一种用于硬地层的钻头制造技术

本发明专利技术提供了一种用于硬地层的钻头，包括：钻头本体部分，钻头本体部分的下端设有轴向向内延伸的安装腔体；安装到安装腔体中的内置钻头部分；其中，在钻头本体的下端面设有轴向向外延伸的凸外圈，内置钻头部分与钻头本体部分之间的高差能够调节，使内置钻头部分的端面相对于凸外圈的端面轴向向内凹或轴向向外凸，从而使钻头能够对应形成沟槽型钻头模式或扩眼型钻头模式，在沟槽型钻头模式下，凸外圈在井底切削出环形沟槽，并在其内部形成岩芯柱，内置钻头部分对所述岩芯柱进行破碎，从而进行破岩施工，在扩眼型钻头模式下，内置钻头部分在井底钻出导眼，凸外圈对导眼进行扩孔，并对内置钻头部分进行扶正，从而进行破岩施工。工。工。

【技术实现步骤摘要】
一种用于硬地层的钻头


[0001]本专利技术属于油气钻井工具
，具体涉及一种用于硬地层的钻头。

技术介绍

[0002]在油气勘探开采工程中，钻头是旋转钻井施工中必不可少的井下工具，且钻头的设计与选择是提高复杂地层破岩效率、提高钻井速度和降低钻井成本的关键环节。
[0003]目前旋转钻井中最常使用的钻头是PDC钻头，PDC钻头主要靠切削和剪切作用破碎岩石。然而，对于硬地层，常用的PDC钻头仍然存在一些问题，例如，PDC钻头难以吃入硬地层，高效破岩所需的钻压与钻头扭矩的门槛值高，超出了当前设备、钻具或井下工具的工作能力，从而导致硬地层机械钻速低，造成钻井效率低下。PDC钻头无法稳定的吃入地层、无法连续平稳的获得破岩所需的钻头扭矩，在井底会发生横向振动、扭转振动等井下振动，进而诱发涡动、粘滑等运动，容易造成PDC钻头的先期损坏，严重缩短了钻头的使用寿命。另外，距离PDC钻头中心越近，切削齿的切削扭矩与线速度越低，切削齿的切削效率越低，钻头中心部位的岩石不能及时破碎，也会“顶”住钻头，这一方面影响了机械钻速，另一方面会造成钻头掏心，也会影响钻头的使用寿命。在坚硬地层及软硬交错地层，钻头机械钻速慢、寿命短、进尺少等问题严重井底钻井效率，延长了钻井周期，增加了钻井成本。此外，在现有技术中，为了提高钻头在坚硬地层中的使用效果，常用的方法是增加钻头刀翼数量和布齿密度、减小切削齿尺寸等措施，这些措施虽然能够提高钻头的使用寿命，但是明显降低了钻头机械钻速。

