[發明專利]一種具有抗沖擊性能的防卡鉆鉆頭

有效

• 申請號: 201911026317.1
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110671057B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 李劍虹;李鵬飛;孫源秀
• 申請（專利權）人: 遼寧石油化工大學
• 主分類號: E21B10/62
• 分類號: E21B10/62;E21B17/042;E21B45/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種具有抗沖擊性能的防卡鉆鉆頭，通過螺紋配合與鉆桿連接，由螺紋管頭、芯控連接底座、定位銷和鉆頭本體組成，鉆頭本體由兩個瓣狀鉆體單元構成。鉆頭本體于正常鉆進時，鉆頭本體的圓柱體端作為鉆頭運行前端，當卡鉆現象發生時，芯控連接底座中軸桿上的芯球內置速度感應器連動控制器使定位銷解除對瓣狀鉆體單元的限定，并磁控兩個瓣狀鉆體單元進行分體旋轉，或單個旋轉或兩個異向旋轉，使鉆頭本體呈螺狀或使鉆頭本體的半球體端成為鉆頭運行前端。瓣狀鉆體單元旋轉過程中，充分利用刮、磨、振動、縮徑以及緩沖的原理實現有效解卡，而且鉆頭本體的半球體端成為鉆頭運行前端增強了鉆頭對地層巖石的沖擊作用，具有較高的工程實際應用價值。

技術領域

本發明涉及一種具有抗沖擊性能的防卡鉆鉆頭，即一種通過螺紋連接于鉆桿的鉆井工具，屬于石油工程鉆井工具設計制造與技術領域。

背景技術

鉆井鉆頭主要有刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭及PDC鉆頭。每種鉆頭對地層巖石的切削、磨削以及沖擊等性能均不同，就其破碎巖石方式以及成本的不同而在工程實際操作中顯現出各自的優越性。鉆井操作中，盡管對鉆頭類型進行了優化選擇，對鉆壓和鉆速進行了優化控制，但在鉆頭鉆進或上提過程中，由于沉砂、井塌、落物、砂橋、泥包等各種原因依然會發生卡鉆。

發明內容

考慮對地層巖石的切削和抗沖擊性能，結合卡鉆形成的原因，本發明提供一種表面有刮刀，同時具有抗沖擊性能的防卡鉆鉆頭，能較好地適應軟、中、硬地層，而且可以有效解決沉砂、井塌、落物、砂橋及泥包卡鉆的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

在鉆桿端部安裝具有抗沖擊性能的防卡鉆鉆頭。該鉆頭由螺紋管頭、芯控連接底座、定位銷和鉆頭本體組成。由兩個瓣狀鉆體單元構成的鉆頭本體，正常狀態下一端是圓柱體，另一端是半球體。鉆井過程中，鉆頭正常鉆進時，鉆頭本體的圓柱體一端作為運行前端；卡鉆現象發生時，芯控連接底座中軸桿上的芯球磁控瓣狀鉆體單元分體翻轉，形成的鉆頭本體呈螺狀或鉆頭本體的半球體一端作為運行前端。解卡后，芯球磁控瓣狀鉆體單元翻轉使鉆頭本體的圓柱體一端恢復為運行前端。處于運行前端的鉆頭本體外形上的變化，使鉆頭在卡鉆狀態下下，利用活動、振動、摩擦、刮削、縮徑以及緩沖的原理消除沉砂卡鉆、井塌卡鉆、落物卡鉆、砂橋卡鉆以及泥包卡鉆等問題，達到有效解卡。而且，鉆頭本體呈螺狀或半球體的一端作為運行前端大大增強了中、硬地層中鉆頭的抗沖擊性能。

上述螺紋管頭與鉆桿的螺紋配合用于連接鉆鋌和鉆頭，內部中空，垂直投影面呈圓環形。

上述芯控連接底座主體為圓柱體底座，底座的一側端面帶有中軸桿及芯球，另一側端面與螺紋管頭的圓環面一體化連接。圓柱體底座上均勻分布有若干個中空孔，作為鉆井液等液體的流動通道，孔口的形狀呈圓形、方形或異形。中軸桿與其上的芯球一體化，芯球具有磁性吸附性能，以吸附包裹在其外部的瓣狀鉆體單元。水平方向上芯球最大橫截面上對稱分布有帶卡扣鎖緊的定位銷槽，數量為偶數。芯球內部配有速度感應器及控制器，鉆井過程中，鉆頭本體隨鉆桿運動保持在一定的速度范圍，發生卡轉時，芯球內部的速度感應器監測到鉆頭的旋轉或運行速度達到了下限額定值時，控制器控制定位銷解除對瓣狀鉆體單元的限制，并控制包裹在芯球外部的兩個瓣狀鉆體單元以芯球為軸，以兩個瓣狀鉆體單元的交界面作為旋轉底面進行180度旋轉，進而實現鉆頭本體的外形改變，促進解卡。解卡后，芯球內部的速度感應器監測到鉆頭的旋轉或運行速度恢復到正常速度范圍時，再次控制瓣狀鉆體單元完成旋轉使鉆頭本體恢復到未發生卡鉆前的外形狀態。芯軸控制的瓣狀鉆體單元是分體旋轉，兩個瓣體可一個靜止一個旋轉，也可同時異向旋轉。因此，在兩個瓣狀鉆體單元的交界面處，分體控制兩個瓣狀鉆體單元旋轉的操作，發揮了磨、刮、振動等外力作用，清除了鉆頭本體上的砂、泥、落物等產生卡鉆的物質，達到有效解卡。