石油钻井用钻头及使用方法技术

本发明专利技术涉及石油工业钻井技术领域，特别涉及一种石油钻井用钻头及使用方法。其技术方案是：在中心钻头的外圈设有内层钻头，内层钻头的上端通过内部旋转连接套连接内部旋转套，内部旋转套通过内层传动介轮带动内部旋转套减速旋转，带动下端连接的内层钻头减速旋转实现钻进动作；所述内层钻头的外圈设有外层钻头，外层钻头的上端与外部旋转连接套活动连接，通过外层传动介轮带动外层钻头减速旋转实现钻进动作。有益效果是：本发明专利技术采用三层结构的钻头，可以使外层的钻头的转速降低，进而可以将钻头的直径加大，进一步提高钻进效率，且满足更大孔径的钻井需要；另外，三层结构的钻头内分别安装金刚石复合片，起到延长钻头的使用寿命。命。命。

【技术实现步骤摘要】
石油钻井用钻头及使用方法


[0001]本专利技术涉及石油工业钻井
，特别涉及一种石油钻井用钻头及使用方法。

技术介绍

[0002]在石油钻井行业中，钻头是钻井工作的重要部件，而PDC钻头作为一种耐磨的钻头，是石油工业中常用的钻头，一定程度上延长了使用寿命，但是，在使用过程中，当PDC钻头中的金刚石复合片磨损较大后，还是需要通过钻井机上提钻杆来更换新的PDC钻头；在钻较浅的油井时，更换钻头的时间还比较短；但是当钻几千米的深井时，更换钻头需要一根一根的将钻杆上提，现有的钻杆一般的长度为7
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13米左右，8000米井深就需要1000根左右的钻杆，这样的上提和下入，会造成大量的时间消耗在起下钻杆上，进而造成钻井成本的大幅度攀升，形成高额的钻井费用，因此，降低钻井成本的方法主要有两种：一种是提高PDC钻头的钻进效率，另一种是延长PDC钻头的使用寿命。
[0003]在中国专利号为2021114969843，专利名称为《石油钻井用高速平衡pdc钻头》，该专利技术的中心钻头可以向下钻进，铣削钻头主体可以实现自转和绕着中心钻头做公转的旋转钻进功能，镗削钻头主体绕着中心钻头旋转，降低了镗削钻头主体的旋转速度，减少了外径部位的烧钻现象，提高了钻头的使用寿命。另外，中国专利号为2022103246722，专利名称为《石油钻井用水力喷射旋转组合PDC钻头》，利用钻井液喷射的能量，并在钻头本体外侧加装喷钻扩张器，从而将水力喷射转化为驱动喷钻扩张器高速旋转，进而起到了辅助钻孔的作用，能量得到了充分的利用，提高了钻井效率。还有，中国专利号为2022106756159，专利名称为《石油钻井用锤击式铣削钻头》，该专利技术通过动力弹簧和移动轨道配合，实现锤柄的上下移动，进而带动锤头上下锤击，通过采用向下锤击的方式来增强钻井的效率；本公司新申请的中国专利申请号为2022110439310，专利名称为《石油钻井pdc钻头及使用方法》，其技术方案是：硬质合金钻头的上侧设有钎刮载体，钎刮载体的上侧通过传动介轮连接在中心杆上，钎刮载体的外壁轴向设有刮削刀片，在钎刮载体的内部径向安装凿壁钎具；中心杆的外壁上安设钎凿动力凸块，凿壁钎具在钎凿动力凸块和钎具复位弹簧的作用下形成伸缩动作。该专利技术解决了钻头钻进的同时，实现对钻孔内壁的凿壁动作，钎凿形成的凹坑，改善了钻井的井壁情况，有利于后续固井工艺；但是并未解决硬质合金钻头为整体结构的问题，且不能将硬质合金钻头的直径设计的太大，其原因是：驱动硬质合金钻头的钻杆一方面难以启动钻头旋转，另一方面启动旋转后的钻头外圈的线速度过快，会导致钻头外圈的磨损快；所以，大直径的钻头虽然钻进的效率大，但是由于转动的线速度快，导致钻头外侧的磨损快，使用寿命被降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种石油钻井用钻头及使用方法，采用三层结构的钻头，可以使中心钻头外圈的两个钻头的转速降低，使钻头的中心、内层和外层的切削作用趋于平衡，进而可以将钻头的直径加大，进一步提高钻进效率，
且满足更大孔径的钻井需要；另外，三层结构的钻头内分别利用孔装固定的方式安装硬质切削合金块，使下端磨损消耗掉的钻头，由后面的硬质切削合金块补偿，这样，起到延长钻头的使用寿命，且不降低钻进效率的作用。
