一种带有缓冲机构的PDC钻头的制作方法

本发明涉及石油天然气钻探领域,尤其涉及一种带有缓冲机构的pdc钻头。

背景技术：

随着浅部油气藏的勘探开发步入中后期、深井、超深井的需求逐渐增加。而在深部钻进过程中，钻遇复杂难钻地层比例逐年增大。由于pdc钻头的粘滑效应，造成pdc钻头复合片崩损，失效快，寿命短，机械钻速低，这极大限制了pdc钻头的使用范围和提高深井钻井成本。为了解决这个问题，国内外研发了旋扭冲击器、360钻头等来提高钻头单只进尺。旋扭冲击器的工作原理为通过内部独特的流道结构，将钻井液的流体能量转换成周向的、高频的、均匀稳定的周向机械冲击力，并直接传递给pdc钻头，以消除pdc钻头粘滑问题。360钻头其原理为其复合片在破岩的过程中能够旋转，使复合片的周围均能参与破岩，提高pdc复合片的利用率。扭力冲击器和360钻头均能不同程度的提高钻头单只进尺，提高机械钻速，缩短钻井周期。但扭力冲击器工作过程中存在失效、冲蚀、产生压力损耗等问题；360钻头复合片在与井底岩石高速撞击时，不具有缓冲装置，容易引起复合片的崩损，降低机械钻速。因此为了提高钻头的单只进尺和机械钻速，有必要研发一种具有旋转复合片且能够缓冲复合片与岩石高速冲击的装置。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种带有缓冲机构的pdc钻头，在pdc钻头破岩时,使pdc复合片不仅能够旋转而且能够在复合片与岩石高速冲击时起到缓冲作用，减缓复合片的崩损，提高机械钻速和单只进尺。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种带有缓冲机构的pdc钻头，包括钻头本体和位于钻头本体前端的pdc复合片,钻头本体前端车有三级内径依次缩小的安装圆槽，在第二级安装圆槽内壁上车有螺纹，中心轴为三级依次缩小的圆柱状，中心轴插在安装圆槽中，中心轴前段直径与安装圆槽的前段相匹配，中心轴前段的顶端与钻头本体前端的圆柱状的pdc复合片连接在一起，且中心轴前段直径与pdc复合片相同；中心轴中段套有与中心轴同轴的缓冲弹簧和外壁带有螺扣的固定螺栓，固定螺栓外壁与第二级安装圆槽内壁螺纹相连接，缓冲弹簧一端顶在中心轴前段底部，另一端顶在固定螺栓上；中心轴下段带有外螺纹，止退螺栓为内有螺纹的中空圆柱，通过螺纹与中心轴下段连接，止退螺栓底部有两个对称平行的安装键；在安装圆槽底部的钻头本体上开有与两个安装键相匹配的两个对称平行安装键槽和与中心轴下段相匹配的缓冲槽。

中心轴前段的顶端通过焊接与pdc复合片连接在一起。

本发明的有益效果是：能够在pdc钻头复合片与井底岩石之间高速撞击时起到缓冲作用，减缓复合片的崩损。

附图说明

图1是pdc钻头复合片缓冲装置示意图。

图中：1复合片、2中心轴、3缓冲弹簧、4固定螺栓、5止退螺栓、6钻头本体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明的带有缓冲机构的pdc钻头，包括钻头本体6和位于钻头本体前端的pdc复合片1，钻头本体6前端车有三级内径依次缩小的安装圆槽6-3，在第二级安装圆槽内壁上车有螺纹，中心轴2为三级依次缩小的圆柱状，中心轴2插在安装圆槽6-3中，中心轴前段2-1直径与安装圆槽6-3的前段相匹配，中心轴前段2-1的顶端与钻头本体前端的圆柱状的pdc复合片1连接在一起，且中心轴前段2-1直径与pdc复合片1相同；中心轴中段2-2套有与中心轴同轴的缓冲弹簧3和外壁带有螺扣的固定螺栓4，固定螺栓4外壁与第二级安装圆槽内壁螺纹相连接，缓冲弹簧3一端顶在中心轴前段2-1底部，另一端顶在固定螺栓4上；中心轴下段2-3带有外螺纹，止退螺栓5为内有螺纹的中空圆柱，通过螺纹与中心轴下段2-3连接，止退螺栓5底部有两个对称平行的安装键5-1；在安装圆槽6-3底部的钻头本体上开有与两个安装键5-1相匹配的两个对称平行安装键槽6-1和与中心轴下段2-3相匹配的缓冲槽6-2。

