液压自适应钻头制造技术

本发明专利技术为一种液压自适应钻头，包括钻头本体，钻头本体内设置有顶端开口的中心孔，钻头本体的底端沿周向间隔设置多个切削齿组，各切削齿组包括一靠近钻头本体的径向中心设置的活动齿，活动齿位于钻头本体内部的一端连接设置有允许活动齿伸缩活动的液压自适应结构，各切削齿组还包括多个固定设置于活动齿径向外侧的固定齿。该液压自适应钻头克服现有技术中存在的问题，该钻头具有自动适应岩层变化的能力，能提高复杂地层的钻井效率，降低钻井成本，增强钻头稳定性，降低钻井事故发生的概率，提高钻井收益。

Hydraulic adaptive drill bit

The invention relates to a hydraulic adaptive bit, which comprises a bit body, a center hole with a top opening in the bit body, a plurality of cutting teeth groups are arranged along circumferential intervals at the bottom end of the bit body, each cutting teeth group comprises a movable teeth arranged near the radial center of the bit body, and the movable teeth are located at one end of the bit body. The connection is provided with a hydraulic adaptive structure allowing the movable teeth to expand and contract, and each cutting gear group also includes a plurality of fixed teeth fixed on the radial outer side of the movable teeth. The hydraulic adaptive bit overcomes the problems existing in the existing technology. The bit has the ability to automatically adapt to the changes of rock formations. It can improve the drilling efficiency in complex formations, reduce drilling costs, enhance the stability of the bit, reduce the probability of drilling accidents and improve drilling benefits.

