[實(shí)用新型]單牙輪PDC同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420439785.8
• 申請(qǐng)日: 2014-08-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204082011U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳元;楊國(guó)輝;方進(jìn)珠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川萬(wàn)吉金剛石鉆頭有限公司
• 主分類號(hào): E21B10/28
• 分類號(hào): E21B10/28
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種石油、天然氣鉆探用隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，特別是一種單牙輪PDC同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭。

背景技術(shù)

鉆頭作為石油、天然氣開(kāi)采行業(yè)中一種常用的井下工具。隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)是近年來(lái)興起的一項(xiàng)鉆井新技術(shù)，其采用的是隨鉆擴(kuò)眼工具邊鉆邊擴(kuò)原理，最終實(shí)現(xiàn)井眼尺寸比領(lǐng)眼鉆頭尺寸大，以達(dá)減小開(kāi)眼尺寸，增大完井尺寸的目的。目前，為了配合膨脹管技術(shù)及非常規(guī)井深結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，在國(guó)外同心隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)發(fā)展迅速。同心隨鉆擴(kuò)眼能夠提高鉆速是由兩個(gè)方面因素控制，一是擴(kuò)眼臺(tái)階處巖石應(yīng)力集中，容易破碎；二是領(lǐng)眼鉆頭較小，能獲得足夠的機(jī)械能量。因此在相同的井底面積下采用隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)比直接采用較大尺寸的鉆頭鉆進(jìn)效果好。

鉆頭是影響深部地層鉆井機(jī)械鉆速的主要因素，現(xiàn)在深部地層鉆井常用的鉆頭有三牙輪鉆頭、PDC鉆頭和單牙輪鉆頭，其中三牙輪鉆頭的明顯缺點(diǎn)是軸承壽命小，它主要靠沖擊、壓碎和小距離刮擠方式破巖，鉆頭接觸井底的牙齒數(shù)變化大，牙齒受力不均勻，軸承壽命短；PDC鉆頭由于結(jié)構(gòu)和工作原理的限制，不僅工作時(shí)候扭矩大，牙齒的沖洗和冷卻困難，而且它對(duì)地層巖性的敏感性較強(qiáng)，不適合鉆進(jìn)礫石地層和軟硬交錯(cuò)的地層；單牙輪比三牙輪鉆頭更適合塑性和強(qiáng)度同時(shí)都大的地層，同時(shí)又適合于PDC鉆頭難以對(duì)付的硬夾層和其它復(fù)雜地層，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸承空間大，使用安全可靠。

現(xiàn)有技術(shù)中同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭使用的領(lǐng)眼鉆頭（外徑較小的鉆頭）均為PDC鉆頭，對(duì)深部的復(fù)雜地層的適應(yīng)性較差，機(jī)械鉆速較高但是不穩(wěn)定，使用壽命較短。但是由于單牙輪鉆頭制造工藝水平的局限性和單牙輪鉆頭在小井眼鉆進(jìn)的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在單牙輪鉆頭外徑都較小，通常為4-1/8寸至7寸（104.8mm-177.8mm)。在深部地層大井眼,井眼尺寸為8-1/2寸至10寸（215.9mm-254mm），還不能直接使用單牙輪鉆頭，限制了單牙輪鉆頭在大井眼的應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的是提供單牙輪PDC同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭,將同心隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)與單牙輪鉆頭的高效破巖結(jié)構(gòu)相結(jié)合，拓展單牙輪鉆頭在深部地層較大尺寸井眼的鉆井的應(yīng)用范圍，并同時(shí)提高同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭的機(jī)械鉆速。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：本實(shí)用新型的單牙輪PDC同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，包括PDC鉆頭和單牙輪鉆頭，其特征在于：?jiǎn)窝垒嗐@頭為領(lǐng)眼鉆頭，PDC鉆頭為擴(kuò)眼鉆頭，其中所述的單牙輪鉆頭的回轉(zhuǎn)軸線與PDC鉆頭的回轉(zhuǎn)軸線重合。單牙輪鉆頭鉆進(jìn)破碎巖石獲得內(nèi)徑較小的井眼，PDC鉆頭鉆進(jìn)將單牙輪鉆頭鉆進(jìn)的井眼擴(kuò)大。

由于有單牙輪鉆頭作為領(lǐng)眼鉆頭的存在，用于噴射鉆井液、冷卻PDC鉆頭切屑齒和沖洗井底巖屑的PDC鉆頭的水力結(jié)構(gòu)空間受到影響。故在PDC鉆頭相鄰刀翼之間的排屑槽上都均勻設(shè)置有一個(gè)固定水眼。固定水眼與可調(diào)的活動(dòng)水眼相比，固定水眼所占用的空間較小，對(duì)于同樣內(nèi)徑的水眼，常規(guī)可調(diào)的活動(dòng)水眼的外徑為25—27mm，固定水眼的尺寸一般在15mm以下。作為優(yōu)選，所述固定水眼的內(nèi)徑為8-15mm。

在上述技術(shù)方案中，可以將單牙輪鉆頭的鉆頭體通過(guò)螺紋連接固定在PDC鉆頭上；為了增加單牙輪鉆頭與PDC鉆頭的連接強(qiáng)度，同時(shí)使用氣體保護(hù)焊焊接單牙輪鉆頭的鉆頭體與PDC鉆頭的排屑槽的相交形成的U型剖口。

作為本實(shí)用新型上述同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述單牙輪鉆頭的鉆頭體與PDC鉆頭成為一體，為整體式結(jié)構(gòu)，無(wú)需再用螺紋連接，減少因螺紋連接失效的井底事故風(fēng)險(xiǎn)。

通常單牙輪鉆頭在小井眼鉆進(jìn)中可以獲得比三牙輪鉆頭和PDC鉆頭更高的機(jī)械鉆速，且具有較高的地層適應(yīng)能力。現(xiàn)有小井眼的常規(guī)尺寸為4-1/8寸、5-7/8寸、6寸、6-1/2寸或6-5/8寸。因此在本實(shí)用新型同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭中作為領(lǐng)眼鉆頭的單牙輪鉆頭外徑為4-1/8寸至7寸（104.8mm-177.8mm)。更進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述單牙輪鉆頭的外徑為4-1/8寸、5-7/8寸、6寸、6-1/2寸或6-5/8寸。

PDC鉆頭將單牙輪鉆頭所鉆的井眼擴(kuò)大，通常深部地層的大井眼尺寸為8-1/2寸、8-3/4寸、9-1/2寸、9-7/8寸或10寸。因此在本實(shí)用新型同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭中作為擴(kuò)眼鉆頭的PDC鉆頭外徑為8-1/2寸—10寸（215.9mm-254mm）。更進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述PDC鉆頭的外徑為8-1/2寸、8-3/4寸、9-1/2寸、9-7/8寸或10寸。