[實(shí)用新型]具有固定緩沖結(jié)構(gòu)的復(fù)合式金剛石鉆頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201820239184.0
• 申請(qǐng)日: 2018-02-10
• 公開（公告）號(hào): CN208137860U
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊迎新;張春亮;牛世偉;任海濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué);成都為一石油科技有限公司
• 主分類號(hào): E21B10/43
• 分類號(hào): E21B10/43;E21B10/54;E21B12/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實(shí)用新型公開了具有固定緩沖結(jié)構(gòu)的復(fù)合式金剛石鉆頭，屬于鉆探領(lǐng)域。鉆頭主要包括鉆頭體、延伸自鉆頭體或固定在鉆頭體上的若干個(gè)刀翼和至少兩個(gè)牙掌、至少兩個(gè)由牙輪體與牙齒組成的牙輪、水眼或噴嘴，所述牙輪與牙掌轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述刀翼上設(shè)置有刮切齒。對(duì)于任意兩個(gè)相鄰牙輪，在鉆頭的旋轉(zhuǎn)方向上，周向位置靠前的為前牙輪，位置靠后的為后牙輪，在后牙輪之前、前牙輪之后的區(qū)域設(shè)置有至少一個(gè)刀翼，且在至少一個(gè)刀翼與前牙輪之間，設(shè)置有延伸自鉆頭體或固定在鉆頭體上的緩沖座，緩沖座上設(shè)置有固定緩沖元件。本實(shí)用新型鉆頭能夠顯著減輕鉆頭在導(dǎo)向鉆井過程中的沖擊振動(dòng)，減少刮切齒的沖擊失效，提高鉆頭的可持續(xù)鉆進(jìn)能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石油天然氣鉆探工程、礦山工程、建筑基礎(chǔ)工程鉆孔施工、地質(zhì)鉆探、地?zé)徙@探、水文鉆探、隧道工程、盾構(gòu)及非開挖等技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，特別是涉及一種鉆進(jìn)鉆頭。

背景技術(shù)

鉆頭是鉆井工程中用以破碎巖石、形成井筒的破巖工具，常用的有聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭（PDC鉆頭）、牙輪鉆頭以及孕鑲金剛石鉆頭。PDC鉆頭依靠高硬度、高耐磨性、具有自銳能力的聚晶金剛石復(fù)合片來剪切巖石，PDC鉆頭憑借在軟到中硬地層中機(jī)械鉆速高、壽命長(zhǎng)，鉆進(jìn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，在油氣勘探、地?zé)徙@井作業(yè)等工程中得到了廣泛使用。以PDC鉆頭為代表的固定刮切齒鉆頭通常都具有若干個(gè)刀翼，刀翼上沿著鉆頭徑向設(shè)置有多個(gè)切削元件（對(duì)PDC鉆頭，切削元件主要是聚晶金剛石復(fù)合片，簡(jiǎn)稱復(fù)合片或PDC齒）。牙輪鉆頭以沖擊壓碎的方式破巖，在井底形成一個(gè)個(gè)離散的破碎齒坑。在難鉆地層中，兩種鉆頭的表現(xiàn)均不能令人滿意。

難鉆地層主要是指地層的可鉆性差，具體表現(xiàn)為巖石的硬度高、不均質(zhì)程度高、研磨性強(qiáng)、溫度高等。這些巖石性質(zhì)條件可能存在各種復(fù)雜的組合、變化，且一般都具有較大的不可預(yù)知性，特別是在深井、超深井的深部地層表現(xiàn)尤其突出。鉆頭在難鉆地層中鉆進(jìn)的壽命短、鉆速慢，是制約鉆井工程降本增效的最大技術(shù)瓶頸之一。

孕鑲金剛石鉆頭也是一種重要的鉆頭種類，它以孕含在刀翼體或刮切齒中的大量金剛石微小顆粒（即金剛石微切削刃）形成的基本切削刃作為切削元件，鉆頭的破巖原理與砂輪的磨削原理相仿，即暴露在鉆頭表面的金剛石微粒以磨削或微切削的方式切削井底巖石，并伴隨著金剛石微粒的逐漸“磨鈍”、脫落以及其粘結(jié)材料的不斷磨蝕，新的金剛石磨粒不斷出刃繼續(xù)工作。孕鑲金剛石鉆頭的這種“磨削”原理，決定了它的應(yīng)用對(duì)象主要為高硬度、強(qiáng)研磨性等不適宜用PDC鉆頭的難鉆甚至極難鉆地層，且一般在高轉(zhuǎn)速下才能達(dá)到相對(duì)較好的破巖效果。將金剛石微粒孕含在胎體式刀翼體中所形成的切削元件稱為刀翼孕鑲體或刀翼孕鑲塊（簡(jiǎn)稱孕鑲體或孕鑲塊），孕含在刮切齒中所形成的切削元件則稱為孕鑲刮切齒（簡(jiǎn)稱孕鑲齒）。孕鑲體自身構(gòu)成了孕鑲金剛石鉆頭刀翼體的一部分，屬于孕鑲鉆頭基本的切削結(jié)構(gòu)，而孕鑲齒則通常為固結(jié)在刀翼孕鑲體上的附加切削結(jié)構(gòu)。在刀翼孕鑲體上增設(shè)孕鑲齒，既有助于改善孕鑲鉆頭在鉆遇軟地層時(shí)的適應(yīng)性，更能顯著增加孕鑲金剛石鉆頭切削結(jié)構(gòu)的工作壽命。孕鑲體、孕鑲齒以及孕鑲體與孕鑲齒的各種組合，均可形成鉆頭的孕鑲切削元件，鉆頭上所有的孕鑲切削元件構(gòu)成了鉆頭的孕鑲切削結(jié)構(gòu)。盡管孕鑲鉆頭在難鉆地層擁有較長(zhǎng)的工作壽命，但機(jī)械鉆速仍不盡如意。

自2009年美國(guó)貝殼休斯公司推出牙輪—PDC復(fù)合鉆頭（簡(jiǎn)稱復(fù)合鉆頭）產(chǎn)品以來，這種新鉆頭已在油氣開發(fā)領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用。在難鉆地層中，相對(duì)于常規(guī)PDC鉆頭，PDC-牙輪復(fù)合鉆頭的工作性能在一定程度上得到了提高。PDC-牙輪復(fù)合鉆頭一般由若干個(gè)PDC刀翼和兩個(gè)或兩個(gè)以上牙輪復(fù)合而成，PDC刀翼為鉆頭的主切削結(jié)構(gòu)，而牙輪則為輔助切削結(jié)構(gòu)。通常，相鄰兩個(gè)牙輪之間具有至少一個(gè)PDC刀翼。