【技术实现步骤摘要】
液压自适应钻头
本专利技术涉及石油钻井
，尤其涉及一种液压自适应钻头。
技术介绍
随着油气勘探开发的不断深入，浅层易开发常规油气资源越来越少，而深部复杂非常规油气资源正逐步成为勘探开发的重点。在深井超深井及复杂地质条件下，经常会遇到诸如花岗岩、硬砂岩、砾岩等难钻岩石，其普遍具有硬度大、非均质强、可钻性差、研磨性高等特点，现在常用的破岩工具常规PDC钻头在破碎这类岩石时往往出现破岩速度慢、钻头寿命短、破岩成本高等问题，给钻井带来新的风险和挑战：(1)新的钻探需求带来的挑战：随着页岩气、致密稠油、地热等非常规资源勘探开发的不断深入，深井、超深井、大位移井和长直水平井正被越来越广泛地应用，和常规浅层直井钻进相比，由于井深和复杂井段数目的增加，钻井风险和成本也急剧提高，这都对PDC钻头个性化设计和综合性能提升提出了更高的要求；(2)特殊地层性质带来的挑战：深部复杂地质条件下，岩石具有更高的硬度、更大的研磨性、更强的抗钻性和更复杂的非均质性，同时由于地层的坍塌破裂压力变化更加复杂，井底温度提升，钻井液性质更加难以控制，这都会导致常规PDC钻头在进行破岩时，钻头难以稳定吃入地层岩石，纵向横向扭转等震动更加剧烈，磨损也更加严重，钻头稳定性、破岩效率、使用寿命均急剧下降，极易发生早期失效和各种复杂的井下事故。常规PDC钻头在这些复杂岩石中钻进时，钻速普遍低于2m/h，总进尺小于60m，一些PDC钻头还会出现进尺小于10m就发生失效的现象，极大地制约了非常规资源的高效勘探开发。针对目前的挑战，有如下几种应对方式：(1)降低钻压和转速来防止事故发生的概率。其不足之处在于：严重降低钻井速度，增加钻井成本；(2)使用井下增压器和冲击工具来提升PDC钻头的破岩效率，从而控制钻井成本，其不足之处在于：加剧了钻头震动、降低了钻头使用寿命和稳定性等；(3)采用PDC-孕镶块混合液压自适应钻头，自动识别地层岩性的变化，从而使钻头更好的适应地层，其不足之处在于：采用简单的倒伏机构结合U形弹簧设计，一定程度上实现了在软硬不同地层自动采用不同切削单元进行切削的目的，但是功能相对单一，并不能在保持PDC齿破岩效率高的同时增加其适应地层的能力，同时由于增加了钻头切削结构的活动性，导致钻头整体强度下降，且该钻头采用取芯钻头设计，并不能用于全尺寸PDC钻头。由此，本专利技术人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种液压自适应钻头，以克服现有技术的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种液压自适应钻头，克服现有技术中存在的问题，该钻头具有自动适应岩层变化的能力，能提高复杂地层的钻井效率，降低钻井成本，增强钻头稳定性，降低钻井事故发生的概率，提高钻井收益。本专利技术的目的是这样实现的，一种液压自适应钻头，包括钻头本体，所述钻头本体内设置有顶端开口的中心孔，所述钻头本体的底端沿周向间隔设置多个切削齿组，各所述切削齿组包括一靠近所述钻头本体的径向中心设置的活动齿，所述活动齿位于所述钻头本体内部的一端连接设置有允许所述活动齿伸缩活动的液压自适应结构，各所述切削齿组还包括多个固定设置于所述活动齿径向外侧的固定齿。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述液压自适应结构包括所述钻头本体内设置的底端开口的第一活塞腔体，所述第一活塞腔体内自底部密封滑动穿设有第一活塞，所述第一活塞的另一端固定连接于所述活动齿上；所述第一活塞腔体的顶部通过第一液管与上部液压结构密封连通。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述第一活塞腔体和所述第一活塞自下而上斜向所述钻头本体的径向外侧设置。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述上部液压结构包括固定设置于所述中心孔内的第二活塞腔体，所述第二活塞腔体内密封滑动设有第二活塞，所述第二活塞的顶部设置有密封滑动穿设通过所述第二活塞腔体顶部的第二活塞杆，所述第二活塞腔体位于所述第二活塞下方的空间构成第二活塞无杆腔，所述第二活塞无杆腔的底部通过所述第一液管与所述第一活塞腔体的顶部密封连通；所述上部液压结构还包括固定设置于所述中心孔内的第三活塞腔体，所述第三活塞腔体内密封滑动设有第三活塞，所述第二活塞杆的顶端密封滑动穿设通过所述第三活塞腔体的底部且与所述第三活塞的底端固定连接，所述第三活塞腔体内位于所述第三活塞下方的空间构成第三活塞有杆腔，所述第三活塞腔体内位于所述第三活塞上方的空间构成第三活塞无杆腔，所述第三活塞无杆腔内设置能缓阻所述第三活塞上下移动的缓阻结构。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述缓阻结构包括一端顶抵连接于所述第三活塞的顶部的缓阻弹簧，所述缓阻弹簧的另一端顶抵于所述第三活塞腔体的顶部；所述第三活塞无杆腔的侧壁顶部通过第二液管和第三液管密封连通于所述第三活塞有杆腔的侧壁底部，所述第二液管上串接有允许液体自所述第三活塞无杆腔流向所述第三活塞有杆腔的第一单向阀，所述第三液管上串接有允许液体自所述第三活塞有杆腔流向所述第三活塞无杆腔的第二单向阀，所述第三液管的内径尺寸大于所述第二液管的内径尺寸，所述第二单向阀的开口尺寸大于所述第一单向阀的开口尺寸。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述缓阻结构还包括固定设置于所述第三活塞无杆腔内的阻液筒，所述阻液筒上设置有上下贯通的过液孔，所述第三活塞的顶部设有向上延伸设置且能穿设通过所述过液孔的阻液柱，所述过液孔的内径尺寸大于所述阻液柱的外径尺寸，所述缓阻弹簧的一端顶抵连接于所述阻液柱的顶端。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述第三活塞上设置有至少一个允许液体自所述第三活塞有杆腔流向所述第三活塞无杆腔的第三单向阀，所述第三单向阀位于所述阻液柱的径向外侧，所述第三单向阀的开口尺寸大于所述第一单向阀的开口尺寸。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述钻头本体的侧壁顶部设置有锥螺纹部。由上所述，本专利技术提供的液压自适应钻头具有如下有益效果：本专利技术的液压自适应钻头中设置活动齿，活动齿伸缩活动，使得本专利技术的液压自适应钻头能自动适应软硬地层的变化，有效地吸收钻削过程中液压自适应钻头跳动的能量，减轻液压自适应钻头的震动，防止粘滑现象的出现；本专利技术的液压自适应钻头能自动调节固定齿的切削深度，提高复杂地层的钻井效率，增强钻头稳定性，降低钻井成本，降低钻井事故发生的概率；本专利技术的液压自适应钻头能在高钻压、高转速的钻井条件下钻井，且能在花岗岩、砾岩和软硬夹层岩等复杂地层中稳定钻井，适应性强，提高钻井收益，利于推广使用。附图说明以下附图仅旨在于对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。其中：图1：为本专利技术的液压自适应钻头的活动齿伸出状态下结构示意图。图2：为本专利技术的液压自适应钻头的活动齿收缩状态下结构示意图。图中：100、液压自适应钻头；1、钻头本体；11、中心孔；111、固定腔；12、锥螺纹部；2、切削齿组；21、活动齿；22、固定齿；3、液压自适应结构；311、第一活塞腔体；312、第一活塞；321、第二活塞腔体；322、第二活塞；323、第二活塞杆；331、第三活塞腔体；332、第三活塞；34、缓阻弹簧；35、阻液筒；351、过液孔；36、阻液柱；41、第一液管；42、第二液管；43、第三液管；51、第一单向阀；52、第二单向阀；53、第三单向阀。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本专利技术的具体实施方式。如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液压自适应钻头，包括钻头本体，所述钻头本体内设置有顶端开口的中心孔，其特征在于，所述钻头本体的底端沿周向间隔设置多个切削齿组，各所述切削齿组包括一靠近所述钻头本体的径向中心设置的活动齿，所述活动齿位于所述钻头本体内部的一端连接设置有允许所述活动齿伸缩活动的液压自适应结构，各所述切削齿组还包括多个固定设置于所述活动齿径向外侧的固定齿。

