[發明專利]ONYX360°旋轉PDC鉆頭內外排切削齒連動裝置與方法

在審

• 申請號: 201610821747.2
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN107816322A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 任威嚴;趙夢梨;查永進;樊洪海;汪海閣;紀國棟;王靈碧;劉明鑫
• 申請（專利權）人: 中國石油集團鉆井工程技術研究院;中國石油大學（北京）
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及石油天然氣PDC鉆頭技術領域，具體涉及一種ONYX360°旋轉PDC鉆頭內外排切削齒連動裝置與方法。

背景技術

石油天然氣鉆井作業中，通過鉆頭磨碎地層巖石來鉆成油氣的連接通道，該通道被稱為井眼，通過井眼實現地面與地下油氣資源的連通，從而將地下油氣資源采出地面。其中，鉆頭是直接破碎巖石形成井眼的工具，鉆頭的性能會直接影響鉆井速度。鉆頭按結構分為刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭、和取心鉆頭四大類。其中，聚晶金剛石復合片鉆頭(Polycrystalline Diamond Compact Bits)被簡稱為PDC鉆頭，是金剛石鉆頭的一種，通過PDC鉆頭表面固定的切削齒來破碎巖石，切削齒的主要成分是聚晶金剛石復合片，因其特殊組成成分，破碎巖石效率較高，因此，PDC鉆頭具有杰出的性能和優勢，目前，PDC鉆頭在世界油氣鉆井市場中的鉆井進尺比例已達鉆井總進尺的90％左右。

目前，隨著油氣資源的減少，鉆井的環境不斷惡化和鉆井深度不斷加深，隨著鉆井深度的加深，地下的巖石強度和研磨性也隨之增加，鉆井過程中，PDC鉆頭的切削齒磨損程度更加嚴重，破碎巖石的效率下降明顯，PDC鉆頭使用時間減少，從而降低了鉆進速度，增加鉆井成本。隨著鉆井深度的增加和鉆井環境的惡化，對鉆頭提出了較高的要求，尤其是對使用量極大的PDC鉆頭提出了更高的要求。

史密斯鉆頭公司(Smith Bits)是國際油氣服務商斯倫貝謝公司的下屬子公司，近期研發出ONYX 360旋轉PDC切削齒，是PDC鉆頭的一種，其特點是將原來PDC鉆頭表面固定的切削齒改變為可旋轉的切削齒，此改變提高了鉆頭的使用壽命。因為在鉆井過程中，原有PDC鉆頭的切削齒是固定的，只有切削齒一部分與地層巖石接觸，磨損較嚴重。ONYX 360°旋轉PDC鉆頭的特點是其表面的切削齒在破碎巖石的同時可旋轉轉動，該改變使得切削齒與地層巖石接觸的部分是切削齒的周圍的全部表面，則大大降低了切削齒磨損程度。該鉆頭表面設計的切削齒有外排切削齒和內排切削齒，設計的預想是，在鉆井過程中，內、外排切削齒與地層巖石接觸時都隨著鉆頭的轉動而轉動，然而，在鉆井實際應用過程中，外排切削齒可以轉動，內排切削齒沒有轉動，因為內、外切削齒都可與地層巖石接觸，外排切削齒距鉆頭中心的距離大，線速度較大，外排切削齒能旋轉，而內排切削齒距鉆頭中心位置較近，線速度較小，不能旋轉，使得內排切削齒磨損速度較大，使得鉆頭的使用壽命降低。同樣降低了鉆井速度。

基于以上分析，本發明設計了ONYX360°旋轉PDC鉆頭內外排切削齒連動裝置與方法，旨在通過該裝置將原來靜止的內排切削齒由靜止狀態轉變成轉動狀態，提高內排切削齒的使用壽命，達到提高鉆頭進尺和鉆頭使用壽命的效果，實現提高鉆井速度和降低鉆井成本的目的。其中在鉆頭切削地層的過程中，外排切削齒在圍繞鉆頭公轉的同時圍繞傳動軸旋轉，本裝置在內外排切削齒間添加了4類傳動齒輪，分別為外排傳動齒輪、外排中間齒輪、內排傳動齒輪、內排中間齒輪。外排切削齒通過傳動軸與外排傳動齒輪連接，外排傳動齒輪經過外排中間齒輪與內排傳動齒輪連接，內排傳動齒輪與內排切削齒和內排中間齒輪同時連接，內排中間齒輪與另一個內排傳動齒輪連接，內排傳動齒輪連接再與另一個內排切削齒連接，循環內環一周，從而實現內外排切削齒的連動。

發明內容

本發明的目的在于為ONYX360°旋轉PDC鉆頭內外排切削齒提供一種連動裝置與方法，從而使內排切削齒在切削地層的過程中實現有效轉動，提高內排切削齒的使用壽命，達到提高鉆頭進尺和鉆頭使用壽命的效果，實現提高鉆井速度和降低鉆井成本。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種ONYX360°旋轉PDC鉆頭內外排切削齒連動裝置與方法主要由外排切削齒、傳動軸、外排傳動齒輪、外排中間齒輪、內排傳動齒輪、內排中間齒輪、內排切削齒、凹槽組成；外排切削齒通過傳動軸與外排傳動齒輪連接，外排傳動齒輪經過外排中間齒輪與內排傳動齒輪連接，內排傳動齒輪與內排切削齒和內排中間齒輪同時連接，內排中間齒輪與另一個內排傳動齒輪連接，內排傳動齒輪連接再與另一個內排切削齒連接，一直循環內環一周，從而實現內外排切削齒的連動。

其中傳動軸與所使用的齒輪均位于鉆頭內的凹槽中，該凹槽位于鉆頭的內部，從而能有效防止傳動軸與齒輪的磨損，以確保傳動軸及齒輪在鉆井過程中的持續旋轉。

附圖說明

附圖1為ONYX360°旋轉PDC鉆頭內外排齒連動裝置的結構示意圖；

附圖2為ONYX360°旋轉PDC鉆頭中內外排齒與傳動軸連接的示意圖；