[發明專利]智能油田鉆頭裝置及其控制方法、油田鉆井設備

在審

• 申請號: 202310662116.0
• 申請日: 2023-06-06
• 公開（公告）號: CN116658080A
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 崔志華
• 申請（專利權）人: 河北師范大學
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/62;E21B44/00;E21B17/16;E21B47/01
• 代理公司: 北京中知法苑知識產權代理有限公司 11226
• 代理人: 李明;趙吉陽

本發明提出一種智能油田鉆頭裝置及其控制方法、油田鉆井設備，屬于油田鉆探技術領域。本發明的裝置包括：鉆頭本體、固定葉片組，以及活動葉片組；其中，固定葉片組固定設置于鉆頭本體上；活動葉片組可伸縮地設置于鉆頭本體上，活動葉片組與固定葉片組中的其中一組處于工作位置，以作為工作組，另外一組處于備用位置，以作為備用組；在工作組的葉片需要修復時，通過活動葉片組伸長或縮短以使備用組處于工作位置，工作組處于修復位置。本發明的裝置能夠進行自主判斷，并根據具體工作情況進行實時調整工作組的葉片，整個“修復”“加強”過程在井底下完成的作業形式，無需起鉆，大大減少人工參與，提高鉆井工作效率，節約鉆井成本。

技術領域

本發明屬于油田鉆探技術領域，具體涉及一種智能油田鉆頭裝置及其控制方法、油田鉆井設備。

背景技術

自20世紀80年代以來，智能鉆井技術開始進入人們的視野，信息技術、微電子技術、機器人技術和通信網絡技術與鉆井工程不斷緊密結合和集成化發展，大大促進了石油鉆采技術的革新，決定了石油科技的未來。一些復雜地質條件下的復雜結構井、超深井、超大位移井、深水鉆井和特殊工藝井，難免遇到一些非均質性、不確定性、非結構性的難題，因此，迫切需要借助信息技術、智能技術和當代高端科學技術，從而為智能鉆井技術的理論與技術帶來發展契機。

在鉆井過程中，絕大部分井段會穿過大量的薄互地層，而這些地層中巖性變化較快，這樣就對常規的PDC鉆頭設計帶來了挑戰。傳統的PDC鉆頭通常只有一種固定的結構，并且只能針對某一種巖石類型對其進行優化設計，一旦其進入井眼后，就不能再改動。但是，由于各種復雜地質巖層情況，傳統鉆頭的損壞大多發生在鉆頭的主要工作面，例如，鉆頭主要工作面易發生斷齒、沖蝕、泥包等，從而影響鉆井的工作效率。當鉆頭發生損壞時，需要人工起鉆、更換鉆頭、接單根等一系列工序，工作量巨大，較大程度上影響工作效率，增加鉆井成本。

另外，在一些地質條件下使用傳統的PDC鉆頭能穩定鉆進，但是在復雜地質條件下，特別是在一些復雜地質條件下的復雜結構井、超深井、超大位移井、深水鉆井和特殊工藝井，即巖層下可鉆性較差時，就可能出現不穩定、工作效率低的情況，難以順利完成鉆井作業。這是因為鉆頭在不同巖石類型中過渡時，會產生扭轉振動，從而導致“粘滑”現象。這時鉆頭的咬合會變得非常激進，導致鉆頭被“粘”住，停止鉆進；同時，鉆頭后面的鉆桿會繼續像根彈簧一下扭緊，直到鉆頭脫落或“滑脫”，然后鉆桿會開始不受控地旋轉。“粘滑”現象會導致鉆速降低，嚴重損壞鉆頭及其他部件，從而導致鉆井成本大大增加，油田常常需要進行額外的起下鉆來更換鉆頭或BHA，這無疑會增加大量的鉆井時間。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提供一種智能油田鉆頭裝置及其控制方法、油田鉆井設備，以解決上述技術問題。

本發明的一方面，提出一種智能油田鉆頭裝置，包括：

鉆頭本體；

固定葉片組，固定設置于所述鉆頭本體上；

活動葉片組，可伸縮地設置于所述鉆頭本體上，所述活動葉片組與所述固定葉片組中的其中一組處于工作位置，以作為工作組，另外一組處于備用位置，以作為備用組；

在工作組的葉片需要修復時，通過所述活動葉片組伸長或縮短以使備用組處于工作位置，工作組處于修復位置。

可選地，在所述工作組的葉片需要加強作業時，通過所述活動葉片組伸長或縮短以使所述工作組和所述備用組均處于工作位置。

可選地，所述鉆頭本體背離所述活動葉片組的一側設置有伸縮桿驅動器與伸縮桿；

所述伸縮桿的一端與所述活動葉片組連接，所述伸縮桿的另一端與所述伸縮桿驅動器連接，所述伸縮桿驅動器驅動伸縮桿移動，以驅使所述活動葉片組伸長或縮短。