轉換為正循環流道的鉆頭。基于稀疏相兩相流理論、摩阻理論、流體數值模擬技術，在現有三牙輪鉆頭的基礎上設計出了一種可以實現自動切換為正循環流道或反循環流體的正循環和反循環兩用的三牙輪鉆頭。

本發明的技術方案

本發明提出一種正循環和反循環兩用的三牙輪鉆頭，主要由三牙輪鉆頭本體、轉換接頭、反循環引流罩、噴嘴流道閥和反循環流道閥等組成。所述三牙輪鉆頭本體由常規三牙輪鉆頭改造而來，噴嘴、牙輪及其牙齒尺寸和形狀都沒有發生改變，但將常規鉆頭原來的公接頭設計為了母螺紋接頭，噴嘴外部設計了一個通道，用來安裝噴嘴流道閥，其作用在于正循環鉆井時開啟噴嘴流道，而反循環鉆井時關閉噴嘴流道。在鉆頭內部設計出了一個反循環流道，并在其上面設計了一個反循環流道閥，其作用在于正循環鉆井時，自動關閉反循環流道，反循環鉆井時，自動開啟反循環流道。

本發明所述反循環引流罩上的三個凸鍵安裝在三牙輪鉆頭本體上的三個鍵槽內，其作用在于保證反循環引流罩沿鍵槽上行和下行及其定位，而且反循環引流罩和三牙輪鉆頭上部有一個密封腔，密封腔與鉆頭內的主流道相通，密封腔的內外壓差推動反循環引流罩沿鍵槽上行和下行。反循環引流罩上行時形成正循環鉆頭流道，可以實現正循環鉆井。反循環引流罩下行時，形成反循環鉆井流道結構，可以實現反循環鉆井。反循環引流罩的上行和下行使得噴嘴流道閥處于開啟和關閉狀態，同時與之相反，分別使反循環流道閥關閉和開啟狀態，可以自動切換為正循環鉆井或反循環鉆井。反循環引流罩在鉆井磨損后可以更換新反循環引流罩，而三牙輪鉆頭本體可以繼續使用，有利于減小鉆井成本。

本發明所述反循環引流罩上有三個引流擋板，引流擋板頂部內面為楔形形狀，在反循環引流罩上行或下行時，楔形結構將推動噴嘴流道閥關閉噴嘴流道。通過流體數值模擬技術，優化出了引流擋板的外形，引流擋板的作用是將反循環流體引入井底，在反循環鉆井時更加有效地使流體將井底巖屑攜入反循環流道，增加反循環鉆井的攜巖能力。在正循環鉆井時，引流擋板隨反循環引流罩上行，此時引流擋板對流體不起作用，鉆頭轉變為常規的正循環三牙輪鉆頭。

本發明將常規三牙輪鉆頭公螺紋接頭改變成了母螺紋接頭，在母接頭外部設計了三個鍵槽，用于安裝反循環引流罩，為了使與上部常規鉆具的連接，設計了兩頭均為公螺紋的轉換接頭，此轉換接頭安裝在本發明鉆頭的母螺紋接頭上，轉換接頭可以限制反循環引流罩上行或下行的位移，同時，轉換接頭上部的公螺紋接頭即可與常規的上部鉆具連接。

本發明優點

目前國內外無此正循環和反循環兩用三牙輪鉆頭，本發明一種正循環和反循環兩用的三牙輪鉆頭同時具有常規三牙輪鉆頭鉆井的功能和反循環鉆頭鉆井的功能，并可以根據流體循環方向而自動切換為正循環流道的鉆頭或者反循環流道鉆頭，滿足復雜工況的鉆井需要。鉆井中，可以更換損壞的反循環導流罩，比常規反循環鉆頭具有更長的壽命。本發明為隨時切換流體循環方向的可控鉆井技術擴大應用范圍提供一種新的裝備。

附圖說明

圖1是本發明正、反循環兩用三牙輪鉆頭結構視圖。

圖2是本發明反循環引流罩視圖。

圖3是本發明正循環鉆頭剖面流道結構圖。

圖4是本發明反循環鉆頭剖面流道結構圖。

具體實施方式