[發明專利]一種具有平動刀翼的長壽命PDC鉆頭

在審

• 申請號: 201810103381.4
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108049820A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 楊迎新;戚清亮;林敏;楊燕;鐘云鵬;胡浩然
• 申請（專利權）人: 西南石油大學;成都為一石油科技有限公司
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/62
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 管高峰;錢成岑

本發明公開了一種具有平動刀翼的長壽命PDC鉆頭，涉及一種用于鉆井或地下鉆孔的鉆頭，包括鉆頭體、平動刀翼和平動刀翼支承體，所述平動刀翼支承體延伸自鉆頭體或固定在鉆頭體上，所述平動刀翼上設置有切削元件構成平動切削結構，所述平動刀翼具有初始位，以及相對初始位更遠離鉆頭體的預設工作位，所述平動刀翼能夠通過遠程控制相對所述平動刀翼支承體由初始位經一次平移而運動至預設工作位并鎖定。本發明的目的在于在原有切削齒(例如固定刀翼上的切削齒)被磨損后，能夠在地面通過遠程控制使具有嶄新切削齒的平動刀翼切削結構代替已磨損切削結構繼續鉆進，從而使鉆頭在井下就能完成切削結構的單次甚至多次更新，實現“不起鉆更新鉆頭”的效果。

技術領域

本發明涉及一種用于鉆井或地下鉆孔的鉆頭，用于石油天然氣、地熱、礦山工程、建筑基礎工程施工、地質、水文等鉆探設備技術領域。

背景技術

鉆頭是鉆井工程中用以破碎巖石、形成井筒的破巖工具，常用的有PDC鉆頭和牙輪鉆頭。PDC鉆頭依靠高硬度、耐磨、能自銳的聚晶金剛石復合片來剪切破碎巖石，由于在軟到中硬地層中機械鉆速高、壽命長，鉆進成本低，故在鉆井工程中得到廣泛使用。現有的PDC鉆頭均屬固定切削齒鉆頭，作為切削元件的聚晶金剛石復合片(即PDC齒，亦簡稱齒)按照一定的規律布置并固結在鉆頭體上，構成PDC鉆頭破碎巖石的切削結構。為了及時將井底被鉆頭破碎的巖屑攜帶至地面，同時也為了清洗鉆頭和冷卻切削齒，PDC鉆頭上還需具有水力結構。水力結構通常由鉆頭內流道、外流道和噴射孔組成。為了使鉆頭的切削結構和水力結構達到更好的工作效果，在設計、制造鉆頭時，通常按照一定的規律將PDC齒分成若干組，同組的PDC齒固結在同一個齒座上，每個齒座以及分布于其上的PDC齒構成一個切削結構單元，稱為刀翼或固定刀翼(齒座為刀翼體)。刀翼之間的溝槽就形成了鉆頭的外流道。這種鉆頭為刀翼式PDC鉆頭。刀翼式PDC鉆頭是PDC鉆頭的主要結構類型。雖然PDC鉆頭現在已經廣泛應用于鉆探開發中，PDC鉆頭的非正常失效如崩齒、聚晶金剛石層脫落、掉片、齒柱沖蝕等造成的鉆頭先期失效或當鉆遇硬地層時，PDC鉆頭的鼻部、肩部上及外三分之一半徑上的切削齒磨損加劇，從而大大縮短了鉆頭的壽命，增加起下鉆的次數。在深井、超深井中，頻繁起下鉆將會耗費大量的時間，增加鉆井成本。

現有技術中的長壽命PDC鉆頭，大多是在常規PDC鉆頭切削齒的基礎上增加多排齒(內鑲齒等方式)，當第一排切削齒的出露高度被磨損殆盡后，第二排切削齒才陸續出露參與切削巖石的工作。顯然，當第一排切削齒出露高度為零后，不論新齒是否出露，刀翼本體始終都將會同PDC齒一同參與切削，這將大大減小鉆頭上局部區域的切削齒比壓，削弱了鉆頭對巖石的吃入能力。現有技術中對延長PDC鉆頭壽命的手段雖然在一定程度上使鉆頭更耐用，但同時也使其鉆進效率受到了嚴重影響，并未實現壽命與效率兼顧的效果。