[發明專利]一種定向造斜用自振動PDC鉆頭

在審

• 申請號: 202210092487.5
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114622830A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 姚建林;董仕明;周剛;余晟;劉偉;馮明;付強;干建華;劉彬;馮思恒
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團川慶鉆探工程有限公司
• 主分類號: E21B7/06
• 分類號: E21B7/06;E21B7/18;E21B7/24;E21B10/55;E21B12/00
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 彭紅艷

本發明涉及油氣勘探開發技術領域，特別是涉及一種定向造斜用自振動PDC鉆頭，包括接頭體、鉆頭體和位于接頭體內部的振動單元；所述振動單元包括動閥、靜閥、轉軸、軸承、支撐環和驅動轉軸旋轉的驅動件；所述接頭體與鉆頭體螺紋連接；所述軸承的外圈與接頭體間隙配合，軸承的內圈與轉軸過渡配合；所述支撐環與接頭體螺紋連接，用于支撐軸承；所述動閥與靜閥都為流道偏心閥體；所述動閥固定在轉軸的上部內流道中，所述靜閥固定在接頭體的流道內部；轉軸轉動，動閥和靜閥之間發生相對轉動，動閥和的靜閥之間流道面積發生周期性變化。通過本自振動PDC鉆頭，能有效解決常規PDC鉆頭定向鉆進過程中出現的托壓問題。

技術領域

本發明涉及油氣勘探開發技術領域，特別是涉及一種定向造斜用自振動PDC鉆頭。

背景技術

在石油鉆井過程中，因工程需要有時會進行定向鉆進。參照說明書附圖8，此時井眼軌跡上部是直線，而下部具有一定的曲率。當具有曲率的井段與直井段的角度，即井斜越來越大時，鉆具與井壁之間不可避免的會發生接觸。PDC鉆頭是當今石油和天然氣勘探開發行業廣泛使用的一種破巖工具，它有效地提高了機械鉆具，縮短了鉆井周期。目前，使用常規PDC鉆頭進行定向鉆進過程中，存在摩阻大和扭矩波動大等問題，需多次進行循環短起等輔助操作，造成行程鉆速低和鉆頭壽命短。雖然，PDC鉆頭配合水力振蕩器等工具在定向造斜段使用時有一定提速效果，但因傳遞鉆頭的振動力不足，仍存在托壓現象，難以完全滿足現場需求。工程上在鉆進造斜段時一般采用牙輪鉆頭進行鉆進，但由于滾動軸承等活動原件的存在，牙輪鉆頭工作壽命較短，有時可能需多次起下鉆才能完成造斜段的鉆進，不利于降低鉆進成本。在分析牙輪鉆頭的工作原理后發現，牙輪鉆頭在破巖過程中產生的軸向振動可以緩解托壓。因此，為降低鉆進成本，可使PDC鉆頭具有軸向沖擊能力，以代替牙輪鉆頭鉆進造斜段。目前，在鉆井領域中水力振蕩器可以產生軸向水力沖擊，但其設備長度較長，與PDC鉆頭配合使用無法滿足較高造斜率的要求。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出了一種定向造斜用自振動PDC鉆頭，能有效解決常規PDC鉆頭定向鉆進過程中出現的托壓問題，減小起下鉆的次數，提高鉆進效率，降低鉆進成本。

本發明是通過采用下述技術方案實現的：

一種定向造斜用自振動PDC鉆頭，其特征在于：包括接頭體、鉆頭體和位于接頭體內部的振動單元；所述振動單元包括動閥、靜閥、轉軸、軸承、支撐環和驅動轉軸旋轉的驅動件；所述接頭體與鉆頭體螺紋連接；所述軸承的外圈與接頭體間隙配合，軸承的內圈與轉軸過渡配合；所述支撐環與接頭體螺紋連接，用于支撐軸承；所述動閥與靜閥都為流道偏心閥體；所述動閥固定在轉軸的上部內流道中，所述靜閥固定在接頭體的流道內部；驅動件驅動轉軸與動閥轉動，動閥和靜閥之間發生相對轉動，動閥和靜閥之間的流道面積發生周期性變化，通過水錘沖擊效應形成周期性軸向振擊力，振擊力通過轉軸傳遞到支撐環，支撐環傳遞到接頭體，再由接頭體傳遞到鉆頭體。

還包括卡簧，所述卡簧用于限制靜閥的軸向位移。

所述驅動件為葉輪，所述葉輪與轉軸相連，葉輪轉動帶動轉軸轉動。

所述葉輪采用高強度不銹鋼通過機加工成型，與葉輪相匹配的接頭體的接頭內孔的表面設有耐磨材料涂層。

所述耐磨材料為鈷基WC合金粉末，采用激光熔覆或者熱噴涂完成涂層的加工。

所述葉輪的葉片傾角為30°~60°。

所述轉軸中間的流體通道采用柵格設計，形成柵格形狀的通道，且柵格形狀的通道寬度與葉輪的最小通過尺寸相匹配。

所述柵格形狀的通道寬度比葉輪的最小通過尺寸小2mm以上。

所述接頭體的下部還連接有用于導流的導流盤。

安裝完成的自振動PDC鉆頭的長度為450mm-600mm。

所述葉輪與轉軸采用間隙配合結合鍵槽的方式實現連接。