技术实现思路

[0004]针对如上所述的技术问题，本专利技术旨在提出一种用于硬地层的钻头，该钻头能够提高钻头吃入硬地层的能力，降低破岩能量消耗，并能够显著提高机械钻速和保证钻头稳定性，从而能够大大提高破岩效率，有效延长其使用寿命。
[0005]为此，根据本专利技术提供了一种用于硬地层的钻头，包括：钻头本体部分，所述钻头本体部分的下端设有轴向向内延伸的安装腔体；安装到所述安装腔体中的内置钻头部分；其中，在所述钻头本体的下端面设有轴向向外延伸的凸外圈，所述内置钻头部分与所述钻头本体部分之间的高差能够调节，使所述内置钻头部分的端面相对于所述凸外圈的端面轴向向内凹或轴向向外凸，从而使所述内置钻头部分能够对应形成沟槽型钻头模式或扩眼型钻头模式，在沟槽型钻头模式下，所述凸外圈在井底切削出环形沟槽，并使所述凸外圈内部的井底岩石形成为顶部呈穹顶形的岩芯柱，所述内置钻头部分对岩芯柱产生拉伸劈裂破坏，从而进行破岩施工。在扩眼型钻头模式下，所述内置钻头部分在井底钻出导眼，所述凸外圈对所述导眼进行扩孔，并对所述内置钻头部分进行扶正，从而进行破岩施工。
[0006]在一个实施例中，在所述凸外圈的端面上设有多个周向分布的第一刀翼，所述第一刀翼沿径向延伸设置，所述第一刀翼的数量为4～9。
[0007]在一个实施例中，所述第一刀翼上设有多个第一切削齿，且至少1个所述第一切削
齿构造为非平面切削齿，所述第一切削齿的直径为8～19mm。
[0008]在一个实施例中，在所述内置钻头部分的端面上设有多个周向分布的第二刀翼，所述第二刀翼沿径向延伸设置，所述第二刀翼的数量为2～5。
[0009]在一个实施例中，所述第二刀翼上设有多个第二切削齿，且至少1个所述第二切削齿构造为为非平面切削齿，所述第二切削齿的直径为8～19mm。
[0010]在一个实施例中，在周向相邻的所述第一刀翼之间形成第一排屑槽，在所述第一排屑槽中设置第一水眼，在周向相邻的第二刀翼之间形成第二排屑槽，在所述第二排屑槽中设置第二水眼。
[0011]在一个实施例中，所述钻头本体部分的外径不小于215.9mm，所述内置钻头部分的外径与所述钻头本体部分的外径之比为0.3～0.6。
[0012]在一个实施例中，在沟槽型钻头模式下，所述内置钻头部分与所述钻头本体部分之间的高差为-50mm～-20mm，在扩眼型钻头模式下，所述内置钻头部分与所述钻头本体部分之间的高差不小于50mm。
[0013]在一个实施例中，在所述内置钻头的心部设有轴向向内延伸的圆柱形孔，在所述圆柱形孔的底部设有内破岩齿，所述内破岩齿能够对形成于所述圆柱形孔内的心部岩石进行破碎。
[0014]在一个实施例中，在所述钻头本体部分的上端面设有用于连接其它钻具的接头。
[0015]与现有技术相比，本申请的优点之处在于：
[0016]根据本专利技术的用于硬地层的钻头能够提高吃入能力，降低破岩能量消耗，非常有利于硬地层提速。钻头通过钻头本体部分和内置钻头部分共同作用，从而对井底岩石进行破岩作业，钻头的冠部形状能够形成多级破岩结构以进行多级破岩作业，显著提高钻头的机械钻速，大大提高了破岩效率，并且有效降低了破岩能量消耗，缓解了钻头恶性振动。钻头本体部分和内置钻头部分共同作用能够对钻头形成有效的扶正，从而有效抑制钻头横向振动，这显著增强了钻头的稳定性，有效延长了钻头的使用寿命。内置钻头心部的微芯结构能够避免未破坏的岩石微芯顶住钻头本体部分，从而避免影响钻头的机械钻速，进一步提高了破岩效率。
附图说明
[0017]下面将参照附图对本专利技术进行说明。
[0018]图1示意性地显示了根据本专利技术的用于硬地层的钻头的结构。
[0019]图2示意性地显示了内置钻头部分与钻头本体部分之间的安装结构。
[0020]图3示意性地显示了图2所示钻头中的钻头本体部分的结构。
[0021]图4示意性地显示了图2所示钻头中的内置钻头部分的结构。
[0022]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
[0023]下面通过附图来对本专利技术进行介绍。
[0024]在本申请中，需要说明的是，将用于硬地层的钻头下放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。
[0025]图1显示了根据本专利技术的用于硬地层的钻头100的结构。如图1所示，钻头100包括钻头本体部分10和内置钻头部分20。钻头本体部分10和内置钻头部分20共同作用，从而对井底岩石进行破碎作业。内置钻头部分20可以模块化生产，通过螺纹连接安装在钻头本体部分10内，也可以与钻头本体部分10加工为一体。
[0026]如图2和图3所示，在钻头本体部分10的下端面设有轴向向内延伸的安装腔体11，安装腔体11用于安装内置钻头部分20。在一个实施例中，内置钻头部分20采用螺纹连接方式与钻头本体部分10形成固定连接。例如，在钻头本体部分10的安装腔体1内设有母接头，在内置钻头部分20的顶部设有公接头，内置钻头部分20通过公接头与母接头适配连接而安装到安装腔体11中。
[0027]根据本专利技术，在钻头本体部分10的下端面设有轴向向外延伸的凸外圈12。凸外圈12呈环形，且处于安装腔体11的径向外侧。在凸外圈12的端面上设有多个在周向上分布的第一刀翼121，第一刀翼121可以设置成在周向上均匀分布或设置成非均匀分布，第一刀翼121本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于硬地层的钻头，包括：钻头本体部分(10)，所述钻头本体部分的下端设有轴向向内延伸的安装腔体；安装到所述安装腔体中的内置钻头部分(20)；其中，在所述钻头本体的下端面设有轴向向外延伸的凸外圈(12)，所述内置钻头部分与所述钻头本体部分之间的高差能够调节，使所述内置钻头部分的端面相对于所述凸外圈的端面轴向向内凹或轴向向外凸，从而使所述钻头能够对应形成沟槽型钻头模式或扩眼型钻头模式，在沟槽型钻头模式下，所述凸外圈在井底切削出环形沟槽，并使所述凸外圈内部的井底岩石形成为顶部呈穹顶形的岩芯柱，并对所述内置钻头部分进行扶正，所述内置钻头部分对岩芯柱产生拉伸劈裂破坏，从而进行破岩施工，在扩眼型钻头模式下，所述内置钻头部分在井底钻出导眼，所述凸外圈对所述导眼进行扩孔，并对所述内置钻头部分进行扶正，从而进行破岩施工。2.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，在所述凸外圈的端面上设有多个周向分布的第一刀翼(121)，所述第一刀翼沿径向延伸设置，所述第一刀翼的数量为4～9。3.根据权利要求2所述的钻头，其特征在于，所述第一刀翼上设有多个第一切削齿(122)，且至少1个所述第一切削齿构造为非平面切削齿，所述第一切削齿的直径为8～19mm。4.根据权利要求2所述的钻头，其特征在于，在所述内置钻头部分的端面上设有多个周向分布的第二刀翼(21...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡群爱，黄松伟，孙连忠，刘匡晓，张辉，王光磊，程光明，赵晨熙，
申请(专利权)人：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：