一种具有抗冲击性能的防卡钻钻头制造技术

一种具有抗冲击性能的防卡钻钻头，通过螺纹配合与钻杆连接，由螺纹管头、芯控连接底座、定位销和钻头本体组成，钻头本体由两个瓣状钻体单元构成。钻头本体于正常钻进时，钻头本体的圆柱体端作为钻头运行前端，当卡钻现象发生时，芯控连接底座中轴杆上的芯球内置速度感应器连动控制器使定位销解除对瓣状钻体单元的限定，并磁控两个瓣状钻体单元进行分体旋转，或单个旋转或两个异向旋转，使钻头本体呈螺状或使钻头本体的半球体端成为钻头运行前端。瓣状钻体单元旋转过程中，充分利用刮、磨、振动、缩径以及缓冲的原理实现有效解卡，而且钻头本体的半球体端成为钻头运行前端增强了钻头对地层岩石的冲击作用，具有较高的工程实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种具有抗冲击性能的防卡钻钻头
本专利技术涉及一种具有抗冲击性能的防卡钻钻头，即一种通过螺纹连接于钻杆的钻井工具，属于石油工程钻井工具设计制造与

技术介绍
钻井钻头主要有刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头及PDC钻头。每种钻头对地层岩石的切削、磨削以及冲击等性能均不同，就其破碎岩石方式以及成本的不同而在工程实际操作中显现出各自的优越性。钻井操作中，尽管对钻头类型进行了优化选择，对钻压和钻速进行了优化控制，但在钻头钻进或上提过程中，由于沉砂、井塌、落物、砂桥、泥包等各种原因依然会发生卡钻。
技术实现思路
考虑对地层岩石的切削和抗冲击性能，结合卡钻形成的原因，本专利技术提供一种表面有刮刀，同时具有抗冲击性能的防卡钻钻头，能较好地适应软、中、硬地层，而且可以有效解决沉砂、井塌、落物、砂桥及泥包卡钻的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：在钻杆端部安装具有抗冲击性能的防卡钻钻头。该钻头由螺纹管头、芯控连接底座、定位销和钻头本体组成。由两个瓣状钻体单元构成的钻头本体，正常状态下一端是圆柱体，另一端是半球体。钻井过程中，钻头正常钻进时，钻头本体的圆柱体一端作为运行前端；卡钻现象发生时，芯控连接底座中轴杆上的芯球磁控瓣状钻体单元分体翻转，形成的钻头本体呈螺状或钻头本体的半球体一端作为运行前端。解卡后，芯球磁控瓣状钻体单元翻转使钻头本体的圆柱体一端恢复为运行前端。处于运行前端的钻头本体外形上的变化，使钻头在卡钻状态下下，利用活动、振动、摩擦、刮削、缩径以及缓冲的原理消除沉砂卡钻、井塌卡钻、落物卡钻、砂桥卡钻以及泥包卡钻等问题，达到有效解卡。而且，钻头本体呈螺状或半球体的一端作为运行前端大大增强了中、硬地层中钻头的抗冲击性能。上述螺纹管头与钻杆的螺纹配合用于连接钻铤和钻头，内部中空，垂直投影面呈圆环形。上述芯控连接底座主体为圆柱体底座，底座的一侧端面带有中轴杆及芯球，另一侧端面与螺纹管头的圆环面一体化连接。圆柱体底座上均匀分布有若干个中空孔，作为钻井液等液体的流动通道，孔口的形状呈圆形、方形或异形。中轴杆与其上的芯球一体化，芯球具有磁性吸附性能，以吸附包裹在其外部的瓣状钻体单元。水平方向上芯球最大横截面上对称分布有带卡扣锁紧的定位销槽，数量为偶数。芯球内部配有速度感应器及控制器，钻井过程中，钻头本体随钻杆运动保持在一定的速度范围，发生卡转时，芯球内部的速度感应器监测到钻头的旋转或运行速度达到了下限额定值时，控制器控制定位销解除对瓣状钻体单元的限制，并控制包裹在芯球外部的两个瓣状钻体单元以芯球为轴，以两个瓣状钻体单元的交界面作为旋转底面进行180度旋转，进而实现钻头本体的外形改变，促进解卡。解卡后，芯球内部的速度感应器监测到钻头的旋转或运行速度恢复到正常速度范围时，再次控制瓣状钻体单元完成旋转使钻头本体恢复到未发生卡钻前的外形状态。芯轴控制的瓣状钻体单元是分体旋转，两个瓣体可一个静止一个旋转，也可同时异向旋转。因此，在两个瓣状钻体单元的交界面处，分体控制两个瓣状钻体单元旋转的操作，发挥了磨、刮、振动等外力作用，清除了钻头本体上的砂、泥、落物等产生卡钻的物质，达到有效解卡。上述定位销是具有卡扣的销杆，在芯球销槽和瓣状钻体单元销槽组成的直线连通槽内滑动，对芯球磁控瓣状钻体单元的旋转操作加以限定。