一种自适应钻头及其测量、姿态智能调整方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应钻头及其测量、姿态智能调整方法，自适应钻头包括钻头体、钻头参数获取模块及调节机构；钻头体的一端用于与钻杆连接，钻头体的另一端固定有若干个切削齿；钻头参数获取模块用于获取钻头体转动过程中受到的扭矩、振动幅度及横摆角速度；调节机构包括若干个伸缩件、若干个支撑块、若干个压力检测件及控制件。本发明专利技术的有益效果是：通过获取钻头的扭矩、振动幅度及横摆角速度，根据钻头实时的扭矩、振动幅度及横摆角速度，确定钻头进入的钻进模式，在不同钻进模式下调节机构执行不同操作，可提高钻头在各种复杂地层情况下钻进的稳定性，减少因钻头损坏而需要更换钻头的情况出现的频率，提高钻井效率。提高钻井效率。提高钻井效率。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应钻头及其测量、姿态智能调整方法


[0001]本专利技术涉及油气钻探
，尤其是涉及一种自适应钻头及其测量、姿态智能调整方法。

技术介绍

[0002]随着我国石油勘探开发朝向更深地层、更复杂地层发展，钻井过程中遭遇复杂地层的频率逐年增加，例如，四川盆地深层页岩钻遇复杂层位多，如须家河组地层石英含量可高达90％，地层研磨性极强，平均钻速仅2m/h；部分茅口—栖霞组地层含燧石结合，局部地区龙潭组有玄武岩，以及其他软硬交错地层等，均易导致钻头钻速慢，剧烈震动，损伤严重。
[0003]在钻遇研磨性地层时，钻头受到的阻力增大，导致钻头容易出现异常磨损情况，大大缩短了钻头的使用寿命；在钻遇软硬交错地层时，由于钻头受力不均，钻头容易发生剧烈震动，导致钻头失稳，同样容易导致钻头受损，钻头受损不仅会导致钻头报废，同时，还需要起下钻更换钻头，导致钻井周期变成，钻井效率降低。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，有必要提供一种自适应钻头及其测量、姿态智能调整方法，用以解决现有的钻头在钻遇研磨性地层时容易出现异常磨损，在钻遇钻遇软硬交错地层时，容易失稳的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种自适应钻头，包括钻头体、钻头参数获取模块及调节机构；
[0006]所述钻头体的一端用于与钻杆连接，所述钻头体的另一端固定有若干个切削齿，所述钻头体的另一端还开设有若干个伸缩孔；
[0007]所述钻头参数获取模块用于获取所述钻头体转动过程中受到的扭矩、振动幅度及横摆角速度；
[0008]所述调节机构包括若干个伸缩件、若干个支撑块、若干个压力检测件及控制件，各个所述伸缩件一一对应插设于各个伸缩孔内，各个所述伸缩件的固定端均与所述钻头体固定连接，各个所述伸缩件的活动端均经由对应的所述压力检测件与对应的支撑块固定连接，各个所述支撑块均用于支撑井底，所述控制件用于根据钻头参数获取模块得到的钻头体转动过程中受到的扭矩、振动幅度及横摆角速度，调节各个所述伸缩件的长度。
[0009]在一些实施例中，各个所述伸缩件均为电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的一端均固定于所述钻头体，所述电动伸缩杆的另一端均与对应的支撑块固定连接。
[0010]在一些实施例中，所述钻头还包括电池，各个所述电动伸缩杆均与所述电池电连接。
[0011]在一些实施例中，所述钻头体的一端开设有用于与所述钻杆连通的进水孔，所述钻头体的另一端开设有若干个与所述进水孔连通的排水孔；所述钻头还包括充电机构，所述充电机构包括涡轮、发电线圈、互感线圈、第一永磁体及第二永磁体，所述涡轮转动设置
于所述进水孔内，所述发电线圈同轴固定于所述涡轮，所述互感线圈固定于所述钻头体并套设于所述发电线圈外，所述互感线圈与所述电池电连接，所述第一永磁体及所述第二永磁体固定于所述钻头体并位于所述发电线圈与所述互感线圈之间。
[0012]在一些实施例中，所述钻头体的一端形成有锥丝扣。
[0013]本专利技术还提供了一种自适应钻头的测量、姿态智能调整方法，适用于所述的钻头，包括如下步骤：
[0014]S1、获取钻头体转动过程中受到的扭矩、振动幅度及横摆角速度，根据钻头体转动过程中受到的扭矩、振动幅度及横摆角速度，确定钻头钻进模式，其中，钻头钻进模式包括正常钻进模式、研磨性地层钻进模式及软硬交错地层钻进模式；
[0015]S2、当钻头进入正常钻进模式时，各个伸缩件均驱动对应的支撑块完全缩入对应的伸缩孔内；
[0016]S3、当钻头进入研磨性地层钻进模式时，各个所述伸缩件均驱动对应的支撑块等长度伸出，以调节所述切削齿的切削深度；
[0017]S4、当钻头进入软硬交错地层钻进模式时，各个所述伸缩件均驱动对应的所述支撑块伸出、并使各个所述伸缩件对应的压力检测件检测到的压力值相等。
[0018]在一些实施例中，所述步骤S1中，根据钻头体转动过程中受到的扭矩、振动幅度及横摆角速度，确定钻头钻进模式的具体方法为：
[0019]当钻头体的实时扭矩小于第一预设扭矩值，实时振动幅度小于第一预设振动幅度，实时横摆角速度小于第一预设横摆角速度，则将钻头钻进模式切换到或保持在正常钻进模式；
[0020]当钻头体的实时扭矩大于第二预设扭矩值，实时振动幅度小于第一预设振动幅度，实时横摆角速度小于第一预设横摆角速度，则将钻头钻进模式切换到或保持在研磨性地层钻进模式；
