一种冲击刮切复合破岩的PDC钻头制造技术

本发明专利技术供了一种冲击刮切复合破岩的PDC钻头，包括：具有破岩刀翼的本体，所述本体内限定有流体流通的第一通道。以及冲击组件，所述冲击组件包括具有第一内腔的外套；以及设置在所述第一内腔中的冲击齿。在所述冲击齿与第一内腔之间形成有与第一通道相连通的第二通道，流过第二通道的流体能够产生使所述冲击齿从处于第一内腔中的第一位置运动至伸出本体的第二位置的作用力。同时，所述冲击组件还包括能够使冲击齿保持在第一位置的弹性件。其中，在所述第一通道内还设置有动力控制组件，所述动力控制组件能够周期性地切断第一通道和第二通道之间的连通。通道之间的连通。通道之间的连通。

【技术实现步骤摘要】
一种冲击刮切复合破岩的PDC钻头


[0001]本专利技术涉及油气勘探领域，具体涉及一种冲击刮切复合破岩的PDC钻头。

技术介绍

[0002]在近年来的钻井作业中，深井和超深井的勘探开发比例不断增加。由于深部地层岩石硬度增大，导致常规PDC钻头存在PDC切削齿难以吃入地层、机械钻速低等问题，这些技术问题大大降低了深部油气资源的勘探钻井效率。如果通过地面提高钻压转速的方法提高PDC钻头的吃入深度和机械钻速，容易导致PDC齿磨损加剧、钻头粘滑振动、PDC齿崩齿失效等问题，这些问题不仅制约了机械钻速进一步提升，还极大地影响了钻头使用寿命。
[0003]为提高PDC钻头破岩效率、消除PDC钻头的粘滑振动现象，现有的技术是在PDC钻头上加装旋转冲击钻井工具、扭力冲击器或复合冲击工具。通过冲击切削复合破岩的方法提高PDC钻头的破岩效率和机械钻速，利用有序振动抑制底部钻具及钻头的无序振动。
[0004]现有的各类冲击工具都是通过给钻头整体提供一个周期性的高频冲击载荷，实现动静载耦合提高PDC钻头的破岩效率。这种将冲击载荷整体施加到PDC钻头再分散到各个PDC切削齿的方法会致使PDC单齿冲击力和冲击破岩效果不足、硬地层提速不明显。
[0005]同时，现有的各类冲击器结构比较复杂，部分工具长度可达2
‑
5m，对钻井液水力能量消耗比较大，限制了其适用范围。冲击器安装在钻头与弯螺杆之间时也会严重影响钻具组合造斜率，不适于定向钻井过程中使用。

