CN109854177A - 机械式调控的多功能pdc钻头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械式调控的多功能PDC钻头，包括上接头、本体和钻头体。所述的上接头通过螺纹连接在本体上端，钻头体通过螺纹连接在本体下端，当高压钻井液从防掉环中部的周向孔进入到转位机构上端与内筒间的空腔中，在钻井液压力作用下，转位机构向下移动，当转位机构下部的周向孔与钻头体上的径向通道孔相连接时，高压钻井液进入到钻头体与下活塞间的空腔中，在钻井液压力的作用下，下活塞向下移动，进而推动旋转刀翼绕着销钉向外转动，当旋转刀翼闭合时，该钻头可实现保径功能，当旋转刀翼张开时，该钻头实现扩眼功能。本发明的一种机械式调控的多功能PDC钻头，能够提升钻井效率，适宜在井眼不规则或井眼缩径的情况下确保钻井作业正常进行。

Description

机械式调控的多功能PDC钻头

技术领域

本发明涉及一种用于石油与天然气开采作业的机械式调控的多功能PDC钻头，尤其适用于井眼不规则、井眼缩径或PDC钻头磨损严重的情况。

背景技术

目前，PDC钻头在全球已经成为钻井工程的通用产品，而牙轮钻头成为特用钻头。美国能源部已经将PDC钻头确定为提高机械钻速的主要手段。各油田对PDC钻头的使用都高度重视，深井、超深井PDC钻头作为提高钻井速度的主要途径。PDC钻头在软-中硬岩层中钻进时，钻进效率远高于孕镶钻头及牙轮钻头。在创造良好的经济效益的同时，PDC钻头也暴露出了很多问题，主要表现为在复杂地层及中硬以上地层钻头寿命低、钻速慢。

钻井在油田开发中的作用是非常重要的，据估计在某些油田投资开发中，钻井投资占35％～40％。目前，世界各国石油资源日渐枯竭，这要求钻井公司更经济、更有效地进行石油开发。钻头作为钻井作业中最重要的工具，其工作性能直接影响到钻井作业的质量、成本和效率。为了将全井钻进成本降低，并提高钻井速度，PDC钻头技术在世界范围的主要钻头企业中受到了极大的关注，不但加大了研究人员与研发费用等方面的投入，对研究人员水平的提升也非常重视，不少新型升级版的PDC钻头被研发出来，品质等各方面均更为优良。现阶段，石油勘探、地质勘探等诸多工程领域中都广泛使用了PDC钻头，对于各国钻井技术的提高具有重要意义。未来，PDC钻头在石油开采工作中的应用将会越来越多。所以，进一步研究PDC钻头对于提高我国的油气开采效率具有重要的意义。

发明内容

为了探索解决背景技术中所述的在油气开发钻井过程中，提升钻井效率，延长钻头的使用寿命，本发明提供了一种机械式调控的多功能PDC钻头。本发明的PDC钻头在工作时，高压钻井液从防掉环中部的周向孔进入到转位机构上端与内筒间的空腔中，在钻井液压力作用下，转位机构开启并向下移动，当转位机构下部的周向孔与钻头体上的径向通道孔相连接时，高压钻井液进入到钻头体与下活塞间的空腔中，在钻井液压力的作用下，下活塞启动并向下移动，进而推动旋转刀翼绕着销钉向外转动，当旋转刀翼闭合时，该钻头可实现保径功能，当旋转刀翼的张开时，该钻头实现扩眼功能，然后在钻柱的旋转作用下，旋转刀翼获得一个足够大的扭矩，从而能够随着钻头一起旋转破岩。