[0021]当钻头体的实时横摆角速度大于第二预设横摆角速度，则将钻头钻进模式切换到或保持在软硬交错地层钻进模式。
[0022]在一些实施例中，所述步骤S3中，当钻头进入研磨性地层钻进模式时，各个所述伸缩件均驱动对应的支撑块等长度伸出，以调节所述切削齿的切削深度的具体方法为：
[0023]S31、当钻头进入研磨性地层钻进模式时，各个所述伸缩件均驱动对应的支撑块等长度伸出第一预设长度，持续第一预设时间后，通过各个伸缩件驱动对应的所述支撑块完全缩回对应的所述伸缩孔内；
[0024]S32、继续监测钻头体的实时扭矩，若钻头体的实时扭矩仍然大于第二预设扭矩值，则各个所述伸缩件均驱动对应的支撑块等长度伸出第二预设长度，且第二预设长度大于第一预设长度，持续第一预设时间后，通过各个伸缩件驱动对应的所述支撑块完全缩回对应的所述伸缩孔内；如此循环往复，每次伸缩件伸长的长度均大于上一次伸长的长度，直至钻头体的实时扭矩小于第一预设扭矩。
[0025]在一些实施例中，所述步骤S4中，当钻头进入软硬交错地层钻进模式时，各个所述伸缩件均驱动对应的所述支撑块伸出、并使各个所述伸缩件对应的压力检测件检测到的压力值相等，具体为：
[0026]设定一目标压力；
[0027]各个所述伸缩件均驱动对应的所述支撑块伸出，同时实时检测各个支撑块对应的压力检测件的压力值，当压力值小于目标压力时，对应的伸缩件伸长，当压力值大于目标压力时，对应的伸缩件缩短。
[0028]本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现所述的钻头的控制方法的步骤。
[0029]与现有技术相比，本专利技术提出的技术方案的有益效果是：通过获取钻头的扭矩、振动幅度及横摆角速度，根据钻头实时的扭矩、振动幅度及横摆角速度，确定钻头进入的钻进模式，在不同钻进模式下调节机构执行不同的操作，其中，在正常模式下，各个伸缩件驱动各个支撑块缩回伸缩孔内；当钻头进入研磨性地层钻进模式时，各个所述伸缩件均驱动对应的支撑块等长度伸出，以降低切削齿的切削深度，较小切削阻力，当钻头进入软硬交错地层钻进模式时，各个所述伸缩件均驱动对应的所述支撑块伸出、并使各个所述伸缩件对应的压力检测件检测到的压力值相等，从而使钻头的受力平衡，防止发生失稳情况，通过本技术方案，可大大提高钻头在各种复杂地层情况下钻进的稳定性，可延长钻头的使用寿命，减少因钻头损坏而需要更换钻头的情况出现的频率，从而提高钻井效率。
附图说明...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应钻头，其特征在于，包括钻头体、钻头参数获取模块及调节机构；所述钻头体的一端用于与钻杆连接，所述钻头体的另一端固定有若干个切削齿，所述钻头体的另一端还开设有若干个伸缩孔；所述钻头参数获取模块用于获取所述钻头体转动过程中受到的扭矩、振动幅度及横摆角速度；所述调节机构包括若干个伸缩件、若干个支撑块、若干个压力检测件及控制件，各个所述伸缩件一一对应插设于各个伸缩孔内，各个所述伸缩件的固定端均与所述钻头体固定连接，各个所述伸缩件的活动端均经由对应的所述压力检测件与对应的支撑块固定连接，各个所述支撑块均用于支撑井底，所述控制件用于根据钻头参数获取模块得到的钻头体转动过程中受到的扭矩、振动幅度及横摆角速度，调节各个所述伸缩件的长度。2.根据权利要求1所述的自适应钻头，其特征在于，各个所述伸缩件均为电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的一端均固定于所述钻头体，所述电动伸缩杆的另一端均与对应的支撑块固定连接。3.根据权利要求2所述的自适应钻头，其特征在于，还包括电池，各个所述电动伸缩杆均与所述电池电连接。4.根据权利要求3所述的自适应钻头，其特征在于，所述钻头体的一端开设有用于与所述钻杆连通的进水孔，所述钻头体的另一端开设有若干个与所述进水孔连通的排水孔；所述钻头还包括充电机构，所述充电机构包括涡轮、发电线圈、互感线圈、第一永磁体及第二永磁体，所述涡轮转动设置于所述进水孔内，所述发电线圈同轴固定于所述涡轮，所述互感线圈固定于所述钻头体并套设于所述发电线圈外，所述互感线圈与所述电池电连接，所述第一永磁体及所述第二永磁体固定于所述钻头体并位于所述发电线圈与所述互感线圈之间。5.根据权利要求1所述的自适应钻头，其特征在于，所述钻头体的一端形成有锥丝扣。6.一种自适应钻头的测量、姿态智能调整方法，适用于如权利要求1
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5中任意一项所述的自适应钻头，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取钻头体转动过程中受到的扭矩、振动幅度及横摆角速度，根据钻头体转动过程中受到的扭矩、振动幅度及横摆角速度，确定钻头钻进模式，其中，钻头钻进模式包括正常钻进模式、研磨性地层钻进模式及软硬交错地层钻进模式；S2、当钻头进入正常钻进模式时，各个伸缩件均驱动对应的支撑块完全缩入对应的伸缩孔内；S3、当钻头进入研磨性地层钻进模式时，各个所述伸缩件均驱动对应的支撑块等长度伸出，以调节所述切削齿的切削深度；S4、当钻头进入软硬交错地层钻进模式时，各个所述伸缩件均驱动对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘清友，严梁柱，陈鹏举，代献伟，汪兴明，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：