一种新型防卡变形扩眼钻头结构制造技术

一种新型防卡变形扩眼钻头结构，由基体、轴柱、盘盖、盘架单元和旋变刀翼单元组成。通过旋变刀翼单元中翼片与盘架单元中转子和定子的组配，完成翼片于盘架单元中的定圈外部径向长度的调整，以实现对钻头刀头尺寸的增大或减小；通过轴柱内置棱柱体轴线方向，其上、下相邻刀翼旋变盘层中翼片于盘架单元定圈外部径向长度以及对应的翼片径向轴交角的调整，实现对钻头刀头形态以及刀头侧壁沟槽形式的改变，各旋变刀翼能够被同时或单控操作下实现区域范围内的角度偏转和振动使钻头整个刀头各组件呈现“松弛”状态，进而消除沉砂卡钻、井塌卡钻、落物卡钻、砂桥卡钻以及泥包卡钻等问题，实现有效解卡，具有较强的工程实际应用性。具有较强的工程实际应用性。具有较强的工程实际应用性。

【技术实现步骤摘要】
一种新型防卡变形扩眼钻头结构


[0001]本专利技术涉及一种新型防卡变形扩眼钻头结构，即一种通过螺纹连接于钻铤的钻井工具，属于石油和天然气工程钻井工具设计制造与


技术介绍

[0002]井下扩眼配套技术和工具是解决小间隙套管程序、盐膏层蠕变和挤压、套管环空间、油层断井眼以及减小起下钻井眼压力激动问题的常规需求。导眼先开与扩眼器和全面钻进钻头再行的联合方式已经成为实际钻井工程中的普遍性操作，扩眼钻头更是实现井下扩眼操作的重要钻具构件。目前，新型扩眼构件有领眼体和扩眼体复合的常规双芯式扩眼器和双液缸驱动侧部刀翼伸缩式，这两类钻头均属于将小尺寸刀翼设计在位于钻头的前端作为先导刀翼，将大尺寸刀翼设计在位于钻头的后端作为扩张刀翼的同体钻头。双液缸驱动侧部刀翼伸缩式较常规双芯式钻头，多了一级备用的扩张刀翼构件，两级扩张刀翼分别位于钻头的前端和后端，后端刀翼较前端刀翼具有更大的径向伸展尺寸，两套液压系统活塞的推进和退抽分别控制两级刀翼做径向直线伸缩或在钻头轴向面内的摆动操作，而轴向面的摆动操作则是凭借刀翼绕铰链进行旋转。这些新型扩眼器和全面钻进钻头的联合应用或新型扩眼钻头，虽在一定程度上能够实现井下扩眼功能，但在钻头钻进及上提过程中，由于沉砂、井塌、落物、砂桥、泥包等可能造成伸展出来的扩张刀翼陷在井内不能自由活动，即卡钻的问题无法得到解决。而且，对于采用铰链结构设计虽然有利于刀翼在钻头轴向面内的摆动，但就应用于地下岩层中需要对坚硬的岩石、砂石进行切削和磨削来说，却是促发刀翼切削面无法固定、铰链承受力较弱和稳定性较差等问题发生的不利因素。

