[发明专利]一种适用于深部难钻硬地层的主动旋转伸缩式复合钻头在审

专利信息
申请号: 201610214191.0 申请日: 2016-04-08
公开(公告)号: CN105649536A 公开(公告)日: 2016-06-08
发明(设计)人: 黄志强;晏瑀琪;谢豆;张文琳;李刚;张凯 申请(专利权)人: 西南石油大学
主分类号: E21B10/16 分类号: E21B10/16;E21B10/18;E21B10/20;E21B10/50
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 610500 四*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 适用于 深部难钻硬 地层 主动 旋转 伸缩 复合 钻头
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种适用于深部难钻硬地层的主动旋转伸缩式复合钻头,用于油气钻 探与开发的钻头,属于石油天然气开发装备技术领域。

背景技术

随着我国国民经济的高速发展,国家对油气资源的需求急剧增加,供需矛盾日益 严峻。目前我国尚未开发的油气资源主要埋藏在深部难钻硬地层,而现有形式的钻头 位于深部难钻硬地层破岩时,破岩效率低,钻头损坏严重,起下钻频繁,钻井成本变高 等问题已成为制约勘探开发、提速增效的技术瓶颈。如在红河油田等水平井钻井中, 钻遇深部硬脆性大、研磨性高的灰岩岩层时,钻头损坏严重,最严重的一口井钻头消 耗多达29只,起下钻高达37次之多,平均钻井周期长达490天以上,钻头切削齿崩 裂、脱落情况严重,机械钻速不到0.7m/h。因此,研发新型破岩工具,以提高深部硬 地层钻头破岩效率和使用寿命已成为当前重要的课题之一。

基于此,本发明提出一种适用于深部难钻硬地层的主动旋转伸缩式复合钻头,使 其面临深部难钻硬地层时,破岩效率更高,使用寿命更长。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足,提供一种适用于深部难钻硬地层的主动 旋转伸缩式复合钻头,通过在地面上主动调节泥浆泵所提供的钻井液流量,来控制地 层下位于复合钻头中心牙轮钻头的伸出和缩回。当钻进硬地层时,中心伸出的牙轮可 先对破岩地层钻一小孔,使岩石地应力得以释放,以此造成岩石的前期损伤破坏,大 大降低岩石的强度。再利用周向PDC刀翼刮削、破碎岩石,在相同的钻压与扭矩作用 下,可减轻钻头粘滑振动、压持效应,且极大提高钻头的破岩效率,增加了钻头的在 不同地层下的适应性。

本发明采用的技术方案是:

本发明一种适用于深部难钻硬地层的主动旋转伸缩式复合钻头,主要由钻头本体、 动力端外壳、齿条活塞缸、第一安全阀孔、第二安全阀孔、窄口活塞、宽口活塞、弧 形齿条、齿轮、钻井液通孔、伸缩柱、梯形外螺纹、三孔平板、牙掌、牙轮、牙轮牙 齿、PDC刀翼、PDC牙齿、流道口、泄流口组成,所述钻头本体上段固连动力端外壳, 所述动力端外壳内嵌有一段两端截面积大小不同的齿条活塞缸;所述齿条活塞缸内设 有与齿条活塞缸两端截面相匹配的窄口活塞和宽口活塞,所述窄口活塞与宽口活塞间 由一弧形齿条连接,且均位于齿条活塞缸中;所述齿条活塞缸两端分别设有尺寸大小 相等的第一安全阀孔和第二安全阀孔;齿条活塞缸左右两腔侧壁均设有尺寸大小相同 的泄流口;嵌于齿条活塞缸内部的齿轮与弧形齿条相啮合,所述齿轮中央设有钻井液 通孔;齿轮下端固连伸缩柱,且位于钻头本体内;所述伸缩柱下端外侧攻有梯形外螺 纹,在钻头本体内攻有梯形内螺纹,两者相互匹配;伸缩柱末端固连三孔平板,所述 三孔平板上均匀分布的三个圆孔分别连接三个尺寸大小相同的牙掌;所述牙掌通过末 端轴承连接牙轮,所述牙轮上镶有若干牙轮牙齿;所述钻头本体下端同时设有PDC刀 翼与牙轮,且钻头本体内轴向设有贯通的钻井液通道;所述PDC刀翼沿钻头本体外壁 周向均匀布置,构成中心空槽;所述伸缩柱带动三孔平板上的牙轮,轴向穿过中心空 槽,实现牙轮的轴向运动。

所述第一、第二安全阀孔上分别安装限制不同流量的安全阀,分别限制流量,即钻 井液流量升高至70L/s-80L/s时,仅第一安全阀孔上的安全阀打开;钻井液流量升高 至80L/s-90L/s时,第一、第二安全阀均打开。

所述泄流口的流量始终小于第一、第二安全阀的流量。

当不同流量的钻井液通过第一安全阀孔、第二安全阀孔流进齿条活塞缸的左、右两 腔,实现弧形齿条的周向旋转;齿轮在弧形齿条的带动下实现周向旋转,伸缩柱在齿 轮及梯形螺纹的共同作用下,实现轴向伸缩运动。

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