[發(fā)明專利]基于渦輪驅(qū)動的雙速PDC鉆頭

在審

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• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN110029933A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田家林;胡志超;葛桐旭;宋豪林;鄧喆;文峰
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: E21B4/02
• 分類號: E21B4/02;E21B10/567;E21B10/573;E21B10/62
• 代理公司: 成都正華專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李亞男

本發(fā)明公開了一種基于渦輪驅(qū)動的雙速PDC鉆頭，包括上接頭，渦輪軸上、下定位塊，大、小鋼珠，渦輪葉片，外延大鉆頭，渦輪軸，導(dǎo)流接頭，Y形密封圈，外延大鉆頭噴嘴，中心小鉆頭；裝配順序為先將渦輪軸裝上渦輪葉片和導(dǎo)流接頭，組成整體部件；將外延大鉆頭噴嘴、Y形密封圈、裝有小鋼珠的渦輪下定位塊裝入外延大鉆頭內(nèi)，將上述整體部件裝入外延大鉆頭；將中心小鉆頭裝配在導(dǎo)流接頭上；最后依次裝上大鋼珠、渦輪上定位塊、上接頭。本發(fā)明通過鉆井液驅(qū)動外延大鉆頭內(nèi)部渦輪，進而驅(qū)動中心小鉆頭，具有中心小鉆頭與外延大鉆頭以不同的速度鉆進的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石油和天然氣開采領(lǐng)域，具體涉及一種基于渦輪驅(qū)動的雙速PDC鉆頭的設(shè)計。

背景技術(shù)

隨著油氣資源勘探開發(fā)的不斷深入，深井、超深井以及新型油氣資源井越來越多，鉆遇“三高地層”(巖石硬度高、巖石可鉆性級值高、巖石研磨性高)的可能性越來越大，傳統(tǒng)PDC鉆頭在鉆井破巖過程中，心部破巖效率低是制約機械鉆速的一個重要因素。心部破巖效率低的主要原因是破巖過程井眼心部切削齒運動速度低，導(dǎo)致鉆進過程鉆頭心部被巖石“頂”住，井眼中心巖石實際破碎形式為掰斷，而不是牙輪鉆頭的沖擊破碎或者PDC鉆頭的切削破巖。這嚴(yán)重影響了深部硬地層的機械鉆速和勘探開發(fā)成本。機械鉆速與使用壽命是衡量鉆頭性能的兩個重要指標(biāo)，提高機械鉆速一直是鉆井工程的關(guān)鍵問題。在保證一定使用壽命的前提下，提高機械鉆速對于增加鉆頭總進尺、減少起下鉆次數(shù)降低生產(chǎn)費用具有重要意義。針對深部硬地層鉆進過程中機械鉆速低的問題，本發(fā)明的基于渦輪驅(qū)動的雙速PDC鉆頭，能夠利用渦輪驅(qū)動中心小鉆頭先破碎中心的巖石，同時利用鉆柱驅(qū)動外延大鉆頭快速鉆進，有效的提高鉆井作業(yè)效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決背景技術(shù)提到的鉆井過程中，傳統(tǒng)PDC鉆頭心部被巖石“頂”住，導(dǎo)致機械鉆速低的問題，提出了一種基于渦輪驅(qū)動的雙速PDC鉆頭。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：基于渦輪驅(qū)動的雙速PDC鉆頭，由上接頭，渦輪軸上定位塊，大鋼珠，渦輪葉片，外延大鉆頭，渦輪軸，小鋼珠，渦輪軸下定位塊，導(dǎo)流接頭，Y形密封圈，外延大鉆頭噴嘴，中心小鉆頭組成，其特征是：裝配順序為先將渦輪葉片裝配在渦輪軸上，在渦輪軸下端通過螺紋連接上導(dǎo)流接頭，組成整體部件；給外延大鉆頭裝上外延大鉆頭噴嘴，在外延大鉆頭凹槽處裝上Y形密封圈，將渦輪下定位塊裝入外延大鉆頭內(nèi)，在渦輪下定位塊凹槽處裝入小鋼珠，將上述整體部件裝入外延大鉆頭；在導(dǎo)流接頭的另一端通過螺紋連接中心小鉆頭；在渦輪軸上端裝入大鋼珠，再裝入渦輪上定位塊，通過螺紋連接上接頭，裝配完成。

上述方案中的基于渦輪驅(qū)動的雙速PDC鉆頭，其特征在于：導(dǎo)流接頭上開有環(huán)向均布的三個斜孔，鉆井液從外延大鉆頭與導(dǎo)流接頭之間的環(huán)空，通過斜孔進入導(dǎo)流接頭，從而進入中心小鉆頭，鉆進時從中心小鉆頭噴嘴噴出，斜孔有利于降低鉆井液的壓降。

上述方案中的基于渦輪驅(qū)動的雙速PDC鉆頭，其特征在于：渦輪下定位塊和渦輪軸上有凹槽，在兩者凹槽間裝入小鋼珠；鉆進時，渦輪軸驅(qū)動中心小鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖，降低渦輪下定位塊與渦輪軸之間的摩擦阻力。

上述方案中的基于渦輪驅(qū)動的雙速PDC鉆頭，其特征在于：渦輪軸上端與渦輪上定位塊上有凹坑，在兩者凹坑之間裝上大鋼珠；鉆進時，渦輪軸驅(qū)動中心小鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖，降低渦輪上定位塊與渦輪軸之間的摩擦阻力。

上述方案中的基于渦輪驅(qū)動的雙速PDC鉆頭，其特征在于：外延大鉆頭與導(dǎo)流接頭之間設(shè)計有兩個Y形密封圈，兩個Y形密封圈的開口方向相反，上面的朝上，下面的朝下；可以避免鉆井液從外延大鉆頭與導(dǎo)流接頭之間流出來或者流進去。

上述方案中的基于渦輪驅(qū)動的雙速PDC鉆頭，其特征在于：渦輪上定位塊、渦輪下定位塊開有過流通道；鉆井液能夠通過渦輪上定位塊推動渦輪葉片，進而驅(qū)動渦輪軸旋轉(zhuǎn)；之后，鉆井液能夠通過渦輪下定位塊，一部分從外延大鉆頭噴嘴噴射出來，另一部分通過導(dǎo)流接頭進入中心小鉆頭，從噴嘴噴射出來。