技术实现思路

[0003]结合卡钻因素及扩眼刀翼的稳定性、扩眼刀翼损耗、刀翼伸缩灵活性和稳定性的兼容问题，本专利技术提供一种新型防卡变形扩眼钻头结构，从钻头的结构和运行方法上来解决上述问题。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：在钻铤下部的钻杆上安装一种新型防卡变形扩眼钻头。该钻头结构由基体、轴柱、盘盖、盘架单元和旋变刀翼单元组成。盘架单元分布双圈和双子，双圈分别是轨圈和定圈，双子分别是转子和定子。1个盘架单元与多个旋变刀翼单元构成刀翼旋变盘层，若干个刀翼旋变盘层构成钻头结构中发挥对地层进行削、磨作用的刀头。钻头入井前、后，根据实际需要由外接控制器对刀翼旋变盘层在盘架单元转子、定子与锁位单元的配合过程中，使刀头削、磨区域的半径长度发生变化，变化过程中刀头呈圆柱状、倒锥台状以及橄榄状，刀头侧壁呈现直沟槽、弧形沟槽以及齿形沟槽。钻柱系统中的速度监测感应器监测钻具在钻井过程中的钻进或上提速度，并在钻具速度突降发生卡钻问题时连动外接控制器来控制旋变刀翼单元的锁位单元和盘架单元的定子处于“解锁”状态，或使锁位单元中U型卡扣带圈的公扣和母扣处于“解锁”状态，各旋变刀翼能够被同时或单控操作下实现区域范围内的角度偏
转和振动而使钻头的刀头各组件呈现“松弛”状态，进而消除沉砂卡钻、井塌卡钻、落物卡钻、砂桥卡钻以及泥包卡钻等问题，实现有效解卡。
[0005]上述基体为环柱体，由顶面、底面、内侧面和外侧面构成，垂直投影呈圆环形。
[0006]上述轴柱为内置棱柱体的圆管，棱柱体的横截断面为正多边形，棱柱体与圆管共轴。圆管内部中空，垂直投影面呈圆环形，圆管半径与基体横截断面圆环的内环半径一致。圆管无端面；圆管外侧面的一端加工有外螺纹，该螺纹端与钻铤的螺纹配合用于连接钻铤和钻头；圆管未加工有螺纹的另一端是基体连接端，其长度大于等于基体环柱体的柱高与盘盖环柱体的柱高总和，该端头外侧面与基体环柱体内侧面一体化成型连接。棱柱体实心或空心，所有外壁面闭合，棱柱体的轴向棱线外侧与圆管内侧面一体化成型连接，棱柱体的轴向长度等于轴柱圆管长度与刀头轴向长度的总和，棱柱体的一端与轴柱圆管的一端共面，即轴柱的横截断面有两种形态，一端的横截断面是内接正多边形的圆，另一端的横截断面是正多边形。棱柱体外侧面与圆管内侧面之间的区域中空，为钻井过程中多相流在钻具系统运行的通道。
[0007]上述盘盖与基体同轴，为圆环体轨道，垂直投影呈圆环形。盘盖圆环体轨道的外圆尺寸与基体垂直投影面圆环的外圆尺寸一致，圆环的宽度与盘架单元的轨圈宽度一致。盘盖圆环体轨道的牙口侧与盘架单元轨圈的牙口侧正对组配，轨圈牙口背面与基体底面一体化成型连接。
[0008]上述盘架单元由轨圈、定圈、转子、定子、卡盘和磨牙组成，与基体同轴，其垂直投影的外边界呈圆形。圆环形轨圈带有双侧背对牙口，横截断面呈X型；轨圈一侧牙口与盘盖圆环体轨道组成一副牙口正对的轨道，另一侧牙口与其他盘架单元轨圈一侧的牙口组成一副牙口正对的轨道；每副牙口之间内嵌多个可动球芯，球芯被夹包在轨圈与盘盖圆环体轨道形成的正对牙口中，并沿牙口圆周分布且不会脱落；在外接控制器的控制操作下，球芯作为盘架单元的转子，于轨道牙口中做区域内顺时针或逆时针旋转；外接控制器对数量多个的球芯能够实施单控；转子球芯中轴面设有卡槽，与旋变刀翼单元的转子配扣对接呈“锁紧”或“解锁”两种状态。定圈是一个与轨圈同轴且与X型轨圈双侧牙口背接处共面的圆形环圈，环圈的内径大于轨圈的圆环外径，定圈与环圈之间的径向间距，与旋变刀翼锁位单元左仓处于最小仓位时的内弧球面曲率中心与转子配扣之间的距离相等。与转子同侧的定圈圆形环圈面上均匀分布且一体化成型连接有定子，定子由球状锁点、定盘和磁抱片III组成，定子数量与作为转子的球芯数量一致，定盘呈圆柱形或方柱形，球状锁点的垂直投影小于等于定盘的垂直投影，且两者的垂直投影中心重合，定盘的垂直投影不超过定圈环圈的投影范围，球状锁点通过柱状连点与定盘一体化连接，连点的垂直投影中心与定盘的垂直投影中心重合，球状锁点的半径与锁位单元的左仓和右仓之间的球状中空区域的半径相等，磁抱片III是包裹球状锁点与柱状连点合体的外表面，并带有磁吸性的膜片。卡盘是中心带有正多边形孔的圆盘，圆盘的外圆周与X型轨圈双侧牙口背接处一体化成型连接，卡盘中心正多边形孔尺寸与轴柱内置棱柱体横截断面正多边形的尺寸相匹配，即轴柱将带动卡盘随之发生转动。磨牙是与定圈外径侧面一体化成型的颗粒体，磨牙数量多个，均匀分布于定圈外径侧面；当盘架单元转动时，磨牙对岩石起到磨削的作用。盘架单元的定圈与轨圈组配，依赖于旋变刀翼单元的转子配扣与盘架单元的转子之间的组配，以及旋变刀翼单元的锁位单元与盘架单元的定子之间的组配。
