[发明专利]自适应扭矩平衡钻头

说明书

本发明涉及一种自适应扭矩平衡钻头，包括扩眼钻头和领眼钻头，扩眼钻头包括扩眼钻头接头和扩眼钻头冠部，领眼钻头安装于扩眼钻头冠部内，并突出于扩眼钻头冠部，扩眼钻头接头与扩眼钻头冠部连接形成的内部空腔内安装有扭矩传动装置，该扭矩传动装置包括转动件和与转动件固接的传动件，传动件与领眼钻头连接，转动件上设有至少一个止动件，该扭矩传动装置还包括与止动件配合的限位件，限位件设于扩眼钻头冠部；止动件与扩眼钻头冠部之间设有与止动件配合使用的用于传递部分领眼钻头破岩扭矩、缓冲扭矩波动的弹性件。本发明能够自适应控制钻进过程中的钻头扭矩波动，减缓甚至是避免钻进过程中粘滑现象产生的扭转冲击振动。

技术领域

本发明属于石油工程技术领域，涉及钻井工具，具体地说，涉及一种自适应扭矩平衡钻头。

背景技术

钻井现场实践表明，通过改变钻井过程中井底的结构可以提前释放井底地层应力而有效提高钻头的破岩效率。基于上述原理，国外NOV公司研发了同心双级Speed DrillBits，国内胜利钻井院彭烨等研发了双级PDC钻头。

公开号为CN105443041A的中国发明专利申请公开了一种差压式钻头，具体公开了以下特征：差压式钻头包括转换接头、传液传力短接、扩眼钻头、蓄力弹簧、领眼钻头；转换接头、传液传力短接与领眼钻头螺纹连接成一体；扩眼钻头位于转换接头与领眼钻头之间，安装于传液传力短接外侧；扩眼钻头与转换接头、传液传力短接、领眼钻头构成的整体可实现轴向相对运动；蓄力弹簧安装于传液传力短接中部，蓄力弹簧用于实现扩眼钻头与转换接头、传液传力短接、领眼钻头构成的整体之间弹力的储备及相对位置的恢复。本发明原理及结构简单，适用范围广，用于防斜打直时可以保证小钻压快速钻进，提高易斜地层直井钻进效率；钻井过程中与常规钻井完全相同，有利于推广和使用。

公开号为CN105317377A的中国发明专利申请公开了一种中心差压式钻头，具体公开了以下特征：中心差压式钻头包括扩眼钻头、压力调节弹簧、分流传力总成、领眼钻头；领眼钻头与分流传力总成连接成一体，安装于扩眼钻头的轴向传扭孔内，领眼钻头凸出于扩眼钻头冠部；压力调节弹簧设于分流传力总成顶端与扩眼钻头接头下端之间；扩眼钻头可以设置一级或者多级。本发明原理及结构简单，适用范围广，可应用于各种地层，其使用效果在多夹层地层中更佳；可以与脉冲射流发生装置一起使用，进一步提高钻井速度；钻井过程中，操作施工跟常规钻井完全相同，对地面设施、钻井管柱、钻头类型没有特殊要求，有利于钻头的推广和使用。

公开号为106703701A的中国发明专利申请公开了一种脉动冲击产生机构及含有该产生机构的中心差压钻头，脉动冲击产生机构包括依次放置的扶正元件、驱动元件、转动元件和节流元件，扶正元件、驱动元件和转动元件依次连接，节流元件与转动元件间隙配合，扶正元件和节流元件上均设有用于钻井液流通的过流通道，驱动元件驱动转动元件转动，转动元件与节流元件上的过流通道相对运动。中心差压钻头包括扩眼钻头、脉动冲击产生机构、压力调节元件、传动机构和领眼钻头，压力调节元件、传动机构、领眼钻头依次连接。该专利申请能够实现领眼钻头旋冲钻进的同时，减少领眼钻头和扩眼钻头岩屑的压持效应，进而达到保护钻头、提高钻头寿命和钻井速度的目的，钻井效果进一步提高。

上述现有钻头在室内或现场均取得了大幅度的钻井提速效果。由于石油勘探领域的主力钻头—PDC钻头(英文：Polycrystalline Diamond Compact bit)对地层具有极强的选择性，当钻遇硬地层或者多夹层地层时，粘滑现象及其导致的冲击损坏将会导致较低的机械钻速、单只钻头进尺减少并极大地延长建井周期。虽然上述现有钻头可加装吃深控制单元，但由于无法主动控制钻遇复杂地层时的吃入深度，仍然有潜在的产生粘滑现象的可能，从而导致钻进时的钻头扭矩波动较为强烈，引起钻头或者底部钻具组合的疲劳损坏，也未能将此类钻头的钻进效率提至最佳。因此，亟需一种能够在复杂地层中利用应力释放原理提高机械钻速又能自动平衡钻进过程中由于粘滑现象产生横向冲击扭矩的钻头，以满足不同地层、不通过井型井眼钻井提速的需要。

发明内容