[發(fā)明專利]自適應(yīng)混合鉆頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210015420.8
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN102561953A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧嶸;況雨春;張云光
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B10/50
• 分類號: E21B10/50
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑;詹永斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石油鉆探設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種石油天然氣開采及其它鉆探使用的鉆頭。

背景技術(shù)

目前在石油天然氣鉆井中主要用的是三牙輪鉆頭和金剛石鉆頭（PDC鉆頭）。金剛石鉆頭（PDC鉆頭）其破巖機理為刮削破巖，因此在其鉆進速度快的優(yōu)勢下也存在不適應(yīng)于硬地層、軟硬交錯的夾層地層以及礫石地層的缺點。然而牙輪鉆頭其破巖機理為壓碎、小位移刮削，其特點在于能適應(yīng)高硬度地層和以及復雜地層，但其破巖效率低、鉆進速度慢。根據(jù)兩種鉆頭的不同特點。于是人們開始發(fā)展另外一種形式的鉆頭——混合式鉆頭。它直接將PDC鉆頭和牙輪鉆頭集成到一起，融合了牙輪鉆頭的適合各種地層和PDC鉆頭鉆進速度快的特點。但是如果將兩種鉆頭剛性的聯(lián)接在一起，兩種鉆頭各承擔多少鉆壓？是未知數(shù)。而且不能根據(jù)地層巖性調(diào)節(jié)牙輪和刀翼上的鉆壓分配，這些問題如不能解決很大程度上影響鉆頭的破巖效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提供一種能緩解和彌補以上不足的一種自適應(yīng)混合鉆頭，能自適應(yīng)調(diào)節(jié)牙輪和刀翼上的鉆壓分配，確保鉆頭能與地層巖石多點穩(wěn)定接觸，保證壓碎作用與刮削作用的更好配合；避免切削元件受到較大的沖擊而碎裂，起到延長鉆頭壽命的作用。

本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種自適應(yīng)混合鉆頭，包括混合式鉆頭，其鉆頭本體上同時設(shè)有牙輪和刀翼，所述牙輪和刀翼交錯均布設(shè)置，所述牙輪設(shè)于鉆頭本體上的牙掌上，還包括活動置于所述鉆頭本體內(nèi)，只可在受限范圍內(nèi)沿軸向伸縮運動的可動刀翼體，所述可動刀翼體與鉆頭本體間還設(shè)有為可動刀翼體提供軸向力的彈性元件，所述刀翼設(shè)于所述可動刀翼體前端，所述可動刀翼體末端設(shè)有承受泥漿壓力的受壓面。

作為優(yōu)選方式，所述牙掌的側(cè)面限制可動刀翼體與鉆頭本體的相對轉(zhuǎn)動，所述牙掌的側(cè)面還設(shè)有用以限制可動刀翼體沿軸向來回伸縮運動的距離范圍的凸起的限位銷。

作為優(yōu)選方式，所述可動刀翼體前端設(shè)有噴嘴，其內(nèi)設(shè)有連通噴嘴和所述受壓面的泥漿通道。

作為優(yōu)選方式，所述彈性元件為彈簧。

作為優(yōu)選方式，所述彈簧為螺旋彈簧，其套于可動刀翼體上。或者，所述彈簧為蝶形彈簧、橡膠彈簧或金屬橡膠，其放置于可動刀翼體與鉆頭本體形成的內(nèi)腔里。

工作過程為：鉆頭本體的轉(zhuǎn)動使牙輪破巖，破巖機理為壓碎作用、小位移刮削作用。牙掌將由鉆柱傳送來的轉(zhuǎn)矩部分傳遞給可動刀翼體，進而通過可動刀翼體上的刀翼對巖層進行刮削破碎。

這種混合設(shè)計充分利用了刀翼金剛石鉆頭（PDC鉆頭）與牙輪鉆頭各自在不同種類巖層的優(yōu)勢。在硬地層，泥漿對可動刀翼體的受壓面的壓力與彈性元件對可動刀翼體作用力之和不能充分滿足可動刀翼體破壞硬地層所需鉆壓，可動刀翼體的破巖量降低，可動刀翼體相對于牙輪向鉆進反方向運動，這使得牙輪承擔主要破巖任務(wù)。

在軟地層，泥漿對可動刀翼體的受壓面的壓力與彈性元件對可動刀翼體的作用力之和能充分滿足可動刀翼體破壞軟地層所需鉆壓，可動刀翼體的破巖速度加快，可動刀翼體相對于牙輪向鉆進的方向運動，這時可動刀翼體承擔主要破巖任務(wù)。

本發(fā)明的有益效果：與現(xiàn)有的牙輪與刀翼固定的混合鉆頭相比，本發(fā)明利用彈性元件的彈性，調(diào)節(jié)混合式鉆頭的牙輪與刀翼破碎巖石的作用力。這種根據(jù)受力自適應(yīng)地控制牙輪與刀翼的相對位置的設(shè)計很大程度上優(yōu)化了牙輪和刀翼之間破巖量的分配，使破巖速度更快，適用性更廣。除此之外這種自適應(yīng)設(shè)計還將一般鉆頭與巖層的硬性沖擊優(yōu)化為柔性沖擊極大的保護了鉆頭自身。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1的剖視圖；

圖2是本發(fā)明實施例1的爆炸視圖；

圖3是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1.牙輪，2.可動刀翼體，3.鉆頭本體，4.螺旋彈簧，5.螺紋，6.受壓面，7.為軸承提供潤滑油的壓力平衡式的裝置，8.泥漿通道，9.噴嘴，10.牙齒，11.金剛石復合片，12.限位銷，13.刀翼，14.牙掌。

具體實施方式

下列非限制性實施例用于說明本發(fā)明。

實施例1：