一种用于井下钻具的自动冲击钻头制造技术

本发明专利技术提出了一种用于井下钻具的自动冲击钻头，包括：钻头基体，在钻头基体的内部设有轴向延伸的第一腔体和设置在钻头基体上的刀翼内部的第二腔体；设置在第一腔体内的水击脉冲发生装置，用于产生周期性的压力脉冲；以及安装在第二腔体内的破岩齿，破岩齿通过传动轴与水击脉冲发生装置连接，并能够在第二腔体内往复运动；其中，在静阀盘与第一腔体的内壁之间设有弹性件，弹性件和周期性的压力脉冲对水击脉冲发生装置共同作用，能够使水击脉冲发生装置发生往复运动，以形成周期性的冲击力，并将周期性的冲击力通过传动轴传递给破岩齿，从而进行冲击破岩。

【技术实现步骤摘要】
一种用于井下钻具的自动冲击钻头
本专利技术属于油气勘探开发用工具
，具体地涉及一种用于井下钻具的自动冲击钻头。
技术介绍
随着油气田的不断开采，油气开发逐步向更深地层钻进。由于深部地层岩石的硬度高、研磨性强以及可钻性差，对钻井工具的要求也越来越高。现有技术中通常采用牙轮钻头或混合钻头通过挤压或剪切的方式进行混合破岩，从而形成不规则井底，在一定程度上能够破岩效率和钻井速度。然而，由于钻头内部的轴承承受较大的钻压载荷，导致钻头井下工作寿命短，安全性能差。常规PDC钻头仅能切削破岩，无法在井底形成破碎坑等不规则井底，且无法提前释放地应力，在硬地层其机械钻速低，钻井效率低。目前，钻井现场的冲击钻井技术通过施加周期性冲击载荷，以推动PDC钻头冲击地层产生冲击破碎坑，从而使得地应力提前释放，提高钻头破碎地层效率，提高钻井速度。现有的冲击钻井工具例如有射流式冲击器、螺杆式冲击器、水力脉冲型冲击器、空气锤等，这些工具都是在PDC钻头的上部连接一个冲击工具，从而对钻头整体施加冲击力来破碎地层。然而，这类冲击工具的整体功率较大、消耗水力能量较大。并且，由于地面机泵能力的不足，其在深井、超深井中的适用性差。此外，冲击工具推动钻头整体冲击地层，工具冲击参数与PDC钻头不匹配时会导致PDC钻头崩齿或过度磨损，从而造成钻头提前失效，影响钻井施工，且安全性差。
技术实现思路
针对至少一些如上所述的技术问题，本专利技术提出了一种用于井下钻具的自动冲击钻头，该自动冲击钻头能够产生周期性的压力脉冲以形成周期性的冲击力，且能够在钻头切削破岩的同时进行冲击破岩。该自动冲击钻头所需水力能量小，能够显著提高钻头的破岩效率和钻井速度，并能够适用于深井、超深井的钻井施工。为此，根据本专利技术，提出了一种用于井下钻具的自动冲击钻头，包括：钻头基体，在所述钻头基体的内部设有轴向延伸的第一腔体和设置在所述钻头基体上的刀翼内部的第二腔体；设置在所述第一腔体内的水击脉冲发生装置，用于产生周期性的压力脉冲；以及安装在所述第二腔体内的破岩齿，所述破岩齿通过传动轴与所述水击脉冲发生装置连接，并能够在所述第二腔体内往复运动；其中，在所述静阀盘与所述第一腔体的内壁之间设有弹性件，所述弹性件和所述周期性的压力脉冲对所述水击脉冲发生装置共同作用，能够使所述水击脉冲发生装置发生往复运动，以形成周期性的冲击力，并将所述周期性的冲击力通过所述传动轴传递给所述破岩齿，从而进行冲击破岩。在一个优选的实施例中，所述水击脉冲发生装置包括能够在钻井液的作用下转动的叶轮和阀盘机构，所述阀盘机构包括能够相对转动的动阀盘和静阀盘，所述动阀盘与所述叶轮的底座固定连接而能够随所述叶轮转动，以使所述阀盘机构的过流面积呈周期性变化，从而产生周期性的压力脉冲。在一个优选的实施例中，所述动阀盘上设有第一偏心流道，所述静阀盘上设有第二偏心流道，所述第一偏心流道和所述第二偏心流道的截面形状均为圆形，且在所述动阀盘的转动作用下周期性地重合交错，从而使所述阀盘机构的过流面积呈周期性变化。在一个优选的实施例中，在所述静阀盘的与所述动阀盘相对的端面上设有砧体，且所述砧体与所述第二偏心流道径向相对地设置。在一个优选的实施例中，所述砧体的自由端设置成斜面，所述斜面用于与所述传动轴的端面接触。在一个优选的实施例中，在所述传动轴与所述第二腔体之间设有密封件。在一个优选的实施例中，在所述第一腔体的内壁上设有第一台肩，所述弹性件的一端安装在所述第一台肩上，另一端与所述静阀盘的设有砧体的端面接触。在一个优选的实施例中，所述破岩齿包括圆柱形的底座和与所述底座连接的锥型齿体，且所述底座的端面与所述传动轴的端面接触。在一个优选的实施例中，所述底座的直径设置成大于所述锥型齿体的直径，从而在所述底座与所述锥型齿体的连接处形成有台阶部。在一个优选的实施例中，在所述第二腔体的内壁上设有第二台肩，且在所述第二台肩与所述破岩齿的所述台阶部之间设有复位碟簧。附图说明下面将参照附图对本专利技术进行说明。图1显示了根据本专利技术的用于井下钻具的自动冲击钻头的结构。图2显示了图1所示自动冲击钻头中的静阀盘的结构。在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本专利技术的原理，并且未按实际比例绘制。具体实施方式下面通过附图来对本专利技术进行介绍。在本申请中，需要说明的是，将根据本专利技术的用于井下钻具的自动冲击钻头下方到井筒中远离井口的一端定义为下端或相似用语，将靠近井口的一端定义为上端或相似用语。