[0005]本专利技术提到的一种石油钻井用钻头，其技术方案是：包括中心钻杆和中心钻头，所述中心钻杆的中心设有钻井液通道，中心钻杆的下端设有中心钻头，所述中心钻头内设有钻井液循环孔，中心钻头的外壁嵌有硬质切削合金块，其中，在中心钻头的外圈设有内层钻头，所述内层钻头的上端与内部旋转连接套活动连接，所述内部旋转连接套的上端与内部旋转套活动连接，所述内部旋转套与中心钻杆的外壁之间设有内层上部轴承组、内层介轮支架、内层传动介轮、内部下部轴承组，所述内层介轮支架上安装多个内层传动介轮，内层传动介轮的两端分别安装内层上部轴承组和内部下部轴承组，所述中心钻杆通过内层传动介轮带动内部旋转套减速旋转，内部旋转套通过内部旋转连接套带动下端连接的内层钻头减速旋转实现钻进动作；所述内层钻头的外圈设有外层钻头，所述外层钻头的上端与外部旋转连接套活动连接，所述外部旋转连接套的上端内壁与中心钻杆之间设有上动密封和外层上部轴承组，外层钻头的上端内壁与内部旋转连接套之间安装外层传动介轮、外层介轮支架、外层下部轴承组，所述外层介轮支架上安装多个外层传动介轮，外层介轮支架的下侧设有外层下部轴承组，所述内部旋转连接套通过外层传动介轮带动外层钻头减速旋转实现钻进动作。
[0006]优选的，上述中心钻杆包括钻杆连接头、外层上部第一轴承安装部、内层上部第一轴承安装部、内层第一连接齿轮、内层下部第一轴承安装部、定位密封环安装部、轴承定位环安装槽、齿轮定位环安装槽和钻杆主体，所述钻杆主体的顶部设有钻杆连接头，钻杆连接头的下侧设有圆柱形结构的外层上部第一轴承安装部，外层上部第一轴承安装部的下侧设有圆柱形结构的内层上部第一轴承安装部，内层上部第一轴承安装部的下侧设有内层第一连接齿轮，用于与内层传动介轮啮合，内层第一连接齿轮的下侧设有圆柱形的内层下部第一轴承安装部，内层下部第一轴承安装部的下侧设有定位密封环安装部；所述内层上部第一轴承安装部与内层第一连接齿轮之间设有轴承定位环安装槽，所述内层第一连接齿轮与内层下部第一轴承安装部之间设有齿轮定位环安装槽。
[0007]优选的，上述中心钻头内腔设有的钻井液循环孔连通到中心钻杆的内腔；所述中心钻头的外壁分布有斜向设置的合金块安装孔，在合金块安装孔内分别嵌有硬质切削合金块，中心钻头的下端为锥体结构。
[0008]优选的，上述的内层钻头为圆筒形结构，在内层钻头的上端内侧设有第一内螺纹，内层钻头的中部外壁设有均匀分布的斜向设置的内层合金块安装孔，内层钻头的底部为内部为空腔的锥台结构，且内层钻头的内腔安设中心钻杆带动旋转的中心钻头。
[0009]优选的，上述的外层钻头为圆筒形结构，在外层钻头的上端内侧设有第二内螺纹，用于与外部旋转连接套的下端连接；所述第二内螺纹的下侧设有外层传扭齿轮，用于与多个外层传动介轮啮合；所述外层传扭齿轮的下侧设有外层下部轴承安装部，用于安装外层下部轴承组；所述外层下部轴承安装部的下侧为外层钻头主体，所述外层钻头主体的中部为圆筒形结构，下端为内部为空腔的第二锥台结构，在外层钻头主体的外壁均匀分布有外层合金块安装孔，用于安装硬质切削合金块，所述外层钻头主体的内腔安装内部旋转连接套连接的内层钻头。
[0010]优选的，上述的内部旋转套包括内层上部第二轴承安装部、轴承定位环第二安装槽、内层第二连接齿轮、内层下部第二轴承安装部、内层下部螺纹和内部旋转套主体，所述内部旋转套主体的内腔依次设有内层上部第二轴承安装部、轴承定位环第二安装槽、内层第二连接齿轮、内层下部第二轴承安装部、内层下部螺纹，所述内层第二连接齿轮与中心钻杆的内层第一连接齿轮之间设有多个啮合连接的内层传动介轮，中心钻杆在内层传动介轮的作用下，实现内部旋转套的减速旋转；所述内层下部螺纹与下端的内部旋转连接套螺纹连接，带动内部旋转连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石油钻井用钻头，包括中心钻杆（1）和中心钻头（14），所述中心钻杆（1）的中心设有钻井液通道（1.10），中心钻杆（1）的下端设有中心钻头（14），所述中心钻头（14）内设有钻井液循环孔（14.1），中心钻头（14）的外壁嵌有硬质切削合金块（20），其特征是：在中心钻头（14）的外圈设有内层钻头（13），所述内层钻头（13）的上端与内部旋转连接