技术实现思路

[0006]针对如上所述的技术问题，本专利技术旨在提出一种冲击刮切复合破岩的PDC钻头，本专利技术的钻头结构简单，能够有效提高PDC钻头的冲击破岩效果和使用寿命。
[0007]根据本专利技术，提供了一种冲击刮切复合破岩的PDC钻头，包括：具有破岩刀翼的本体，所述本体内限定有流体流通的第一通道。以及冲击组件，所述冲击组件包括具有第一内腔的外套；以及设置在所述第一内腔中的冲击齿。在所述冲击齿与第一内腔之间形成有与第一通道相连通的第二通道，流过第二通道的流体能够产生使所述冲击齿从处于所述第一内腔中的第一位置运动至伸出所述本体的第二位置的作用力。同时，所述冲击组件还包括能够使所述冲击齿保持在第一位置的弹性件。
[0008]其中，在所述第一通道内还设置有动力控制组件，所述动力控制组件能够周期性地切断第一通道和第二通道之间的连通。
[0009]在一个优选的实施例中，所述动力控制组件包括设置在所述第一通道内的旋转动力装置，以及套设在所述旋转动力装置上的转动环，所述旋转动力装置能够在流体作用下旋转，带动所述转动环转动。
[0010]在一个优选的实施例中，在所述转动环上还套设有固定环，所述转动环和固定环的周向上各设置有至少一个排液孔，所述转动环和固定环上的排液孔分别与所述旋转动力装置和第二通道相连通。
[0011]在一个优选的实施例中，所述旋转动力装置设置为螺旋叶片。
[0012]在一个优选的实施例中，所述冲击齿的外壁上构造有台阶部，所述台阶部远离所述第二通道的一侧的冲击齿外壁上设置有固定螺母，所述弹性件设置在所述台阶部和限位螺母所形成的凹槽内。
[0013]在一个优选的实施例中，所述第二通道具有靠近第一通道的进液段和远离第一通道的排液段，所述进液段的宽度大于排液段的宽度。
[0014]在一个优选的实施例中，在所述冲击齿上还设置有一个或多个伸入所述第二通道的延伸部。
[0015]在一个优选的实施例中，所述本体内具有第二内腔，所述冲击组件设置在所述第二内腔中，所述冲击齿构造为当处于第一位置时位于所述第一内腔内。
[0016]在一个优选的实施例中，当所述冲击齿位于第二位置时，所述冲击齿与钻头轴线的夹角的范围设置为0
°‑
90
°
。
[0017]在一个优选的实施例中，所述冲击齿设置为锥形齿、斧形齿或球形齿，所述冲击齿采用硬质合金或聚晶金刚石制成。
附图说明
[0018]下面将参照附图对本专利技术进行说明。
[0019]图1显示了根据本专利技术的冲击刮切复合破岩的PDC钻头的示意图。
[0020]图2为图1所示的冲击刮切复合破岩的PDC钻头100的转动环和固定环的俯视图。
[0021]图3为图1所示的冲击刮切复合破岩的PDC钻头100的冲击组件的示意图。
[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]图1显示了根据本专利技术的一个实施例的冲击刮切复合破岩的PDC钻头100。如图1所示，冲击刮切复合破岩的PDC钻头100包括本体10。在所述本体10的第一端11上设置有接头12，通过所述接头12将本体10连接在钻杆(未示出)上，随着钻杆一同下入油井之中。在所述本体10的第二端13上设置有多个破岩刀翼16，所述破岩刀翼16上均匀地布置有多个切削齿161。通过所述破岩刀翼16带动切削齿161旋转实现破岩作业。这一结构是本领域的工作人员所熟知的，在此略去对其的详细描述。
[0025]如图1所示，在所述本体10内限定有流体流通的第一通道18。所述流体例如可以是钻井液、高压气体。同时，在所本体10上还连接有冲击组件20。所述冲击组件20包括冲击齿21，以及套设在所述冲击齿上的外套22。所述外套22具有柱状的第一内腔221。所述第一内腔221的第一端222具有开口223。所述冲击齿21设置在所述第一内腔221内。
[0026]同时，在所述第一内腔221的第二端224与冲击齿21的轴向之间具有第一间隙225，所述第一间隙225的两端分别与所述第一通道18相连通，使得所述第一间隙225形成为与所述第一通道18相连通的供流体流通的第二通道226。所述流体例如可以是钻井液、高压气体。
[0027]容易理解，当高压的流体沿着所述第一内腔221的径向流过第二通道226时，会在所述第二通道226的侧壁上形成垂直于所述第二通道226的压力。在这一压力的推动下，所述冲击齿21会沿着第一内腔221的轴向由初始的位于第一内腔中的第一位置运动至伸出所述开口223的第二位置。所述压力越大，冲击齿21沿第一内腔221的轴向运动的位移越大。
[0028]同时，在所述冲击组件20上还包括能够使所述冲击齿21保持在第一位置的弹性件211。所述弹性件211例如可以是不同弹性刚度的弹簧或碟簧。具体地，在所述冲击齿的外壁上构造有台阶部212，在所述台阶部212远离第二通道226的一侧的冲击齿21的外壁上设置有固定螺母214。所述弹性件211设置在所述台阶部212和限位螺母214所形成的凹槽215内。
[0029]如图1所示，所述固定螺母214固定地连接在所述第一内腔221的侧壁上，使得所述固定螺母214能够配合冲击齿21密封所述开口223。防止第二通道226内的高压流体经所述开口223流出第一内腔221，造成第二通道2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冲击刮切复合破岩的PDC钻头，包括：具有破岩刀翼(16)的本体(10)，所述本体内限定有流体流通的第一通道(18)，和冲击组件(20)，所述冲击组件包括具有第一内腔(221)的外套(22)，以及设置在所述第一内腔中的冲击齿(21)，在所述冲击齿与第一内腔之间形成有与第一通道相连通的第二通道(226)，流过第二通道的流体能够产生使所述冲击齿从处于所述第一内腔中的第一位置运动至伸出所述本体的第二位置的作用力，所述冲击组件还包括能够使所述冲击齿保持在第一位置的弹性件(211)，其中，在所述第一通道内还设置有动力控制组件(30)，所述动力控制组件能够周期性地切断第一通道和第二通道之间的连通。2.根据权利要求1所述的冲击刮切复合破岩的PDC钻头，其特征在于，所述动力控制组件包括设置在所述第一通道内的旋转动力装置(31)，以及套设在所述旋转动力装置上的转动环(32)，所述旋转动力装置能够在流体作用下旋转，带动所述转动环转动。3.根据权利要求2所述的冲击刮切复合破岩的PDC钻头，其特征在于，在所述转动环上还套设有固定环(33)，所述转动环和固定环的周向上各设置有至少一个排液孔(321)，所述转动环和固定环上的排液孔分别与所述旋转动力装置和第二通道相连通。4.根据权利要求3所述的冲击刮切复合破岩的PDC钻头，其特征在于，所述旋转动力装置设置为螺旋叶片。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙明光，玄令超，王磊，臧艳彬，孙峰，王甲昌，
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：