[發(fā)明專(zhuān)利]一種煤礦井高位定向鉆進(jìn)用PDC鉆頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010599190.9
• 申請(qǐng)日: 2020-06-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111764831B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 居培;王傳留;張獻(xiàn)振;高曉亮;朱寧;范運(yùn)林;張朋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): E21B10/54
• 分類(lèi)號(hào): E21B10/54;E21B10/61;E21B10/43;E21B10/62
• 代理公司: 西安恒泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 李婷;趙中霞

本發(fā)明公開(kāi)一種煤礦井高位定向鉆進(jìn)用PDC鉆頭，包括一體成型的鉆頭體和多個(gè)固定刀翼、可拆卸安裝在鉆頭體上的活動(dòng)刀翼以及分別焊接在固定刀翼和活動(dòng)刀翼上的PDC切削齒；固定刀翼布齒面從靠近鉆頭體前端的中心處沿徑向延伸至鉆頭體前端邊緣，保徑面銜接布齒面延伸至鉆頭體前端側(cè)面；布齒面和第二側(cè)面相交線根據(jù)修正的鼴鼠前爪趾輪廓擬合曲線設(shè)計(jì)，PDC切削齒沿該相交線布設(shè)；活動(dòng)刀翼設(shè)在相鄰的固定刀翼之間，活動(dòng)刀翼包括能安裝PDC切削齒的活動(dòng)刀翼布齒面；固定刀翼和活動(dòng)刀翼高出鉆頭體前端的高度一致；在鉆頭體上設(shè)有主流道噴嘴，在固定刀翼上設(shè)有邊刀翼噴嘴。本發(fā)明能提高鉆頭的定向造斜能力以及其在復(fù)雜堅(jiān)硬地層的鉆進(jìn)適應(yīng)能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤礦井鉆進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤礦井高位定向鉆進(jìn)用PDC鉆頭。

背景技術(shù)

煤礦井高位定向鉆進(jìn)技術(shù)可有效解決工作面采動(dòng)卸壓瓦斯抽采問(wèn)題，逐步替代高抽巷成為未來(lái)鉆孔趨勢(shì)。該定向鉆進(jìn)技術(shù)以螺桿馬達(dá)滑動(dòng)定向鉆進(jìn)為主，要求在不建立人工孔底的前提下進(jìn)行鉆孔軌跡控制及分支孔施工，因此要求鉆頭具備較強(qiáng)的側(cè)向鉆進(jìn)能力；同時(shí)鉆頭位于巖層中鉆進(jìn)，受各區(qū)域地質(zhì)條件的影響，要求鉆頭具備一定的鉆進(jìn)硬巖的能力。

目前煤礦井常采用的定向鉆頭為胎體式平底型結(jié)構(gòu)，鉆頭中心設(shè)置一個(gè)較大水眼，PDC切削齒在鉆頭表面呈單齒式分散排布，鉆頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工；但由于其布齒密度小，切削齒切削能力差，且流道設(shè)計(jì)不合理，鉆頭泥包現(xiàn)象嚴(yán)重，最終導(dǎo)致鉆頭磨損較快，鉆進(jìn)效率低。針對(duì)上述問(wèn)題，公告號(hào)CN 205532306U的專(zhuān)利文獻(xiàn)提出了一種煤礦井下定向鉆進(jìn)用鋼體式PDC鉆頭，該鉆頭采用刀翼式刮刀結(jié)構(gòu)，無(wú)內(nèi)錐，且保徑面與刀翼面垂直過(guò)渡，保證了鉆頭的側(cè)鉆開(kāi)分支能力；但切削齒的井底覆蓋率低，當(dāng)鉆進(jìn)復(fù)雜堅(jiān)硬地層時(shí)，切削齒的磨損仍然較為嚴(yán)重；并且由于鉆頭冠部空間的限制，水眼分布數(shù)量有限，井底攜巖效果差，切削齒的清洗冷卻不足。公告號(hào)CN 110306934 A的專(zhuān)利文獻(xiàn)提出了一種雙分支頂板大直徑高位定向長(zhǎng)鉆孔配套鉆頭，該鉆頭在兩兩刀翼之間的鉆頭頭部周緣鑲嵌側(cè)鉆分支柱齒，該柱齒采用四棱錐形切削刃結(jié)構(gòu)，為了保證切削刃頂點(diǎn)位于鉆頭最大徑處并且保證柱齒強(qiáng)度，要求分支柱齒出露鉆頭體的高度明顯小于刀翼的高度，因此在正常鉆進(jìn)時(shí)，分支柱齒不參與碎巖，只起到保徑的作用；只有在大直徑孔內(nèi)側(cè)鉆小直徑分支時(shí)起到輔助劃切下側(cè)壁孔的作用，適用范圍小，不具有普遍性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，本發(fā)明提供了一種煤礦井高位定向鉆進(jìn)用PDC鉆頭，以提高鉆頭的定向造斜能力以及其在復(fù)雜堅(jiān)硬地層的鉆進(jìn)適應(yīng)能力。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案：

一種煤礦井高位定向鉆進(jìn)用PDC鉆頭，包括一體成型的鉆頭體和多個(gè)固定刀翼、可拆卸安裝在鉆頭體上的活動(dòng)刀翼以及分別焊接在固定刀翼和活動(dòng)刀翼上的PDC切削齒；

所述鉆頭體前端設(shè)置所述固定刀翼，后端車(chē)錐形公螺紋，在相鄰固定刀翼之間的鉆頭體上設(shè)有梯形凸起和第一螺釘孔；

多個(gè)固定刀翼沿鉆頭體前端圓周均布，每個(gè)固定刀翼包括布齒面、保徑面、第一側(cè)面和第二側(cè)面；所述布齒面從靠近鉆頭體前端的中心處沿徑向延伸至鉆頭體前端邊緣，所述保徑面銜接布齒面延伸至鉆頭體前端側(cè)面；布齒面和保徑面的同一側(cè)為第一側(cè)面，另一側(cè)為第二側(cè)面；布齒面和第二側(cè)面相交線根據(jù)修正的鼴鼠前爪趾輪廓擬合曲線設(shè)計(jì)；所述PDC切削齒沿該相交線布設(shè)，各固定刀翼上最外側(cè)PDC切削齒位于同一圓上，該圓的直徑為該P(yáng)DC鉆頭的最大直徑；

所述活動(dòng)刀翼設(shè)在相鄰的固定刀翼之間，活動(dòng)刀翼包括能緊貼鉆頭體前端的安裝面、設(shè)在安裝面上且與梯形凸起相對(duì)的梯形凹槽、與第一螺釘孔相對(duì)的第二螺釘孔以及能安裝PDC切削齒的活動(dòng)刀翼布齒面；

所述固定刀翼和活動(dòng)刀翼高出鉆頭體前端的高度一致；

在固定刀翼之間的鉆頭體上設(shè)有主流道噴嘴，在固定刀翼的第一側(cè)面上設(shè)有邊刀翼噴嘴。

本發(fā)明還包括如下技術(shù)特征：