套（15）活动连接，所述内部旋转连接套（15）的上端与内部旋转套（19）活动连接，所述内部旋转套（19）与中心钻杆（1）的外壁之间设有内层上部轴承组（4）、内层介轮支架（5）、内层传动介轮（6）、内部下部轴承组（8），所述内层介轮支架（5）上安装多个内层传动介轮（6），内层传动介轮（6）的两端分别安装内层上部轴承组（4）和内部下部轴承组（8），所述中心钻杆（1）通过内层传动介轮（6）带动内部旋转套（19）减速旋转，内部旋转套（19）通过内部旋转连接套（15）带动下端连接的内层钻头（13）减速旋转实现钻进动作；所述内层钻头（13）的外圈设有外层钻头（12），所述外层钻头（12）的上端与外部旋转连接套（7）活动连接，所述外部旋转连接套（7）的上端内壁与中心钻杆（1）之间设有上动密封（2）和外层上部轴承组（3），外层钻头（12）的上端内壁与内部旋转连接套（15）之间安装外层传动介轮（9）、外层介轮支架（10）、外层下部轴承组（11），所述外层介轮支架（10）上安装多个外层传动介轮（9），外层介轮支架（10）的下侧设有外层下部轴承组（11），所述内部旋转连接套（15）通过外层传动介轮（9）带动外层钻头（12）减速旋转实现钻进动作。2.根据权利要求1所述石油钻井用钻头，其特征是：所述中心钻杆（1）包括钻杆连接头（1.1）、外层上部第一轴承安装部（1.2）、内层上部第一轴承安装部（1.3）、内层第一连接齿轮（1.4）、内层下部第一轴承安装部（1.5）、定位密封环安装部（1.6）、轴承定位环安装槽（1.7）、齿轮定位环安装槽（1.8）和钻杆主体（1.9），所述钻杆主体（1.9）的顶部设有钻杆连接头（1.1），钻杆连接头（1.1）的下侧设有圆柱形结构的外层上部第一轴承安装部（1.2），外层上部第一轴承安装部（1.2）的下侧设有圆柱形结构的内层上部第一轴承安装部（1.3），内层上部第一轴承安装部（1.3）的下侧设有内层第一连接齿轮（1.4），用于与内层传动介轮（6）啮合，内层第一连接齿轮（1.4）的下侧设有圆柱形的内层下部第一轴承安装部（1.5），内层下部第一轴承安装部（1.5）的下侧设有定位密封环安装部（1.6）；所述内层上部第一轴承安装部（1.3）与内层第一连接齿轮（1.4）之间设有轴承定位环安装槽（1.7），所述内层第一连接齿轮（1.4）与内层下部第一轴承安装部（1.5）之间设有齿轮定位环安装槽（1.8）。3.根据权利要求2所述石油钻井用钻头，其特征是：所述中心钻头（14）内腔设有的钻井液循环孔（14.1）连通到中心钻杆（1）的内腔；所述中心钻头（14）的外壁分布有斜向设置的合金块安装孔（14.2），在合金块安装孔（14.2）内分别嵌有硬质切削合金块（20），中心钻头（14）的下端为锥体结构。4.根据权利要求3所述石油钻井用钻头，其特征是：所述内层钻头（13）为圆筒形结构，在内层钻头（13）的上端内侧设有第一内螺纹（13.1），内层钻头（13）的中部外壁设有均匀分布的斜向设置的内层合金块安装孔（13.2），内层钻头（13）的底部为内部为空腔的锥台结构（13.3），且内层钻头（13）的内腔安设中心钻杆（1）带动旋转的中心钻头（14）。5.根据权利要求4所述石油钻井用钻头，其特征是：所述外层钻头（12）为圆筒形结构，在外层钻头（12）的上端内侧设有第二内螺纹（12.1），用于与外部旋转连接套（7）的下端连接；所述第二内螺纹（12.1）的下侧设有外层传扭齿轮（12.2），用于与多个外层传动介轮（9）啮合；所述外层传扭齿轮（12.2）的下侧设有外层下部轴承安装部（12.3），用于安装外层下
部轴承组（11）；所述外层下部轴承安装部（12.3）的下侧为外层钻头主体（12.4），所述外层钻头主体（12.4）的中部为圆筒形结构，下端为内部为空腔的第二锥台结构，在外层钻头主体（12.4）的外壁均匀分布有外层合金块安装孔（12.4.1），用于安装硬质切削合金块（20），所述外层钻头主体（12.4）的内腔安装内部旋转连接套（15）连接的内层钻头（13）。6.根据权利要求5所述石油钻...

【专利技术属性】
技术研发人员：李西林，孙霏雨，黄运强，刘芹，耿钰泽，
申请(专利权)人：君临德益山东石油科技有限公司，
类型：发明
国别省市：