中心轴前段2-1的顶端通过焊接与pdc复合片1连接在一起。

安装步骤：一、将pdc复合片与中心轴焊接在一起；二、将止退螺栓置于钻头本体安装圆槽中，确保止退螺栓安装键位于安装圆槽内的安装键槽内；三、固定螺栓与钻头本体通过螺纹连接；四、将减震弹簧套于中心轴上，中心轴2-3穿过固定螺栓，与止退螺栓通过螺纹连接。

本发明通过焊接与螺纹两种连接方式连接在一起，形成一个使pdc复合片既能周向旋转又能轴向运动的机构。pdc复合片通过焊接与中心轴2-1连接在一起，将在切屑岩石时产生的轴向和周向运动传递给中心轴。中心轴2-2套有减震弹簧，中心轴2-3与止退螺栓通过螺纹连接，在止退螺栓与减震弹簧之间为固定螺栓，固定螺栓套于中心轴上。缓冲弹簧套于中心轴2-2，在复合片与地层岩石高速撞击时起到缓冲作用。固定螺栓内套于中心轴上，外与钻头本体通过螺纹相连接，下将止退螺栓限制于钻头本体内槽内，上与缓冲弹簧接触。止退螺栓与中心轴下部通过螺纹连接。钻头本体上车安装圆槽；在安装圆槽上车有螺纹、该螺纹与固定螺栓上螺纹相匹配；安装圆槽最深处车有安装键槽，与止退螺栓安装键相匹配。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

技术特征：

1.一种带有缓冲机构的pdc钻头，包括钻头本体(6)和位于钻头本体前端的pdc复合片(1)，其特征在于，钻头本体(6)前端车有三级内径依次缩小的安装圆槽(6-3)，在第二级安装圆槽内壁上车有螺纹，中心轴(2)为三级依次缩小的圆柱状，中心轴(2)插在安装圆槽(6-3)中，中心轴前段(2-1)直径与安装圆槽(6-3)的前段相匹配，中心轴前段(2-1)的顶端与钻头本体前端的圆柱状的pdc复合片(1)连接在一起，且中心轴前段(2-1)直径与pdc复合片(1)相同；中心轴中段(2-2)套有与中心轴同轴的缓冲弹簧(3)和外壁带有螺扣的固定螺栓(4)，固定螺栓(4)外壁与第二级安装圆槽内壁螺纹相连接，缓冲弹簧(3)一端顶在中心轴前段(2-1)底部，另一端顶在固定螺栓(4)上；中心轴下段(2-3)带有外螺纹，止退螺栓(5)为内有螺纹的中空圆柱，通过螺纹与中心轴下段(2-3)连接，止退螺栓(5)底部有两个对称平行的安装键(5-1)；在安装圆槽(6-3)底部的钻头本体上开有与两个安装键(5-1)相匹配的两个对称平行安装键槽(6-1)和与中心轴下段(2-3)相匹配的缓冲槽(6-2)。

2.根据权利要求1所述带有缓冲机构的pdc钻头，其特征在于，中心轴前段(2-1)的顶端通过焊接与pdc复合片(1)连接在一起。

技术总结
本发明公开了一种带有缓冲机构的PDC钻头，包括：PDC复合片、中心轴、缓冲弹簧、固定螺栓、止推螺栓等。PDC复合片与中心轴通过焊接连接在一起；固定螺栓和止推螺栓通过螺纹与中心轴链接在一起；缓冲弹簧套于中心轴上，并固定于中心轴顶部台阶与固定螺栓之间。PDC复合片在切削地层因粘滑效应与井底岩石之间发生瞬时撞击时，PDC复合片依次推动中心轴、固定螺栓和止退螺栓往钻头本体安装槽内部运动，运动时中心轴与固定螺栓之间的缓冲弹簧被压缩，对PDC复合片与井底岩石之间的瞬时撞击起到缓冲作用，大幅降低瞬时作用力，避免PDC复合片发生崩损。

技术研发人员：陈新海;李拥军;杨恺;付潇;陈世春;徐明磊;李毅;谭天宇;王永安;王乐顶;陈新勇;刘超;孟飞;王颖瑞
受保护的技术使用者：中国石油集团渤海钻探工程有限公司;中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：2020.10.20
技术公布日：2020.12.15