[發明專利]一種高效破巖PDC鉆頭

在審

• 申請號: 202011267649.1
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112267838A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 劉偉;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 劉偉
• 主分類號: E21B10/36
• 分類號: E21B10/36;E21B10/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種高效破巖PDC鉆頭，屬于石油天然氣鉆探技術領域，包括鉆頭體、延伸自鉆頭體或固定鉆頭體上的刀翼，刀翼布齒面上設置有切削齒，相鄰刀翼之間形成鉆井液流道，鉆頭上至少有一個刀翼上設置有沖擊組件；刀翼上設置有滾動槽，沖擊裝置隨傳動裝置一起轉動，并在匹配滾體作用下進入到滾動槽中,沖擊裝置傳動方式為帶傳動。該結構可對巖石進行沖擊預破碎或預損傷，降低巖石強度。匹配滾體進入到滾動槽，進而回縮到刀翼體內不暴露在井底，能避免沖擊裝置受到沖蝕，帶傳動能夠對沖擊裝置進行完全保護，避免沖擊裝置因受載過大而失效，增加沖擊裝置使用壽命，提高鉆頭鉆進效率。

技術領域

本發明屬于石油天然氣、礦山工程、建筑基礎工程施工、地質、水文等鉆探技術領域，特別是涉及一種高效破巖PDC鉆頭。

背景技術

鉆頭是鉆井工程中用以破碎巖石、形成井筒的破巖工具。而PDC鉆頭是鉆井工程中常用的鉆頭工具之一，尤其在現代快速鉆井過程中，PDC鉆頭所取得的進尺數已達到油氣鉆井總進尺的90%以上， PDC鉆頭憑借在鉆進過程中機械鉆速高、鉆進成本低、壽命長等優點，在油氣鉆井中得到了廣泛使用。

在現代快速鉆井技術中，在鉆頭具有良好的攜巖能力的同時，更重要的是要有優良的破巖切削結構，尤其在鉆進強研磨性、高硬度等難鉆地層，由于地層研磨性強、硬度高，常規PDC 鉆頭的切削齒在鉆進過程中經常會發生齒的磨損、崩齒等現象，尤其是鉆頭肩部的切削齒，其磨損速度更快，當鉆頭上一顆齒的磨損發生時，將會增加該齒臨近區域齒的所承受的鉆壓，使臨近區域切削齒的工作載荷大大提高，進而加速臨近區域切削齒齒的快速磨損，當切削齒磨損到一定程度后將會造成刀翼上切削齒的失效，導致其使用壽命快速降低，大大降低鉆頭鉆進效率。

為提高鉆頭鉆進過程中切削齒的使用壽命，增加鉆頭對巖石的侵入能力，國內外越來越多的鉆頭廠家及科研院所將沖擊器與鉆頭配合使用，從而通過沖擊器對鉆頭施加一定的壓力，從而使巖石受力增加，在較大壓力下巖石降低附近區域的應力，從而增加切削齒的刮切能力，而現有的沖擊鉆頭上所安裝的沖擊器中，沖擊裝置均是暴露在井底中，這樣一方面將會造成鉆井液對沖擊裝置的沖蝕現象，減弱沖擊裝置的使用壽命，另一方面，沖擊裝置一直暴露在井底，阻礙了巖屑在井底的運移，影響巖屑的排出，使巖屑在井底發生堆積，進而產生泥包，大大降低鉆頭鉆進效率。

發明內容

本發明目的在于：提出一種高效破巖PDC鉆頭，從而增加鉆頭在強研磨性、高硬度等難鉆地層中的使用壽命，進而提高鉆頭的鉆進效率。

本發明目的通過下述技術方案來實現：

一種高效破巖PDC鉆頭，包括鉆頭體、延伸自鉆頭體或固定在鉆頭體上的若干個刀翼，所述刀翼布齒面上設置有切削齒，相鄰刀翼之間形成鉆井液流道，其特征在于：鉆頭上至少有一個刀翼上設置有沖擊組件，所述沖擊組件由沖擊裝置、滾動裝置、傳動裝置構成；所述刀翼上設置有滾動槽，沖擊裝置隨傳動裝置一起轉動，并在匹配滾體作用下進入到滾動槽中；所述沖擊裝置在沖擊作用下沖擊齒的出露高度高于刀翼上切削齒的出露高度，高度差為Δh；所述沖擊裝置的沖擊作用依靠彈簧、滾動裝置、傳動裝置、匹配滾體共同作用來完成；所述沖擊裝置的沖擊作用傳動方式為帶傳動。

通常情況下，刀翼布齒面是刀翼上用于布置切削齒的表面，與井底表面相對，如圖1中的件號210為刀翼布齒面。