[實用新型]一種鉆井用PDC鉆頭

有效

• 申請號: 201520147261.6
• 申請日: 2015-03-16
• 公開（公告）號: CN204532094U
• 公開（公告）日: 2015-08-05
• 發明（設計）人: 陳小元;王委;王治國;湯燕丹;郭忠志;秦春;孟鵬;嚴沾
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中石化江蘇石油工程有限公司
• 主分類號: E21B10/60
• 分類號: E21B10/60;E21B10/61
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 任利國

技術領域

本實用新型涉及一種鉆井用鉆頭，特別涉及一種鉆井用PDC鉆頭，屬于石油鉆井設備技術領域。

背景技術

鉆頭是鉆井破碎巖石的主要工具，從出現至今，針對不同的地層及巖性，已發展成不同的類型和系列。通常在選擇鉆頭的時候，在考慮工程、地質條件的同時，兼顧經濟效益方面因素，主要從以下兩個方面：(1)同一只鉆頭，取得更多的進尺；(2)同樣的時間，獲得更快的機械鉆速。對于同一只鉆頭取得進尺的多少，主要與地質條件、鉆頭制作材料及工程技術參數有關；在地質條件、鉆頭制作材料及工程參數一定的條件下，同樣時間取得更高的機械鉆速，與鉆頭的結構布局有很大關系。

PDC鉆頭即Polycrystalline?Diamond?Compact?bit?聚晶金剛石復合片鉆頭，針對相應的巖性特點，主要是在刀翼數量與布局、復合片強度與布齒、傾角大小、剖面布局、冠面類型及噴嘴流道設計等方面進一步優化。近年來，隨著材料的改良和設計軟件的進步，各廠家在取得進尺更多、機械鉆速更快或兩者兼顧的目標下，鉆頭結構設計基本達到最優化。但從鉆頭腔體內部進一步優化和改進，卻很少涉及。

目前幾乎所有常見的PDC鉆頭內腔僅僅是用作流體的通道，其它功能沒有得到充分開發和拓展。由于常規內腔的PDC鉆頭，在水力學方面，絕大多數都是在井底產生正壓力場，限制了機械鉆速的進一步提高。雖然近年來水力脈沖空化射流接頭、脈沖噴嘴或兩者耦合作用的方式開始應用，但脈沖效果沒有達到最大化，一方面限制了機械鉆速的進一步提高，另一方面也易受到安全和工程條件的制約。

常規PDC鉆頭的不足之處分析如下：

1、常規PDC鉆頭與普通噴嘴組合，鉆井液通過鉆具內水眼、鉆頭內腔后，從噴嘴流出時，由于流體沒有經過擾動，在井底產連續射流，這種連續射流雖然在一定程度上有助于水力破巖和清洗井底，但使巖屑翻滾和運移的程度有限，易造成重復切削；連續射流，還在井底產生相對的正壓力場，對井底巖石有一定的壓制作用，這都限制了機械鉆速的提高。

2、采用脈沖空化射流工具與鉆頭配合時，工具自身的長度加上鉆頭的高度，往往空化發生位置離噴嘴0.5m左右，任何空化射流的有效噴距是一定的，如果有效噴距小于空化發生位置與鉆頭水眼之間的距離，則噴嘴處產生的脈沖射流被削弱，產生水力破巖和清潔井底的效果也被削弱，提高機械鉆速的程度就受到限制。

3、由于脈沖噴嘴的設計受到鉆頭水眼大小及自身強度要求的限制，產生的脈沖效果達不到最大化，另外，在井深以后，隨著井底圍壓的增加，也會削弱脈沖噴嘴的實際效果，這都使得產生水力破巖和清潔井底的效果被削弱，提高機械鉆速的程度也受到限制。

4、鉆井安全的原則之一是盡量簡化鉆具，即鉆具組合中的接頭等應盡可能少，使用脈沖空化射流接頭時，就增加了井下安全隱患；另外，現在大力推廣單彎螺桿連續導向鉆進技術，在需要控制及調整井身軌跡時，由于脈沖空化射流接頭的接入，加大了工程控制及調整井身軌跡的難度。

實用新型內容

本實用新型的目的在于，克服現有技術中存在的問題，提供一種鉆井用PDC鉆頭，可以提高清洗井底的效果和水力破巖的能力。

為解決以上技術問題，本實用新型的一種鉆井用PDC鉆頭，包括鉆頭本體，所述鉆頭本體的上端外周設有鉆頭公扣，所述鉆頭本體的下端安裝有刀翼，所述鉆頭本體的內腔沿軸線設有水流通道，所述水流通道的下部設有與水流通道共軸線的分流區，所述分流區的下部圓周上均勻分布有噴孔，各所述噴孔中分別安裝有噴嘴，所述分流區上方的所述水流通道中設有與水流通道共軸線的風琴管結構，所述風琴管結構自上而下依次設有風琴管進水腔、風琴管諧振腔和風琴管出水口，所述風琴管進水腔、風琴管諧振腔和風琴管出水口呈階梯圓柱孔狀，所述風琴管進水腔的孔徑大于所述水流通道的孔徑且大于所述風琴管諧振腔的孔徑，所述風琴管諧振腔的孔徑大于所述風琴管出水口的孔徑，所述風琴管進水腔的上端進水口與所述水流通道相通，所述風琴管出水口與所述分流區的中心相通。