[發(fā)明專利]一種自適應(yīng)調(diào)控側(cè)向切削能力的高效破巖鉆頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010087716.5
• 申請(qǐng)日: 2020-02-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111287666B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉永旺;管志川;鄒德永;路保平;馬廣軍;張喆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): E21B10/43
• 分類號(hào): E21B10/43;E21B7/06;E21B12/00
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

本發(fā)明公開(kāi)了一種自適應(yīng)調(diào)控側(cè)向切削能力的高效破巖鉆頭，包括固定連接的鉆頭接頭、鉆頭冠部；鉆頭冠部沿圓周方向均勻設(shè)置有若干鉆頭刀翼，鉆頭刀翼由鉆頭冠部的側(cè)壁延伸至鉆頭冠部的端部；鉆頭刀翼靠近鉆頭接頭一側(cè)的外端面沿徑向向外延伸形成保徑塊；鉆頭刀翼的順時(shí)針?lè)较蚯岸搜啬妇€方向設(shè)置有若干主切削齒；鉆頭刀翼上主切削齒的后端設(shè)置有副切削齒；保徑塊的順時(shí)針?lè)较蚯岸搜啬妇€方向設(shè)置有若干主切削齒；保徑塊上主切削齒的后端設(shè)置有端部可彈性伸縮的保徑副齒。本發(fā)明利用可彈性伸縮的保徑副齒實(shí)現(xiàn)保徑塊上主切削齒對(duì)井壁切削深度自適應(yīng)調(diào)節(jié)，從而起到調(diào)控鉆頭整體側(cè)向切削能力的作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鉆井工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自適應(yīng)調(diào)控側(cè)向切削能力的高效破巖鉆頭。

背景技術(shù)

定向井是油氣開(kāi)發(fā)最主要的井型，定向鉆井是定向井形成的必要手段，造斜和穩(wěn)斜是定向鉆井的兩個(gè)基本過(guò)程，利用一套鉆具完成造斜和穩(wěn)斜過(guò)程(一趟鉆技術(shù))是現(xiàn)代鉆井領(lǐng)域?qū)Χㄏ蚓夹g(shù)提出的技術(shù)要求。其中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的研制為定向井“一趟鉆技術(shù)”實(shí)現(xiàn)提供了設(shè)備支撐，利用側(cè)向推靠力實(shí)現(xiàn)鉆頭側(cè)向切削來(lái)達(dá)到鉆井造斜目的是現(xiàn)有3類旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)造斜方式中的一種，也是應(yīng)用最為廣泛的一種，而提升該種造斜方式的造斜能力和進(jìn)一步提高其鉆井速度是鉆井工程領(lǐng)域一直追求的目標(biāo)。

針對(duì)上面所說(shuō)的利用側(cè)向推靠力實(shí)現(xiàn)造斜過(guò)程的鉆井方式，現(xiàn)有的提升其造斜能力的方法主要包括：增大推靠力；縮短施加的推靠力與鉆頭間的距離；優(yōu)化井底鉆具組合，主要為降低上部鉆具對(duì)推靠力施加單元的干擾。

針對(duì)上面所說(shuō)的利用側(cè)向推靠力實(shí)現(xiàn)造斜過(guò)程的鉆井方式，現(xiàn)有的提升其鉆井速度的方法主要包括：強(qiáng)化鉆井參數(shù)，如鉆壓、水力參數(shù)等；增加提速工具，如動(dòng)力鉆具、射流脈沖發(fā)生工具等；提升鉆頭破巖能力，如利用非平面齒鉆頭、復(fù)合切削鉆頭等。

上述所說(shuō)的現(xiàn)有的提升造斜能力的方法在一定程度上提升了推靠式造斜方式的造斜能力，現(xiàn)有的提高鉆井速度的方法也起到了提高鉆速的效果。然而，在定向鉆井時(shí)，“一趟鉆技術(shù)”中很難同時(shí)提升造斜能力和鉆井速度，具體原因如下：推靠式造斜時(shí)提升造斜能力與提高鉆井速度相矛盾，即造斜能力強(qiáng)則鉆速低，鉆井速度快則造斜能力弱；造斜段與穩(wěn)斜段對(duì)于鉆頭側(cè)向切削能力要求存在矛盾，即造斜段要求鉆頭造斜側(cè)的側(cè)向切削能力強(qiáng)，而穩(wěn)斜段要求鉆頭各個(gè)方向的側(cè)向切削能力一致。

因此，研制一種鉆頭，該鉆頭在定向井造斜段具有較強(qiáng)的側(cè)向切削能力、在穩(wěn)斜段各個(gè)方向的側(cè)向切削能力一致，同時(shí)該鉆頭還具有較高鉆速。則該鉆頭必然可以推動(dòng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)新發(fā)展，使得定向井技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新的臺(tái)階。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自適應(yīng)調(diào)控側(cè)向切削能力的高效破巖鉆頭。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種自適應(yīng)調(diào)控側(cè)向切削能力的高效破巖鉆頭，包括固定連接的鉆頭接頭、鉆頭冠部；

所述鉆頭冠部沿圓周方向均勻設(shè)置有若干鉆頭刀翼，所述鉆頭刀翼由鉆頭冠部的側(cè)壁延伸至鉆頭冠部的端部；

所述鉆頭刀翼靠近鉆頭接頭一側(cè)的外端面沿徑向向外延伸形成保徑塊；所述保徑塊的外端面呈柱面結(jié)構(gòu)，所述保徑塊靠近鉆頭接頭一側(cè)的端面呈斜向上的錐面結(jié)構(gòu)；

所述鉆頭刀翼的順時(shí)針?lè)较蚯岸搜啬妇€方向設(shè)置有若干主切削齒；所述鉆頭刀翼上主切削齒的后端設(shè)置有副切削齒；所述鉆頭刀翼上主切削齒凸出鉆頭刀翼外端面的高度大于鉆頭刀翼上副切削齒凸出鉆頭刀翼外端面的高度；

所述保徑塊的順時(shí)針?lè)较蚯岸搜啬妇€方向設(shè)置有若干主切削齒；所述保徑塊上主切削齒的后端設(shè)置有端部可彈性伸縮的保徑副齒；所述保徑塊上的主切削齒、保徑副齒均凸出保徑塊的外端面；

所述鉆頭接頭的中部沿軸線方向設(shè)置有貫通的鉆井液流道；