[发明专利]具有自激扭振功能的PDC钻头

说明书

本发明涉及一种具有自激扭振功能的PDC钻头，包括钻头接头、上端盖挡板、上端盖、上冲击锤铜套、上换向开关铜套、冲击壳体、冲击锤、换向开关、下换向开关铜套、下冲击锤铜套、中心接头、钻头本体。钻井液从钻头接头进入具有自激扭振功能的PDC钻头内部，从钻头水眼流出，部分钻井液在钻头内部经过分流，驱动换向开关和冲击锤转动，使换向开关周向碰撞冲击锤，冲击锤周向往复碰撞冲击壳体，产生周向往复冲击载荷，通过冲击壳体前端的花键结构，将产生的周向冲击载荷传递给钻头本体。本发明的具有自激扭振功能的PDC钻头可为钻头提供额外的钻井扭矩，加速钻头破岩，有效提高钻井效率。

技术领域

本发明涉及一种用于石油天然气勘探开发的具有自激扭振功能的PDC钻头，尤其是适用于新型油气资源条件下的油气井钻井工程。

背景技术

随着石油工业的快速发展，浅层石油资源日益枯竭，钻井工程不得不进行深井、超深井作业，深部地层的提速已成为降低勘探成本的关键问题。在正常的钻井条件下，当PDC钻头遇到硬质地层时，通常没有足够的扭矩来破碎地层，导使钻柱时常出现粘滑现象。严重的粘滑现象，不仅会损坏钻柱性能从而使钻头过早失效，还会影响井下工具的使用寿命，给钻井工程造成大量的损失。为了解决钻井过程中出现的粘滑问题，提出了一些如何有效消除粘滑振动效应等建设性措施。相关研究中，扭转振动冲击对于减少钻柱粘滑效果明显，而且从破岩的实际工况出发，由于岩石的抗压强度远大于其抗剪强度，因此，采用扭转振动冲击，对于提高破岩效率与机械钻速同样具有重要的实际意义。

从钻井装备的发展出发，前期提速增效研究主要基于旋冲、纵向振荡等方式展开。目前，研究表明扭转振动冲击对于破岩增效具有重大创新意义，通过在钻进过程中，给PDC钻头提供额外的冲击扭矩，可以有效降低PDC钻头的磨损，提高机械钻速。因此，进行扭转振动冲击研究对于钻井工程具有重要意义，为了有效提高钻井效率，开发新型PDC钻头将成为新型油气资源条件下的关键技术装备，实现油气钻井的高效、节能、环保型生产。

发明内容

为了探索解决背景技术中所述的钻井提速增效，降低PDC钻头磨损，提高机械钻速，本发明提供了一种具有自激扭振功能的PDC钻头。本发明的具有自激扭振功能的PDC钻头工作时，钻井液从钻头接头进入钻头内部，从钻头水眼流出，部分钻井液在钻头内部经过分流，驱动换向开关和冲击锤转动，使换向开关周向碰撞冲击锤，冲击锤周向往复碰撞冲击壳体，通过换向开关、冲击锤和冲击壳体之间的相互碰撞产生周向往复冲击载荷，通过冲击壳体前端的花键结构，将产生的周向冲击载荷传递给钻头本体，给钻头本体施加一个额外的冲击扭矩，加速钻头破岩，提高钻井效率。