本发明的技术方案是：所述的机械式调控的多功能PDC钻头包括上接头、本体、钻头体，上接头通过螺纹连接在本体上端，钻头体通过螺纹连接在本体下端；所述本体包括外筒、防掉环、内筒、密封圈a、销钉a、转位机构、弹簧a和密封圈b，防掉环安装在上接头的下端面与内筒的上端面之间，内筒通过销钉a与外筒连接在一起，销钉a末端伸入到转位机构外壁槽内，控制转位机构的极限位移，在转位机构的下部与外筒下部台阶面之间安装有弹簧a；在钻头体上，从上到下依次安装有密封圈c、密封块a、焊接块、下活塞、密封块b、弹簧b、销钉b和旋转刀翼，焊接块通过焊接固定在钻头体上，销钉b通过焊接固定钻头体上；旋转刀翼通过销钉b安装在钻头体刀翼位置，旋转刀翼可在下活塞的推动下绕着销钉b转动，弹簧b安装在下活塞的下端；在钻头体的上部，沿周向均布5个轴向通道孔，在与之对应的位置开设5个径向通道孔，轴向通道孔中从上到下依次安装密封块a、下活塞、密封圈块b、弹簧b，密封块a通过过盈配合安装在钻头体的上部；所述的机械式调控的多功能PDC钻头在工作时，高压钻井液从防掉环中部的周向孔进入到转位机构上端与内筒间的空腔中，在钻井液压力的作用下，转位机构开启并向下移动，当转位机构下部的周向孔与钻头体上的径向通道孔相连接时，高压钻井液进入到钻头体与下活塞间的空腔中，在钻井液压力的作用下，下活塞启动并向下移动，进而推动旋转刀翼绕着销钉b向外转动，当旋转刀翼闭合时，该钻头可实现保径功能，当旋转刀翼的张开时，该钻头实现扩眼功能；所述转位机构的上下部各安装一个密封圈a，密封圈a、密封圈b和密封圈c均采用O型密封圈，密封块a与密封块b均采用橡胶块密封；防掉环的下部沿周向均布4个圆孔；转位机构的下端沿周向均布5个圆孔，并且该圆孔大于钻头体上的径向通道孔；在钻头体的每一个刀翼位置处都安装有一个旋转刀翼，并且旋转刀翼上安装有PDC切削齿。

本发明的有益效果是：(1)该PDC钻头能够根据作业需要，通过控制钻井液的压力实现对旋转刀翼张角的控制，高效可靠地实现该钻头的保径与扩眼功能；(2)转位机构的周向孔直径大于钻头体上的径向通道孔直径，在降低钻井液压力，上活塞在弹簧a弹力的作用下向上移动时，钻头体上的径向通道孔内的钻井液可以顺利排出，确保旋转刀翼能顺利收回。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明图1中的A-A截面图；

图3是本发明图1中的B-B截面图；

图4是本发明图1中的C-C截面图；

图5是本发明图1中的D-D截面图。

图中：1.上接头，2.外筒，3.防掉环，4.内筒，5.密封圈a，6.销钉a，7.转位机构，8.弹簧a，9.密封圈b，10.钻头体，11.密封圈c，12.密封块a，13.焊接块，14.下活塞，15.密封块b，16.弹簧b，17，销钉b，18.旋转刀翼。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参见附图1，机械式调控的多功能PDC钻头包括上接头1、本体、钻头体10，上接头1通过螺纹连接在本体上端，钻头体10通过螺纹连接在本体下端；所述本体包括外筒2、防掉环3、内筒4、密封圈a5、销钉a6、转位机构7、弹簧a8和密封圈b9，防掉环3安装在上接头1的下端面与内筒4的上端面之间，内筒4通过销钉a6与外筒2连接在一起，销钉a6末端伸入到转位机构7外壁槽内，控制转位机构7的极限位移，在转位机构7的下部与外筒2下部台阶面之间安装有弹簧a8；在钻头体10上，从上到下依次安装有密封圈c11、密封块a12、焊接块13、下活塞14、密封块b15、弹簧b16、销钉b17和旋转刀翼18，焊接块13通过焊接固定在钻头体10上，销钉b17通过焊接固定钻头体10上；旋转刀翼18通过销钉b17安装在钻头体10的刀翼位置，旋转刀翼18可在下活塞14的推动下绕着销钉b17转动，弹簧b16安装在下活塞14的下端；在钻头体10的上部，沿周向均布5个轴向通道孔，在与之对应的径向位置开设5个通道孔，轴向通道孔中从上到下依次安装密封块a12、下活塞14、密封圈块b15、弹簧b16，密封块a12通过过盈配合安装在钻头体10的上部；转位机构7的上下部各安装一个密封圈a5，密封圈a5、密封圈b9和密封圈c11均采用O型密封圈，密封块a12与密封块b15均采用橡胶块密封；防掉环3的下部沿周向均布4个圆孔；转位机构7的下端沿周向均布5个圆孔，并且该圆孔大于钻头体10上的径向通道孔；在钻头体10的每一个刀翼位置处都安装有一个旋转刀翼18，并且旋转刀翼18上安装有PDC切削齿。