[0009]上述旋变刀翼单元由翼片、转子配扣和锁位单元构成。翼片呈扇形，片周由两个径向刃和一个弧向刃构成；翼片的小端头一体化成型连接有与盘架单元转子相匹配的转子配扣，转子配扣嵌插入盘架单元转子球芯的卡槽而被锁紧，即盘架单元的转子于轨道牙口中做区域内顺时针或逆时针旋转时，将带动旋变刀翼的翼片小端头做同步运动；扇形翼片的中轴线处分布有一个跑道型孔，跑道型孔具有中心长轴和中心短轴，且中心长轴与翼片的中轴线共线；跑道型孔的两个弯道端头，既关于中心长轴对称，也关于中心短轴对称，且一个端头朝向转子配扣，另一个端头朝向翼片的弧向刃，两个弯道端头的曲率半径一致且大于盘架单元定子锁点球体的半径；跑道型孔内侧壁周与锁位单元的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型防卡变形扩眼钻头结构，由基体、轴柱、盘盖、盘架单元和旋变刀翼单元组成；基体呈环柱状，由顶面、底面、内侧面和外侧面构成；盘架单元由轨圈、定圈、转子、定子、卡盘和磨牙组成，定子由球状锁点、定盘和磁抱片III组成；旋变刀翼单元由翼片、转子配扣和锁位单元构成，翼片的片周由两个径向刃和一个弧向刃构成，锁位单元由吸排阀、缸壳、左仓与右仓合体以及基仓组成，其特征是：轴柱圆管螺纹端与钻铤的螺纹配合用于连接钻铤和钻头，圆管未加工有螺纹的基体连接端的外侧面与基体环柱体的内侧面一体化成型连接，圆管棱柱体的轴向棱线外侧与圆管内侧面一体化成型连接，棱柱体的一端与轴柱圆管的一端共面，即轴柱的横截断面有两种形态，一端是内接正多边形的圆，另一端是正多边形；盘盖为圆环体轨道，其牙口侧与盘架单元的轨圈的牙口侧形成正对组配，轨圈牙口背面与钻头基体底面一体化成型连接，盘架单元的轨圈一侧牙口与盘盖圆环体轨道组成一副牙口正对的轨道，另一侧牙口与其他盘架单元轨圈一侧的牙口组成一副牙口正对的轨道，每副牙口之间内嵌多个可动球芯，球芯被夹包在轨圈与盘盖圆环体轨道形成的正对牙口中，沿牙口圆周分布且不会脱落；盘架单元的转子球芯中轴面设有卡槽，与旋变刀翼单元转子配扣对接；盘架单元的定圈是一个与轨圈同轴，且与轨圈双侧牙口背接处共面的圆形环圈，与转子同侧的定圈圆形环圈面上均匀分布且一体化成型连接有定子；盘架单元定子的球状锁点通过柱状连点与定子的定盘一体化连接，定子的磁抱片III是包裹球状锁点与柱状连点合体的外表面，并带有磁吸性的膜片；盘架单元的卡盘是中心带有正多边形孔的圆盘，圆盘的外圆周与轨圈双侧牙口背接处一体化成型连接，卡盘中心正多边形孔的尺寸与轴柱内置棱柱体横截断面正多边形的尺寸相匹配，即轴柱带动卡盘随之发生转动；盘架单元的磨牙是与定圈外径侧面一体化成型的颗粒体；凭借旋变刀翼单元的转子配扣与盘架单元的转子之间的组配，以及锁位单元与盘架单元的定子之间的组配，实现盘架单元定圈与盘架单元轨圈的组配；旋变刀翼单元翼片的小端头一体化连接有与盘架单元转子相匹配的转子配扣，转子配扣嵌插入盘架单元转子球芯的卡槽被锁紧，即盘架单元转子于轨道牙口中做区域内顺时针或逆时针旋转时，将带动旋变刀翼单元翼片的小端头做同步运动；翼片呈扇形，其中轴线处分布的跑道型孔的一个端头朝向转子配扣，另一个端头朝向翼片的弧向刃，跑道型孔内侧壁周与锁位单元的双仓缸外侧壁周一体化成型连接；旋变刀翼单元的转子配扣与盘架单元的转子球芯的卡槽进行配组对接，在外接控制器的控制操作下具有“锁紧”和“解锁”两种状态；旋变刀翼单元的锁位单元中，左仓与右仓合体正好嵌入盘架单元跑道型孔中，左仓和右仓分别靠近转子配扣和翼片的弧向刃，左仓与右仓合体对应直道区域的顶部与基仓的底部一体化成型连接，左仓与右仓之间的对接面是一个与盘架单元定子锁点球...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑虹，李存磊，张明昕，李柯，潘佳宜，张颜，杨留栓，李雪晴，陈雪，田洛，李雨晴，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：