[發(fā)明專利]自適應(yīng)切削齒及PDC鉆頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110067800.5
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112878917B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史懷忠;陳振良;黃中偉;田守嶒;宋先知;王海柱;赫文豪
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京);北京億菲神金剛石鉆頭有限公司
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/54;E21B10/62
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 陳燁;張印鐸

本說明書公開一種自適應(yīng)切削齒及PDC鉆頭，該自適應(yīng)切削齒包括：聚晶金剛石層；伸縮桿，伸縮桿沿軸向具有第一端和第二端，第一端和聚晶金剛石層相連；用于容納至少部分伸縮桿的基座，基座與伸縮桿形成相隔離的第一空腔和第二空腔，第一空腔靠近第一端，第二空腔靠近第二端；設(shè)置于第一空腔內(nèi)的彈性件，彈性件具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，彈性件位于第二狀態(tài)時聚晶金剛石層的高度，高于彈性件位于第一狀態(tài)時聚晶金剛石層的高度，彈性件能在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換；設(shè)置于第二空腔內(nèi)的非牛頓流體。本說明書所提供的自適應(yīng)切削齒及PDC鉆頭，能增強鉆頭的穩(wěn)定性、抗沖擊性和穿越軟硬交錯復(fù)雜地層的能力，延長鉆頭使用壽命，降低鉆井成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本說明書涉及鉆頭技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自適應(yīng)切削齒及PDC鉆頭。

背景技術(shù)

本部分的描述僅提供與本說明書公開相關(guān)的背景信息，而不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

PDC鉆頭(Polycrystalline Diamond Compact Bit，聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭)是隨著復(fù)合材料的發(fā)展而發(fā)展起來的一類新型鉆井工具，這種鉆頭使用壽命長，提高鉆井效率顯著。但是聚晶金剛石復(fù)合片(PDC切削齒)的性能制約了PDC鉆頭的使用范圍，PDC切削齒僅適用于軟到中硬地層的高效鉆進(jìn)。

針對深部地層鉆井中的硬地層、研磨性地層以及難鉆不均質(zhì)地層等的鉆頭技術(shù)方面開展了大量研究，從而產(chǎn)生新型PDC切削齒。新型PDC切削齒的改進(jìn)包括以下幾個方面：第一，提高了復(fù)合片自身工作性能和壽命指標(biāo)(例如磨耗比、表面粗糙度、抗沖擊性)和工藝性能指標(biāo)(例如熱穩(wěn)定性)；第二，改變了復(fù)合片的結(jié)構(gòu)，如加厚復(fù)合片、研制非平面交接面型結(jié)構(gòu)復(fù)合片；第三，改變了復(fù)合片的外型，如楔形齒、矩形齒、球頭齒。通過以上改進(jìn)使得PDC鉆頭能夠適應(yīng)硬地層、研磨性地層以及難鉆不均質(zhì)地層。

在鉆井過程中，不同的井段巖性差異較大，通常需要使用不同的鉆頭，造成鉆井成本的增加。此外，在軟硬交錯的復(fù)雜地層的鉆進(jìn)過程中，PDC鉆頭存在沖擊損壞失效嚴(yán)重、機械鉆速低及穩(wěn)定性差等問題。

應(yīng)該注意，上面對技術(shù)背景的介紹只是為了方便對本說明書的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的說明，并方便本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本說明書的背景技術(shù)部分進(jìn)行了闡述而認(rèn)為上述技術(shù)方案為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本說明書的一個目的是提供一種自適應(yīng)切削齒及PDC鉆頭，能增強鉆頭的穩(wěn)定性、抗沖擊性和穿越軟硬交錯復(fù)雜地層的能力，延長鉆頭使用壽命，降低鉆井成本。

為達(dá)到上述目的，本說明書實施方式提供一種自適應(yīng)切削齒，包括：

聚晶金剛石層；

伸縮桿，所述伸縮桿沿軸向具有第一端和第二端，所述第一端和所述聚晶金剛石層相連；

用于容納至少部分所述伸縮桿的基座，所述基座與所述伸縮桿形成相隔離的第一空腔和第二空腔，所述第一空腔靠近所述第一端，所述第二空腔靠近所述第二端；

設(shè)置于所述第一空腔內(nèi)的彈性件，所述彈性件具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，所述彈性件位于所述第二狀態(tài)時所述聚晶金剛石層的高度，高于所述彈性件位于所述第一狀態(tài)時所述聚晶金剛石層的高度，所述彈性件能在所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)之間切換；

設(shè)置于所述第二空腔內(nèi)的非牛頓流體。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述伸縮桿沿軸向具有相連的第一桿部和第二桿部，所述第一桿部背對所述第二桿部的一端與所述聚晶金剛石層相連，所述第一桿部面對所述第二桿部的一端具有環(huán)形安裝面，所述環(huán)形安裝面與所述基座形成所述第一空腔。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述基座面對所述聚晶金剛石層的一端設(shè)有第一凹槽，所述環(huán)形安裝面、所述第一凹槽的壁面和所述第二桿部的周面形成所述第一空腔。