在直线连通槽内，当定位销位于芯球与瓣状钻体单元的连接处时，瓣状钻体单元旋转受限；当定位销位于瓣状钻体单元销槽内部，脱离芯球与瓣状钻体单元的连接处时，瓣状钻体单元旋转受限解除，芯球可以磁控瓣状钻体单元分体旋转。上述钻头本体由两个形状相同的瓣状钻体单元构成，两个瓣状钻体单元的交界面与螺纹管头和芯控连接底座的中轴面处于同一平面。两个瓣状钻体单元于水平方向进行对称组合时，钻头本体的外形为拱顶圆柱体，即一端为半球体，另一端为圆柱体，圆柱体的横截断面半径和圆柱体的高度与半球体的半径等值。钻头本体的圆柱体端头侧壁外表面均匀分布有与圆柱体一体化成型的导向刮刀，刮刀沿圆柱体侧壁呈流线形，相邻两个刮刀间形成的凹槽对钻井液等液体起到导向作用，使液体产生旋流且有利于清除井底岩石碎屑；钻头本体的半球体端头外表面均匀分布有高硬度材质的颗粒研磨齿，颗粒研磨齿与半球体一体化成型。钻井过程中，钻头正常钻进时，钻头本体的圆柱体一端作为运行前端，圆柱体表面的刮刀对地层岩石产生剪切和切削作用。卡钻现象发生时，连接底座中心轴上的芯球磁控瓣状钻体单元分体翻转，形成的钻头本体呈螺状或钻头本体的半球体一端作为运行前端。螺状钻头本体的特殊外形在钻井运行中相当于完成升降运行走线，对钻头起到缓冲作用。半球体外表面的颗粒对地层岩石产生碾压和磨削作用，同时半球体作为运行前端可在钻杆的作用的下发挥顿钻冲击作用，有利于岩石的破碎。而且，螺状钻头本体及钻头本体的半球体一端作为运行前端，与地层岩石接触中发挥缩径解卡作用。解卡后，芯控磁球控制瓣状钻体单元翻转使钻头本体的圆柱体一端恢复为运行前端。钻头本体内部有中空杆状凹槽和中空球状凹槽，中空杆状凹槽与芯控连接底座中轴杆上对应，中空球状凹槽与芯控连接底座中轴杆上的芯球对应。钻头本体与芯控连接底座进行组合时，其中空杆状凹槽和中空球状凹槽分别与芯控连接底座的中轴杆和中轴杆上的芯球紧密贴合。上述瓣状钻体单元垂直投影面为半圆形，内部的中空杆状凹槽与半球状凹槽分别与芯控连接底座中轴杆和中轴杆上的芯球相对应，当两个瓣状钻体单元在水平方向上进行对称组合时，所形成的完整中空杆状凹槽与中空球状凹槽正好将芯控连接底座的中轴杆和中轴杆上的芯球紧密包裹。瓣状钻体单元外形分为两个部分，一部分为1/4球体，一部分为1/2圆柱体，圆柱体的横截断面半径和圆柱体的高度与1/4球体的半径等值。瓣状钻体单元的1/4球体部分与1/2圆柱体部分一体化成型，半球体与圆柱体结构分界断面上均匀分布有带卡扣锁紧的定位销槽，与芯球最大横截面上分布的定位销槽数量与位置一致，两部分定位销槽一一对应，每组定位销槽直线连通。每组定位销槽内有一个定位销，通过定位销在定位销槽的活动来控制瓣状钻体与芯球的锁紧与解锁状态。瓣状钻体单元受芯控连接底座中轴杆上的芯球磁性吸附控制，当定位销在定位销槽内且位于瓣状钻体单元和芯球连接处时，瓣状钻体单元处于卡扣锁。瓣状钻体单元以芯球为轴并以两个瓣状钻体单元的交界面作为旋转底面进行180度旋转。瓣状钻体单元发生旋转使钻头本体外形变化后，定位销在定位销槽内重新滑至瓣状钻体单元和芯球的连接处，瓣状钻体单元重新处于卡扣锁紧状态。钻井过程中，钻头正常钻进时，两个瓣状钻体单元组成的钻头本体，钻头运行的前端是圆柱体，另一端是半球体。当卡钻发生时，若一个瓣状钻体单元保持不动，另一个以芯轴为轴进行180度旋转，此时钻头本体呈螺状；若两个瓣状钻体单元均进行180度旋转，钻头运行的前端是半球体，另一端是圆柱体。与现有技术相比，本专利技术采用通过芯球磁控瓣状钻体单元分体旋转及定位销限制的方式改变钻头本体的外形。在钻头本体变化外形的过程中，充分利用刮、磨、振动、缩径以及缓冲的原理，消除沉砂卡钻、井塌卡钻、落物卡钻、砂桥卡钻以及泥包卡钻问题，实现有效解卡。而且，将半球体作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有抗冲击性能的防卡钻钻头，由螺纹管头、芯控连接底座、定位销和钻头本体组成，钻头本体由两个瓣状钻体单元构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有抗冲击性能的防卡钻钻头，由螺纹管头、芯控连接底座、定位销和钻头本体组成，钻头本体由两个瓣状钻体单元构成。


