[發(fā)明專利]主動調(diào)節(jié)型復(fù)合鉆頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310476260.1
• 申請日: 2013-10-12
• 公開（公告）號: CN103527097A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉忠;孟堯;蘇龍龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京)
• 主分類號: E21B10/08
• 分類號: E21B10/08;E21B10/46;E21B10/60;E21B10/43;E21B4/16;F03B13/02
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 趙燕力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于一種用于石油、天然氣鉆探開發(fā)的鉆頭，尤其涉及一種適用于較為復(fù)雜的非均質(zhì)地層進(jìn)行勘探開發(fā)的主動調(diào)節(jié)型復(fù)合鉆頭。

背景技術(shù)

鉆頭是重要的井下工具之一，從原油生產(chǎn)成本上分析，原油生產(chǎn)成本主要包括勘探成本、開發(fā)成本和采油成本三部分，其中鉆井費(fèi)用約占三分之一，降低鉆井費(fèi)用最有效的措施就是提高鉆頭壽命和鉆井效率，因此，加大對鉆頭的技術(shù)革新極其重要，世界上很多國家都加大了對高效鉆頭的研制和新產(chǎn)品研發(fā)的投入。

鉆頭是在油氣井鉆井中直接破碎巖石的工具。鉆頭質(zhì)量的好壞和鉆頭與巖性是否相適應(yīng)，對提高鉆進(jìn)速度和降低鉆井成本起著重要作用。目前石油鉆井中使用最多的是三牙輪鉆頭和PDC鉆頭。常規(guī)PDC鉆頭在均質(zhì)大段松軟地層中具有機(jī)械鉆速快、壽命長、進(jìn)尺多等優(yōu)點(diǎn)，但是在含有硬夾層的非均質(zhì)地層或較硬地層中鉆進(jìn)時(shí)，PDC鉆頭的切削齒易發(fā)生沖擊損壞和高溫磨損現(xiàn)象，引起鉆頭前期損壞，其主要原因，一是PDC鉆頭的主要破巖方式是剪切，而硬地層或硬夾層的抗剪強(qiáng)度高，因而在鉆進(jìn)過程中PDC切削齒承受著很大的扭轉(zhuǎn)力，容易引起鉆頭扭轉(zhuǎn)振動；二是當(dāng)鉆頭鉆遇硬地層或硬夾層時(shí)，鉆頭容易發(fā)生回旋振動。扭轉(zhuǎn)振動和回旋振動都會導(dǎo)致PDC切削齒沖擊損壞，或發(fā)生金剛石層碎裂或整個金剛石層脫落。另外，由于硬地層或硬夾層的抗壓強(qiáng)度高，為使PDC切削齒有效切入地層，必須加大鉆壓，易使PDC切削齒發(fā)生高溫磨損破壞；實(shí)際鉆井過程中，每次由堅(jiān)硬地層進(jìn)入到中硬地層或由中硬地層進(jìn)入堅(jiān)硬地層時(shí)，PDC鉆頭扭矩都會發(fā)生變化。在貫穿非均質(zhì)地層時(shí)，這些扭矩的大幅度變化將會對鉆頭、底部鉆具組合的使用壽命和性能帶來很大負(fù)面影響。牙輪鉆頭由于品種多，適應(yīng)地層范圍廣，使其成為現(xiàn)代石油鉆井中使用最廣泛的一種鉆頭；但牙輪鉆頭在鉆頁巖以及其他高塑性地層時(shí)的缺陷也漸漸成為一種詬病；在軟地層的鉆進(jìn)時(shí)，牙齒間易積存巖屑產(chǎn)生泥包，影響鉆進(jìn)效果；研磨性地層會使牙齒過快磨損，機(jī)械鉆速迅速降低，鉆頭進(jìn)尺少，特別容易磨損鉆頭的保徑齒、背錐以及牙掌的掌尖，使鉆頭直徑磨小，更嚴(yán)重的會使軸承外漏、軸承密封失效，加速鉆頭損壞；在鉆非均質(zhì)地層和含夾層地層時(shí)，鉆速較低。

而復(fù)合式鉆頭可以改變鉆進(jìn)機(jī)理和鉆頭的動力學(xué)穩(wěn)定性；復(fù)合式鉆頭具有較強(qiáng)的專用性，它可以大幅度提高牙輪鉆頭在頁巖或強(qiáng)塑性、易發(fā)生泥包地層中的性能，提高鉆進(jìn)速度，減少鉆頭磨損，其適用于非均質(zhì)地層和含夾層地層。現(xiàn)有復(fù)合式鉆頭是將牙輪和PDC切削齒固定整合在一個鉆頭上，這種現(xiàn)有復(fù)合式鉆頭較PDC鉆頭與牙輪鉆頭更具優(yōu)越性；然而，現(xiàn)有復(fù)合式鉆頭在應(yīng)對復(fù)雜地層時(shí)，不具備主動調(diào)節(jié)能力，不能使鉆井效率達(dá)到最優(yōu)化。

由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，提出一種主動調(diào)節(jié)型復(fù)合鉆頭，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種主動調(diào)節(jié)型復(fù)合鉆頭，能夠主動調(diào)節(jié)PDC鉆頭和牙輪鉆頭的破巖量分配，以滿足不同地層的鉆進(jìn)要求。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種主動調(diào)節(jié)型復(fù)合鉆頭，以提高鉆頭的使用壽命和鉆進(jìn)速度，適用于復(fù)雜的非均質(zhì)地層。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種主動調(diào)節(jié)型復(fù)合鉆頭，該復(fù)合鉆頭包括有鉆頭本體，鉆頭本體內(nèi)軸向設(shè)有貫通的鉆井液通道；所述鉆頭本體的端部沿其周向均勻間隔地設(shè)有多個軸向凸出部；所述各凸出部上固定設(shè)有牙輪；所述該本體端部的中心部以及各凸出部之間的間隔部構(gòu)成相互連通的放射狀溝槽；一呈放射狀的刀翼設(shè)置在所述放射狀溝槽中，所述刀翼的中心部軸向固定連接有一中空導(dǎo)桿，該中空導(dǎo)桿沿鉆頭本體軸向設(shè)置于所述鉆頭本體內(nèi)并與所述鉆井液通道導(dǎo)通；所述中空導(dǎo)桿由一驅(qū)動裝置控制固定于鉆頭本體內(nèi)或沿鉆頭本體軸向往復(fù)移動，中空導(dǎo)桿與鉆頭本體之間設(shè)有鍵連接；所述刀翼的中部設(shè)有與中空導(dǎo)桿連通的第一噴嘴；所述各凸出部上設(shè)有與鉆井液通道連通的第二噴嘴。