[實用新型]具有旋轉緩沖結構的復合式金剛石鉆頭

有效

• 申請號: 201820239187.4
• 申請日: 2018-02-10
• 公開（公告）號: CN208106331U
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 楊迎新;張春亮;牛世偉;任海濤
• 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: E21B12/00
• 分類號: E21B12/00;E21B10/43;E21B10/54
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開了一種適于在硬地層定向鉆進的復合式金剛石鉆頭，屬于鉆探領域。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刀翼和至少兩個牙掌、至少兩個由牙輪體與牙齒組成的牙輪、水眼或噴嘴，所述牙輪與牙掌轉動連接，所述刀翼上設置有刮切齒。對于任意兩個相鄰牙輪，在鉆頭的旋轉方向上，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、前牙輪之后的區域設置有至少一個刀翼，且在至少一個刀翼與前牙輪之間，設置有延伸自鉆頭體或固定在鉆頭體上的緩沖座，緩沖座上設置有旋轉緩沖元件。本實用新型鉆頭能夠顯著減輕鉆頭在導向鉆井過程中的沖擊振動，減少刮切齒的沖擊失效，提高鉆頭的可持續鉆進能力。

技術領域

本發明屬于石油天然氣鉆探工程、礦山工程、建筑基礎工程鉆孔施工、地質鉆探、地熱鉆探、水文鉆探、隧道工程、盾構及非開挖等技術設備領域，特別是涉及一種鉆進鉆頭。

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，常用的有聚晶金剛石復合片鉆頭（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合片來剪切巖石，PDC鉆頭憑借在軟到中硬地層中機械鉆速高、壽命長，鉆進成本低等優點，在油氣勘探、地熱鉆井作業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刀翼，刀翼上沿著鉆頭徑向設置有多個切削元件（對PDC鉆頭，切削元件主要是聚晶金剛石復合片，簡稱復合片或PDC齒）。牙輪鉆頭以沖擊壓碎的方式破巖，在井底形成一個個離散的破碎齒坑。在難鉆地層中，兩種鉆頭的表現均不能令人滿意。

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

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”、脫落以及其粘結材料的不斷磨蝕，新的金剛石磨粒不斷出刃繼續工作。孕鑲金剛石鉆頭的這種“磨削”原理，決定了它的應用對象主要為高硬度、強研磨性等不適宜用PDC鉆頭的難鉆甚至極難鉆地層，且一般在高轉速下才能達到相對較好的破巖效果。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（簡稱孕鑲齒）。孕鑲體自身構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構，而孕鑲齒則通常為固結在刀翼孕鑲體上的附加切削結構。在刀翼孕鑲體上增設孕鑲齒，既有助于改善孕鑲鉆頭在鉆遇軟地層時的適應性，更能顯著增加孕鑲金剛石鉆頭切削結構的工作壽命。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成了鉆頭的孕鑲切削結構。盡管孕鑲鉆頭在難鉆地層擁有較長的工作壽命，但機械鉆速仍不盡如意。

自2009年美國貝殼休斯公司推出牙輪—PDC復合鉆頭（簡稱復合鉆頭）產品以來，這種新鉆頭已在油氣開發領域得到了成功應用。在難鉆地層中，相對于常規PDC鉆頭，PDC-牙輪復合鉆頭的工作性能在一定程度上得到了提高。PDC-牙輪復合鉆頭一般由若干個PDC刀翼和兩個或兩個以上牙輪復合而成，PDC刀翼為鉆頭的主切削結構，而牙輪則為輔助切削結構。通常，相鄰兩個牙輪之間具有至少一個PDC刀翼。