[發(fā)明專利]防卡滑PDC鉆頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210368539.3
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN103696696A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周燕;謝慧;羅熙;安慶寶;董懷榮;曲剛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院
• 主分類號: E21B10/36
• 分類號: E21B10/36;E21B10/43;E21B10/60
• 代理公司: 東營雙橋?qū)＠碛邢挢?zé)任公司 37107
• 代理人: 侯華頌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鉆井領(lǐng)域的鉆頭，尤其是一種防卡滑PDC鉆頭。

背景技術(shù)

PDC鉆頭破碎巖石的方式主要是剪切作用，當(dāng)鉆遇難鉆地層時(shí)，PDC鉆頭齒吃入地層多而且扭矩不足時(shí)，鉆頭會隨時(shí)停轉(zhuǎn)，直至積聚足夠的扭矩來剪切巖層。由于扭矩能量貯存在扭曲的鉆柱中，一旦釋放，鉆柱會象松開的發(fā)條一樣產(chǎn)生嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)震蕩，這種現(xiàn)象就稱之為“卡滑”或者憋鉆。PDC鉆頭普遍存在的卡滑問題正是難鉆地層機(jī)械鉆速低、鉆井效率低的主要原因之一。

目前鉆井作業(yè)中使用的旋沖工具能夠產(chǎn)生軸向沖擊力，可與牙輪鉆頭配合使用（與牙輪鉆頭破巖原理相符）；不適合PDC鉆頭的剪切破巖原理，容易使鉆頭齒損壞。美國專利扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器（專利號：US?7096980?B2）、西南石油大學(xué)的專利扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具（專利申請?zhí)枺?00910058083.9）和勝利石油管理局鉆井工藝研究院申請的專利扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具（專利申請?zhí)枺?01010511421.2），都可以產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)沖擊力，有利于消除或改善PDC鉆頭的卡滑現(xiàn)象?。但三個(gè)專利采用的技術(shù)不同，美國的扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器采用鉆井液驅(qū)動(dòng)渦輪，渦輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)沖擊錘，產(chǎn)生連續(xù)扭轉(zhuǎn)沖擊，西南石油大學(xué)的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具采用鉆井液驅(qū)動(dòng)螺桿，螺桿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)沖擊錘，產(chǎn)生連續(xù)扭轉(zhuǎn)沖擊，勝利石油管理局鉆井工藝研究院的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具采用鉆井液直接驅(qū)動(dòng)沖擊錘產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)沖擊。雖然鉆井液直接驅(qū)動(dòng)沖擊錘相對于渦輪和螺桿驅(qū)動(dòng)效率有所提高，但這三個(gè)專利都存在一個(gè)共同特點(diǎn)，扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生工具與PDC鉆頭螺紋連接，即沖擊錘與鉆頭之間存在中間環(huán)節(jié)，沖擊扭矩在傳遞過程中損失大，尺寸長，效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，最大限度地解決PDC鉆頭的卡滑問題，提出一種防卡滑PDC鉆頭。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于解決PDC鉆頭的卡滑問題。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明公布了在旋轉(zhuǎn)鉆井體系工況下的一種防卡滑PDC鉆頭。本發(fā)明內(nèi)部封裝可周向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的沖擊錘。鉆井時(shí)，本發(fā)明利用部分鉆井液流體能量驅(qū)動(dòng)內(nèi)部沖擊錘產(chǎn)生一定頻率的扭轉(zhuǎn)沖擊，鉆頭在接收旋轉(zhuǎn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)（轉(zhuǎn)盤、頂驅(qū)和井下動(dòng)力鉆具等）的同時(shí)，承受扭轉(zhuǎn)沖擊能量，增加了鉆頭的破巖能力，同時(shí)消除PDC卡滑現(xiàn)象，并且本發(fā)明中將扭轉(zhuǎn)沖擊發(fā)生器與鉆頭一體化設(shè)計(jì)，內(nèi)部沖擊錘直接作用在鉆頭上，無中間環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊、效率高。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種防卡滑PDC鉆頭，主要由異型鉆頭、封蓋、沖擊錘、換向器組成，封蓋、沖擊錘、換向器在異型鉆頭內(nèi)。異型鉆頭呈中空的圓柱形，下端有一體設(shè)計(jì)的PDC鉆頭。所述異型鉆頭的中空腔通過下部內(nèi)凸沿分設(shè)上型腔和下型腔，上型腔內(nèi)壁軸向預(yù)制有低壓腔槽、高壓腔槽和轉(zhuǎn)換腔槽，低壓腔槽下端聯(lián)通下型腔；沖擊錘套在異型鉆頭上形腔內(nèi)，沖擊錘管壁向外突出有外錘和向內(nèi)突出有內(nèi)錘，其外錘與異型鉆頭的轉(zhuǎn)換腔槽限位轉(zhuǎn)動(dòng)配合，沿外錘的兩個(gè)外凸沿分別徑向預(yù)制有外流道，沿內(nèi)錘的內(nèi)凸沿分別預(yù)制有內(nèi)流道，內(nèi)外流道將沖擊錘內(nèi)外貫通；換向器套在沖擊錘內(nèi)，換向器外壁軸向設(shè)置有兩條平行隔離條和一條寬幅隔離條，寬幅隔離條內(nèi)設(shè)貫通換向器內(nèi)外的通道，兩條平行隔離條與內(nèi)錘內(nèi)凸沿形成限位轉(zhuǎn)動(dòng)配合，寬幅隔離條與兩側(cè)的平行隔離條之間的凹槽形成泄流區(qū)；封蓋位于沖擊錘和換向器的上端面，封蓋呈圓板狀，設(shè)有封蓋中心孔和封蓋通孔，封蓋通孔與異型鉆頭內(nèi)壁的高壓腔槽貫通。

上述方案還包括：所述沖擊錘、換向器與異型鉆頭下部內(nèi)凸沿的結(jié)合部還設(shè)有底板，底板上開設(shè)有中心孔和底板通孔；所述中心孔連通上型腔和下型腔，底板通孔連通下型腔和泄流區(qū)。??

所述換向器內(nèi)腔或底板的中心孔還設(shè)有噴嘴。

所述PDC鉆頭由本體、圓周分布的刀翼、鉆頭噴嘴和鉆頭齒組成。

所述刀翼數(shù)量大于等于3個(gè)，所述鉆頭噴嘴數(shù)量大于等于3個(gè)。

異型鉆頭的轉(zhuǎn)換腔槽為半圓形，與之配合的外錘凸沿長度為四分之一園，內(nèi)錘與外錘軸心對稱，內(nèi)錘的內(nèi)凸沿長度為八分之一園，設(shè)置在異型鉆頭的低壓腔槽與轉(zhuǎn)換腔槽對稱分布，高壓腔槽對稱分布在低壓腔槽的兩側(cè)。