[發明專利]具有自激扭振功能的PDC鉆頭

有效

• 申請號: 201910070265.1
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109898996B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 田家林;楊應林;宋豪林;楊琳;何虹志;胡學華
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B10/38
• 分類號: E21B10/38;E21B10/46
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄

本發明涉及一種具有自激扭振功能的PDC鉆頭，包括鉆頭接頭、上端蓋擋板、上端蓋、上沖擊錘銅套、上換向開關銅套、沖擊殼體、沖擊錘、換向開關、下換向開關銅套、下沖擊錘銅套、中心接頭、鉆頭本體。鉆井液從鉆頭接頭進入具有自激扭振功能的PDC鉆頭內部，從鉆頭水眼流出，部分鉆井液在鉆頭內部經過分流，驅動換向開關和沖擊錘轉動，使換向開關周向碰撞沖擊錘，沖擊錘周向往復碰撞沖擊殼體，產生周向往復沖擊載荷，通過沖擊殼體前端的花鍵結構，將產生的周向沖擊載荷傳遞給鉆頭本體。本發明的具有自激扭振功能的PDC鉆頭可為鉆頭提供額外的鉆井扭矩，加速鉆頭破巖，有效提高鉆井效率。

技術領域

本發明涉及一種用于石油天然氣勘探開發的具有自激扭振功能的PDC鉆頭，尤其是適用于新型油氣資源條件下的油氣井鉆井工程。

背景技術

隨著石油工業的快速發展，淺層石油資源日益枯竭，鉆井工程不得不進行深井、超深井作業，深部地層的提速已成為降低勘探成本的關鍵問題。在正常的鉆井條件下，當PDC鉆頭遇到硬質地層時，通常沒有足夠的扭矩來破碎地層，導使鉆柱時常出現粘滑現象。嚴重的粘滑現象，不僅會損壞鉆柱性能從而使鉆頭過早失效，還會影響井下工具的使用壽命，給鉆井工程造成大量的損失。為了解決鉆井過程中出現的粘滑問題，提出了一些如何有效消除粘滑振動效應等建設性措施。相關研究中，扭轉振動沖擊對于減少鉆柱粘滑效果明顯，而且從破巖的實際工況出發，由于巖石的抗壓強度遠大于其抗剪強度，因此，采用扭轉振動沖擊，對于提高破巖效率與機械鉆速同樣具有重要的實際意義。

從鉆井裝備的發展出發，前期提速增效研究主要基于旋沖、縱向振蕩等方式展開。目前，研究表明扭轉振動沖擊對于破巖增效具有重大創新意義，通過在鉆進過程中，給PDC鉆頭提供額外的沖擊扭矩，可以有效降低PDC鉆頭的磨損，提高機械鉆速。因此，進行扭轉振動沖擊研究對于鉆井工程具有重要意義，為了有效提高鉆井效率，開發新型PDC鉆頭將成為新型油氣資源條件下的關鍵技術裝備，實現油氣鉆井的高效、節能、環保型生產。

發明內容

為了探索解決背景技術中所述的鉆井提速增效，降低PDC鉆頭磨損，提高機械鉆速，本發明提供了一種具有自激扭振功能的PDC鉆頭。本發明的具有自激扭振功能的PDC鉆頭工作時，鉆井液從鉆頭接頭進入鉆頭內部，從鉆頭水眼流出，部分鉆井液在鉆頭內部經過分流，驅動換向開關和沖擊錘轉動，使換向開關周向碰撞沖擊錘，沖擊錘周向往復碰撞沖擊殼體，通過換向開關、沖擊錘和沖擊殼體之間的相互碰撞產生周向往復沖擊載荷，通過沖擊殼體前端的花鍵結構，將產生的周向沖擊載荷傳遞給鉆頭本體，給鉆頭本體施加一個額外的沖擊扭矩，加速鉆頭破巖，提高鉆井效率。