[實用新型]垂直鉆進鉆頭

有效

• 申請號: 201320697286.4
• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN203584309U
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 彭靜濤
• 申請（專利權）人: 四川川石金剛石鉆頭有限公司
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 楊海燕

技術領域

本實用新型屬于一種石油、地質用的回轉鉆進鉆頭，特別涉及一種具有防斜打直功能的特殊結構的鉆頭。

背景技術

目前，在石油、地質等領域使用PDC齒作為切削齒的回轉鉆進鉆頭（簡稱PDC鉆頭）很廣泛。PDC鉆頭具有機械鉆速高，鉆頭進尺壽命長等優點。由于地層有傾角和鉆具組合的限制，直井鉆進中井斜情況頻繁發生，井眼軌跡發生偏離，嚴重影響鉆井質量，甚至會造成井眼報廢。常規PDC鉆頭通常采用力平衡設計，自身不具有自動糾斜能力。通常要保證垂直的井眼質量有兩種手段，一種是吊打，即采用較輕的鉆壓讓PDC鉆頭緩慢鉆進，依靠鉆頭和鉆具自身的重力使井眼軌跡恢復到垂直狀態，這種方式鉆井效率差，效果不理想；另一種方式是使用垂直導向鉆進系統，即在鉆頭和鉆具之間增加一套能自動調整鉆頭鉆進方向的工具，該套工具在井眼軌跡發生變化時能及時主動調整鉆頭鉆進方向，始終保持井眼處于垂直狀態。這種方式鉆井效率高，但是該套工具價格昂貴，鉆井成本大。以上兩種方式各有利弊，在容易發生井斜的鉆井工作中不能得到大面積推廣。

發明內容

本實用新型要解決的問題就是針對上述不足而提供一種具有自動糾斜能力，既不需要配套昂貴的的垂直導向鉆進系統，又能在正常鉆壓下保持較高機械鉆速的高效低成本鉆頭。其技術方案如下：

它具有鉆頭本體，鉆頭本體為超過2個刀翼的多刀翼鉆頭，刀翼上釬焊PDC齒。其關鍵技術是鉆頭本體分為主動攻擊區和被動攻擊區，兩個區的PDC齒采用不同的切削角度設計使得兩個區的切削齒對地層的攻擊力不同。

所述主動攻擊區包含的刀翼數量等于或多于被動攻擊區包含的刀翼數量。

與現有技術相比，本實用新型具有的有益效果是：

1、鉆頭本體分為主動攻擊區和被動攻擊區，鉆頭在井眼處于井斜狀態下工作時，主動攻擊區和被動攻擊區受到地層的反作用力不同，由此產生的扭矩使鉆頭具有向垂直方向扭轉的趨勢，該趨勢保證了鉆頭具有自動恢復垂直鉆進的功能，實現了常規鉆頭不能自動糾斜恢復到垂直鉆進狀態的功能。

2、當井斜發生時，避免了常規鉆頭一定要配合使用鐘擺鉆具低鉆壓緩慢鉆進的操作。能在常規鉆壓下快速鉆進地層，鉆井質量與鉆井效率大幅度提高。

3、鉆頭具有自動糾斜能力，可替代價格昂貴的垂直導向鉆進系統，經濟效益非常顯著。

附圖說明

圖1，是本實用新型結構示意圖；

圖2，是本實用新型主動攻擊區和被動攻擊區PDC齒分布示意圖；

圖3，是本實用新型在鉆進地層時狀態圖；

圖4，是本實用新型主動攻擊區緊靠井眼下井壁時狀態圖；

圖5，是本實用新型被動攻擊區緊靠井眼下井壁時狀態圖。

具體實施方式

參見圖1、圖2，本實用新型具有鉆頭本體，鉆頭本體為超過2個刀翼的多刀翼鉆頭，刀翼上釬焊PDC齒。其特征是鉆頭本體分為主動攻擊區2和被動攻擊區1，兩個區的PDC齒采用不同的切削角度設計使得兩個區的切削齒對地層的攻擊力不同。

所述主動攻擊區2包含的刀翼數量等于或多于被動攻擊區1包含的刀翼數量。

根據PDC齒的切削角度不同則齒對地層的攻擊力也不同的原理，調整不同部位的PDC齒的切削角度。如圖2所示，鉆頭內錐部PDC齒2.1在主動攻擊區切削仰角采用15度，而在對應的被動攻擊區PDC齒1.1切削仰角采用20度；又如鉆頭鼻部PDC齒2.2在主動攻擊區切削仰角采用18度，而在對應的被動攻擊區PDC齒1.2切削仰角采用22度；再如鉆頭外錐部PDC齒2.3在主動攻擊區切削仰角采用22度，而在對應的被動攻擊區PDC齒1.3切削仰角采用25度。在上述鉆頭的三個部位，其主動攻擊區的切削齒仰角都小于對應的被動攻擊區切削齒仰角，較小的仰角設計使主動攻擊區的攻擊力強于被動攻擊區的攻擊力。

本實用新型工作過程如下：

參見圖1、圖2，本實用新型主動攻擊區2切削齒設計為比被動攻擊區1切削齒具有更強的攻擊能力。同時鉆頭工作時鉆頭全部切削齒的切削合力會產生一個側向力F，該側向力指向主動攻擊區2方向。

鉆頭在鉆進地層時，如圖3所示，由于主動攻擊區2切削齒具有更強的攻擊能力，該區切削齒對地層的切削能力強，同時也意味著地層對主動攻擊區2的反作用力也更大，鉆頭的主動攻擊區2受到的地層反作用力N₁大于被動攻擊區1受到的地層反作用力N₂，兩個反作用力的不平衡則對鉆頭產生一個扭矩M，該扭矩對鉆頭產生一個轉向作用，鉆頭將向主動攻擊區2方向轉動，該轉向即為鉆頭的主動糾斜動力。