所述的机械式调控的多功能PDC钻头在工作时，高压钻井液从防掉环3中部的周向孔进入到转位机构7上端与内筒4间的空腔中，在钻井液压力的作用下，转位机构7开启并向下移动，当转位机构7下部的周向孔与钻头体10上的径向通道孔相连接时，高压钻井液进入到钻头体10与下活塞14间的空腔中，在钻井液压力的作用下，下活塞14启动并向下移动，进而推动旋转刀翼18绕着销钉b17向外转动，当旋转刀翼18闭合时，该钻头可实现保径功能，当旋转刀翼的张开时，该钻头实现扩眼功能，然后在钻柱的旋转作用下，旋转刀翼获得一个足够大的扭矩，从而能够随着钻头一起旋转破岩。

Claims (3)

1.机械式调控的多功能PDC钻头，其特征在于：所述的机械式调控的多功能PDC钻头包括上接头(1)、本体、钻头体(10)，上接头(1)通过螺纹连接在本体上端，钻头体(10)通过螺纹连接在本体下端；所述本体包括外筒(2)、防掉环(3)、内筒(4)、密封圈a(5)、销钉a(6)、转位机构(7)、弹簧a(8)和密封圈b(9)，防掉环(3)安装在上接头(1)的下端面与内筒(4)的上端面之间，内筒(4)通过销钉a(6)与外筒(2)连接在一起，销钉a(6)末端伸入到转位机构(7)外壁槽内，控制转位机构(7)的极限位移，在转位机构(7)的下部与外筒(2)下部台阶面之间安装有弹簧a(8)；在钻头体(10)上，从上到下依次安装有密封圈c(11)、密封块a(12)、焊接块(13)、下活塞(14)、密封块b(15)、弹簧b(16)、销钉b(17)和旋转刀翼(18)，焊接块(13)通过焊接固定在钻头体(10)上，销钉b(17)通过焊接固定钻头体(10)上；旋转刀翼(18)通过销钉b(17)安装在钻头体(10)的刀翼位置，旋转刀翼(18)可在下活塞(14)的推动下绕着销钉b(17)转动，弹簧b(16)安装在下活塞(14)的下端；在钻头体(10)的上部，沿周向均布5个轴向通道孔，在与之对应的位置开设5个径向通道孔，轴向通道孔中从上到下依次安装密封块a(12)、下活塞(14)、密封圈块b(15)、弹簧b(16)，密封块a(12)通过过盈配合安装在钻头体(10)的上部。

2.根据权利要求1所述的机械式调控的多功能PDC钻头，其特征在于：所述的机械式调控的多功能PDC钻头在工作时，高压钻井液从防掉环(3)中部的周向孔进入到转位机构(7)上端与内筒(4)间的空腔中，在钻井液压力的作用下，转位机构(7)开启并向下移动，当转位机构(7)下部的周向孔与钻头体(10)上的径向通道孔相连接时，高压钻井液进入到钻头体(10)与下活塞(14)间的空腔中，在钻井液压力的作用下，下活塞(14)启动并向下移动，进而推动旋转刀翼(18)绕着销钉b(17)向外转动，当旋转刀翼(18)闭合时，该钻头可实现保径功能，当旋转刀翼的张开时，该钻头实现扩眼功能。

3.根据权利要求1所述的机械式调控的多功能PDC钻头，其特征在于：转位机构(7)的上下部各安装一个密封圈a(5)，密封圈a(5)、密封圈b(9)和密封圈c(11)均采用O型密封圈，密封块a(12)与密封块b(15)均采用橡胶块密封；防掉环(3)的下部沿周向均布4个圆孔；转位机构(7)的下端沿周向均布5个圆孔，并且该圆孔大于钻头体(10)上的径向通道孔；在钻头体(10)的每一个刀翼位置处都安装有一个旋转刀翼(18)，并且旋转刀翼(18)上安装有PDC切削齿。