图1显示了根据本专利技术的用于井下钻具的自动冲击钻头100的结构。如图1所示，自动冲击钻头100包括钻头基体10。钻头基体10的钻进端设有若干用于切削破岩的刀翼。钻头基体10的上端设有接头11，接头11用于将自动冲击钻头100安装连接到上部钻具(未示出)上。在一个实施例中，接头11构造成锥形连接扣，从而与上部钻具的接头适配安装，以将自动冲击钻头100固定连接到上部钻具上。自动冲击钻头100的这种接头形式能够保证其与上部钻具之间的连接的紧固性，从而保证其安全性能，且安装方便快捷。根据本专利技术，在钻头基体10的内部设有用于布设零部件的第一腔体12。如图1所示，第一腔体12从钻头基体10的上端面沿轴向向内延伸。第一腔体12的上端部分构造成圆柱形腔体部分，下端部分构造成截面面积先递增后递减的回转形腔体部分。并且，在第一腔体12内的圆柱形腔体部分与回转形腔体部分的连接处形成有第一台肩13。第一台肩13的作用将在下文进行介绍。在本实施例中，在钻头基体10内还设有与第一腔体12连通的第二腔体14。第二腔体14设置在自动冲击钻头100上的刀翼内部。根据本专利技术，可以在自动冲击钻头100的一个或多个刀翼内设置第二腔体14。如图1所示，第二腔体14构造成圆柱形腔体，且第二腔体14的直径小于第一腔体12的圆柱形腔体部分的直径。第二腔体14适应刀翼的分布而设置在刀翼内部，从而使得第二腔体14的轴线与第一腔体12的轴向呈一定角度分布。第二腔体14的一端与第一腔体12连通，另一端延伸至钻头基体10的端部，从而使第一腔体12和第二腔体14共同贯穿钻头基体10。并且，在第二腔体14的靠近刀翼的一端(图1中的下端)部分的直径设置成小于第二腔体14的主体部分的直径，从而在第二腔体14的靠近端部的内壁上形成有第二台肩15。第二台肩15的作用将在下文进行介绍。此外，在钻头基体10内部还设有用于过流钻井液的流道19，流道19与第一腔体12的回转形腔体部分连通，且一直延伸至钻头基体10的末端。工作过程中，来自钻具的钻井液通过钻头基体10内的第一腔体12，进而通过流道19排出。根据本专利技术，自动冲击钻头100还包括水击脉冲发生装置20。如图1所示，水击脉冲发生装置20设置在第一腔体12内，且安装在第一腔体12的圆柱形腔体部分内。水击脉冲发生装置20包括叶轮21，叶轮21能够在钻井液的作用下转动。在一个实施例中，叶轮21构造成螺旋形多叶片结构。在工作工程中，钻井液能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于井下钻具的自动冲击钻头，包括：/n钻头基体(10)，在所述钻头基体的内部设有轴向延伸的第一腔体(12)和设置在所述钻头基体上的刀翼内部的第二腔体(14)；/n设置在所述第一腔体内的水击脉冲发生装置(20)，用于产生周期性的压力脉冲；以及/n安装在所述第二腔体内的破岩齿(40)，所述破岩齿通过传动轴(30)与所述水击脉冲发生装置(20)连接，并能够在所述第二腔体内往复运动；/n其中，在所述静阀盘与所述第一腔体的内壁之间设有弹性件(24)，所述弹性件和所述周期性的压力脉冲对所述水击脉冲发生装置共同作用，能够使所述水击脉冲发生装置发生往复运动，以形成周期性的冲击力，并将所述周期性的冲击力通过所述传动轴传递给所述破岩齿，从而进行冲击破岩。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于井下钻具的自动冲击钻头，包括：
钻头基体(10)，在所述钻头基体的内部设有轴向延伸的第一腔体(12)和设置在所述钻头基体上的刀翼内部的第二腔体(14)；
设置在所述第一腔体内的水击脉冲发生装置(20)，用于产生周期性的压力脉冲；以及
安装在所述第二腔体内的破岩齿(40)，所述破岩齿通过传动轴(30)与所述水击脉冲发生装置(20)连接，并能够在所述第二腔体内往复运动；
其中，在所述静阀盘与所述第一腔体的内壁之间设有弹性件(24)，所述弹性件和所述周期性的压力脉冲对所述水击脉冲发生装置共同作用，能够使所述水击脉冲发生装置发生往复运动，以形成周期性的冲击力，并将所述周期性的冲击力通过所述传动轴传递给所述破岩齿，从而进行冲击破岩。


2.根据权利要求1所述的自动冲击钻头，其特征在于，所述水击脉冲发生装置包括能够在钻井液的作用下转动的叶轮(21)和阀盘机构，所述阀盘机构包括能够相对转动的动阀盘(22)和静阀盘(23)，所述动阀盘与所述叶轮的底座固定连接而能够随所述叶轮转动，以使所述阀盘机构的过流面积呈周期性变化，从而产生周期性的压力脉冲。


3.根据权利要求2所述的自动冲击钻头，其特征在于，所述动阀盘上设有第一偏心流道(221)，所述静阀盘上设有第二偏心流道(231)，所述第一偏心流道和所述第二偏心流道的截面形状均为圆形，且在所述动阀盘的转动作用下周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：玄令超，王甲昌，张海平，孙明光，臧艳彬，张仁龙，刘晓丹，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11