【技术特征摘要】
1.一种液压自适应钻头，包括钻头本体，所述钻头本体内设置有顶端开口的中心孔，其特征在于，所述钻头本体的底端沿周向间隔设置多个切削齿组，各所述切削齿组包括一靠近所述钻头本体的径向中心设置的活动齿，所述活动齿位于所述钻头本体内部的一端连接设置有允许所述活动齿伸缩活动的液压自适应结构，各所述切削齿组还包括多个固定设置于所述活动齿径向外侧的固定齿。2.如权利要求1所述的液压自适应钻头，其特征在于，所述液压自适应结构包括所述钻头本体内设置的底端开口的第一活塞腔体，所述第一活塞腔体内自底部密封滑动穿设有第一活塞，所述第一活塞的另一端固定连接于所述活动齿上；所述第一活塞腔体的顶部通过第一液管与上部液压结构密封连通。3.如权利要求2所述的液压自适应钻头，其特征在于，所述第一活塞腔体和所述第一活塞自下而上斜向所述钻头本体的径向外侧设置。4.如权利要求2或3所述的液压自适应钻头，其特征在于，所述上部液压结构包括固定设置于所述中心孔内的第二活塞腔体，所述第二活塞腔体内密封滑动设有第二活塞，所述第二活塞的顶部设置有密封滑动穿设通过所述第二活塞腔体顶部的第二活塞杆，所述第二活塞腔体位于所述第二活塞下方的空间构成第二活塞无杆腔，所述第二活塞无杆腔的底部通过所述第一液管与所述第一活塞腔体的顶部密封连通；所述上部液压结构还包括固定设置于所述中心孔内的第三活塞腔体，所述第三活塞腔体内密封滑动设有第三活塞，所述第二活塞杆的顶端密封滑动穿设通过所述第三活塞腔体的底部且与所述第三活塞的底端固定连接，所述第三活塞腔体内位于所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，李军，黄涛，谭天一，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11