2.根据权利要求1所述的一种具有抗冲击性能的防卡钻钻头，其特征是：钻头本体于正常钻进时，钻头本体的圆柱体端作为钻头运行前端，当卡钻现象发生时，芯控连接底座中轴杆上的芯球控制定位销解除对瓣状钻体单元的限定，并磁控两个瓣状钻体单元进行分体旋转，使钻头本体呈螺状或使钻头本体的半球体端成为钻头运行前端，瓣状钻体单元旋转过程中，充分利用刮、磨、振动、缩径以及缓冲的原理实现有效解卡，而且钻头本体的半球体端成为钻头运行前端增强了钻头对地层岩石的冲击作用。


3.根据权利要求1所述的一种具有抗冲击性能的防卡钻钻头，所述的芯控连接底座主体为圆柱体底座，底座的一侧端面带有中轴杆及芯球，另一侧端面与螺纹管头的圆环面一体化连接，圆柱体底座上均匀分布有若干个中空孔，作为钻井液等液体的流动通道，孔口的形状呈圆形、方形或异形。


4.根据权利要求3所述的一种具有抗冲击性能的防卡钻钻头，所述的芯控连接底座中轴杆与其上的芯球一体化，芯球具有磁性吸附性能，以吸附包裹在其外部的瓣状钻体单元，水平方向上芯球最大横截面上对称分布有带卡扣锁紧的定位销槽，定位销槽的数量为偶数。


5.根据权利要求1所述的一种具有抗冲击性能的防卡钻钻头，所述的定位销是具有卡扣的销杆，通过芯球销槽和瓣状钻体单元销槽组成的直线连通槽内滑动，对芯球磁控瓣状钻体单元旋转进行限制，当定位销位于芯球与瓣状钻体单元的连接处时，瓣状钻体单元旋转受限，当定位销脱离芯球与瓣状钻体单元的连接处时，瓣状钻体单元旋转受限解除，芯球可以磁控瓣状钻体单元分体旋转。


6.根据权利要求1所述的一种具有抗冲击性能的防卡钻钻头，所述的钻头本体由两个形状相同的瓣状钻体单元构成，两个瓣状钻体单元的交界面与螺纹管头和芯控连接底座的中轴面处于同一平面，两个瓣状钻体单元在水平方向进行对称组合时，钻头本体的外形为拱顶圆柱体，即一端为半球体，另一端为圆柱体，圆柱体的横截断面半径和圆柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑虹，李鹏飞，孙源秀，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21