[发明专利]一种冲击刮切复合破岩的PDC钻头

说明书

本发明供了一种冲击刮切复合破岩的PDC钻头，包括：具有破岩刀翼的本体，所述本体内限定有流体流通的第一通道。以及冲击组件，所述冲击组件包括具有第一内腔的外套；以及设置在所述第一内腔中的冲击齿。在所述冲击齿与第一内腔之间形成有与第一通道相连通的第二通道，流过第二通道的流体能够产生使所述冲击齿从处于第一内腔中的第一位置运动至伸出本体的第二位置的作用力。同时，所述冲击组件还包括能够使冲击齿保持在第一位置的弹性件。其中，在所述第一通道内还设置有动力控制组件，所述动力控制组件能够周期性地切断第一通道和第二通道之间的连通。

技术领域

本发明涉及油气勘探领域，具体涉及一种冲击刮切复合破岩的PDC钻头。

背景技术

在近年来的钻井作业中，深井和超深井的勘探开发比例不断增加。由于深部地层岩石硬度增大，导致常规PDC钻头存在PDC切削齿难以吃入地层、机械钻速低等问题，这些技术问题大大降低了深部油气资源的勘探钻井效率。如果通过地面提高钻压转速的方法提高PDC钻头的吃入深度和机械钻速，容易导致PDC齿磨损加剧、钻头粘滑振动、PDC齿崩齿失效等问题，这些问题不仅制约了机械钻速进一步提升，还极大地影响了钻头使用寿命。

为提高PDC钻头破岩效率、消除PDC钻头的粘滑振动现象，现有的技术是在PDC钻头上加装旋转冲击钻井工具、扭力冲击器或复合冲击工具。通过冲击切削复合破岩的方法提高PDC钻头的破岩效率和机械钻速，利用有序振动抑制底部钻具及钻头的无序振动。

现有的各类冲击工具都是通过给钻头整体提供一个周期性的高频冲击载荷，实现动静载耦合提高PDC钻头的破岩效率。这种将冲击载荷整体施加到PDC钻头再分散到各个PDC切削齿的方法会致使PDC单齿冲击力和冲击破岩效果不足、硬地层提速不明显。

同时，现有的各类冲击器结构比较复杂，部分工具长度可达2-5m，对钻井液水力能量消耗比较大，限制了其适用范围。冲击器安装在钻头与弯螺杆之间时也会严重影响钻具组合造斜率，不适于定向钻井过程中使用。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种冲击刮切复合破岩的PDC钻头，本发明的钻头结构简单，能够有效提高PDC钻头的冲击破岩效果和使用寿命。

根据本发明，提供了一种冲击刮切复合破岩的PDC钻头，包括：具有破岩刀翼的本体，所述本体内限定有流体流通的第一通道。以及冲击组件，所述冲击组件包括具有第一内腔的外套；以及设置在所述第一内腔中的冲击齿。在所述冲击齿与第一内腔之间形成有与第一通道相连通的第二通道，流过第二通道的流体能够产生使所述冲击齿从处于所述第一内腔中的第一位置运动至伸出所述本体的第二位置的作用力。同时，所述冲击组件还包括能够使所述冲击齿保持在第一位置的弹性件。

其中，在所述第一通道内还设置有动力控制组件，所述动力控制组件能够周期性地切断第一通道和第二通道之间的连通。

在一个优选的实施例中，所述动力控制组件包括设置在所述第一通道内的旋转动力装置，以及套设在所述旋转动力装置上的转动环，所述旋转动力装置能够在流体作用下旋转，带动所述转动环转动。

在一个优选的实施例中，在所述转动环上还套设有固定环，所述转动环和固定环的周向上各设置有至少一个排液孔，所述转动环和固定环上的排液孔分别与所述旋转动力装置和第二通道相连通。

在一个优选的实施例中，所述旋转动力装置设置为螺旋叶片。

在一个优选的实施例中，所述冲击齿的外壁上构造有台阶部，所述台阶部远离所述第二通道的一侧的冲击齿外壁上设置有固定螺母，所述弹性件设置在所述台阶部和限位螺母所形成的凹槽内。

在一个优选的实施例中，所述第二通道具有靠近第一通道的进液段和远离第一通道的排液段，所述进液段的宽度大于排液段的宽度。

在一个优选的实施例中，在所述冲击齿上还设置有一个或多个伸入所述第二通道的延伸部。