[發(fā)明專利]具有扭轉(zhuǎn)沖擊功能的分體式鉆頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810496627.9
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108571290B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田家林;何虹志;楊琳;熊潔;周儀;周思奇;黎根銀
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué);南通諧銘科技有限公司;四川諧銘科技有限公司
• 主分類號: E21B10/16
• 分類號: E21B10/16;E21B10/24;E21B10/36
• 代理公司: 藍(lán)天知識產(chǎn)權(quán)代理(浙江)有限公司 33229
• 代理人: 郭亞銀

本發(fā)明涉及一種具有扭轉(zhuǎn)沖擊功能的分體式鉆頭，其主要由鉆頭本體、鉆頭本體接頭、牙輪上體、牙輪下體、振動發(fā)生器組成。鉆頭本體通過其偏置的牙掌軸頸與牙輪下體相連接，牙輪上體安裝在牙輪下體的上端軸頸上，振動發(fā)生器安裝在鉆頭本體內(nèi)，鉆頭本體與鉆頭本體接頭通過螺紋連接；在運(yùn)行時，牙輪下體既隨鉆頭體公轉(zhuǎn)，又繞著鉆頭本體的牙掌軸頸自轉(zhuǎn)，牙輪上體既隨鉆頭體公轉(zhuǎn)，又繞著牙輪下體的上端軸頸自轉(zhuǎn)，鉆頭以旋切方式破碎巖石的同時，牙輪下體的自轉(zhuǎn)運(yùn)動為振動發(fā)生器提供驅(qū)動力，振動發(fā)生器產(chǎn)生周期性的微幅扭轉(zhuǎn)沖擊，有助于降低鉆頭的粘滑現(xiàn)象；牙輪采用分體式結(jié)構(gòu)，小端齒圈和中間齒圈的牙齒刮削效率得以提高，有助于提高鉆頭破巖效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于石油、天然氣鉆井以及其他地質(zhì)鉆探的具有扭轉(zhuǎn)沖擊功能的分體式鉆頭。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，油氣需求量越來越大，而我國淺層油氣資源則口益枯竭，油氣開發(fā)技術(shù)不斷進(jìn)步，油氣井的深度增大，深井、超深井的數(shù)目增多。使鉆井工程面臨的地層工作環(huán)境更加復(fù)雜，鉆井深度不斷增加，巖石在底層圍壓作用下硬度和強(qiáng)度都會有明顯增加，導(dǎo)致鉆頭破巖效率不高。鉆頭在鉆進(jìn)深井地層時，普遍存在鉆進(jìn)速度很慢、鉆井花費(fèi)的成本高，而鉆井速度的提高關(guān)鍵在于如何提高鉆頭的破巖效率。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)實(shí)踐研究數(shù)據(jù)表明，在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的同時對鉆頭施加周期性沖擊載荷，有利于提高鉆頭的破巖效率，提高鉆進(jìn)的速度。

在石油鉆井中，鉆頭是破碎巖石的主要工具，鉆頭在鉆硬或研磨性地層時，通常沒有足夠的扭矩來破碎地層，從而使鉆頭瞬間停止轉(zhuǎn)動。扭轉(zhuǎn)能量儲存在鉆柱中，一旦產(chǎn)生了剪切破碎地層所需的扭矩，鉆柱能量便會釋放，作用在鉆頭的沖擊載荷將比平常高得多，最終導(dǎo)致鉆頭失效。在鉆井過程中，通常配合使用鉆井工具，提供額外的扭轉(zhuǎn)振動，輔助鉆頭破巖。國內(nèi)外各大研究機(jī)構(gòu)研制了各種各樣的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，為鉆頭提供扭轉(zhuǎn)沖擊，從而降低鉆頭的粘滑現(xiàn)象。在目前生產(chǎn)使用的鉆頭中，鉆頭自身不能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，為了降低鉆頭的粘滑現(xiàn)象，僅靠扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具提供額外的扭轉(zhuǎn)沖擊，如果扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具發(fā)生故障，將無法為鉆頭提供額外的扭矩，這將會影響鉆井效率。

牙輪鉆頭主要由鉆頭體和牙輪組成，鉆頭體通過其下端偏置的牙掌軸頸與牙輪相連接，牙輪在運(yùn)行時既隨鉆頭體公轉(zhuǎn)，又繞牙掌軸頸自轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)其刮削破碎巖石的任務(wù)。通常把靠近牙輪底部的齒圈稱為牙輪大端齒圈，簡稱大端齒圈，把靠近牙輪頂部的部分稱為牙輪小端齒圈，簡稱小端齒圈。目前，已用于生產(chǎn)實(shí)際中的牙輪鉆頭大都只有一個牙輪體，即牙輪體在繞牙掌軸頸自轉(zhuǎn)時只有一個自轉(zhuǎn)速度，從而導(dǎo)致從小端齒圈到大端齒圈的牙齒刮削效率將呈現(xiàn)一定的規(guī)律：小端齒圈的牙齒刮削效率最低，大端齒圈的牙齒刮削效率最高，而中間齒圈的牙齒刮削效率介于兩者之間，這將對鉆頭的破巖效率產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供的一種有助于提速增效，提高破巖效率的具有扭轉(zhuǎn)沖擊功能的分體式鉆頭。