[發明專利]自激軸沖與誘導卸荷耦合破巖鉆頭及鉆井提速方法

在審

• 申請號: 202110338814.6
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113107371A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 劉永旺;劉笑傲;劉嘉雄;管志川;鄒德永;廖華林;魏森;張喆;何鑫巖
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/16
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 韓孟霞

本發明公開了一種自激軸沖與誘導卸荷耦合破巖鉆頭，包括鉆頭本體；鉆頭本體的鉆井端設置外部環形破巖部，外部環形破巖部的頭端中部內凹形成中心破巖部；外部環形破巖部沿圓周方向設置有若干刀翼和若干鑲嵌有牙輪切削齒的牙輪；刀翼的徑向外端面上沿母線方向設置若干外環切削齒；中心破巖部的底端面設置中心切削齒；鉆頭本體上設置鉆頭噴嘴。本發明還公開了一種自激軸沖與誘導卸荷耦合破巖鉆井提速方法。本發明可以自動產生軸向沖擊提高鉆頭整體破巖速度、可以耦合誘導卸荷效果進一步強化破巖效率、可以發揮復合切削提升卸荷效果，從而將鉆井速度提升到一個更高水平。

技術領域

本發明屬于鉆井工程技術領域，具體涉及一種自激軸沖與誘導卸荷耦合破巖鉆頭及鉆井提速方法。

背景技術

提高鉆井速度是鉆井工程領域一直的研究熱點，提高破巖效率是提高鉆井速度的最主要途徑之一。旋轉沖擊破巖、復合切削破巖及井底誘導卸荷破巖是目前提高破巖效率的三種有效方法。然而，現有旋轉沖擊破巖所依賴的沖擊力由專用工具產生，旋轉沖擊工具的存在影響了軌跡控制作業、降低了鉆頭水力能量且帶來額外的井下風險；現在的復合切削破巖實現工具為復合鉆頭(獅虎獸)，該鉆頭在多夾層地層及堅硬難鉆地層仍然會出現崩齒、掉牙輪及中心“掏心”等事故；現存的井底誘導卸荷破巖所利用的鉆頭在一定程度上提高了破巖效率，但其卸荷效果有待于進一步提升。

基于以上問題，本申請提出一種自激軸沖與誘導卸荷耦合破巖鉆頭及鉆井提速方法，該鉆頭及鉆井方法可以自動產生軸向沖擊提高鉆頭整體破巖速度、可以耦合誘導卸荷效果進一步強化破巖效率、可以發揮復合切削提升卸荷效果，從而將鉆井速度提升到一個更高水平。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種自激軸沖與誘導卸荷耦合破巖鉆頭及鉆井提速方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

自激軸沖與誘導卸荷耦合破巖鉆頭，包括鉆頭本體；

所述鉆頭本體的鉆井端設置外部環形破巖部，所述外部環形破巖部的頭端中部沿鉆頭軸向內凹形成呈圓形凹槽的中心破巖部；

所述外部環形破巖部沿圓周方向設置有若干刀翼和若干鑲嵌有牙輪切削齒的牙輪；

所述刀翼由中心破巖部的邊緣延伸至鉆頭本體的側壁；

所述牙輪與外部環形破巖部上的相應軸頸進行轉動連接；

所述刀翼的徑向外端面上沿母線方向設置若干外環切削齒；

所述中心破巖部的底端面設置中心切削齒；

所述鉆頭本體上設置鉆頭噴嘴，所述鉆頭噴嘴通過噴嘴流道與鉆頭本體內部的鉆頭內腔相連通。

優選的，所述刀翼面向中心破巖部的豎直連接面呈柱面結構；

所有刀翼的豎直連接面位于同一個軸向圓柱面上，所述軸向圓柱面的中心軸線、中心破巖部的中心軸線均與鉆頭本體的中心軸線共線；

所述軸向圓柱面的直徑與中心破巖部圓形凹槽的直徑一致。

優選的，所述豎直連接面在鉆頭軸向方向的高度與中心破巖部圓形凹槽側壁在鉆頭軸向方向的高度之和h為0.2D～2D；

所述中心破巖部圓形凹槽的直徑d為0.2D～0.8D，D為鉆頭直徑。

優選的，所述牙輪上牙輪切削齒所形成的最外切削輪廓包絡線l₁高于刀翼上外環切削齒所形成的最外切削輪廓包絡線l₂。

優選的，所述鉆頭噴嘴包括設置在刀翼一側外部環形破巖部上的外環噴嘴、設置在中心破巖部底端面上的中心噴嘴；

所述外部環形破巖部內設置的排屑通道與中心破巖部設置的排屑通道相貫通。