扩眼钻头的制作方法

文档序号:34006294发布日期:2023-04-29 20:37阅读:48来源:国知局

本发明涉及石油天然气、地热、物探等钻井设备,是一种扩眼钻头。


背景技术:

1、石油天然气钻井工程中,扩眼钻头能够在钻进的同时扩大井眼直径。钻井过程中常规钻头易出现机械钻速慢、钻头寿命短等问题。扩眼钻头由扩眼钻头和领眼钻头组成,改变了传统的切削破岩方式,钻进过程中,先通过领眼钻头钻出直径较小的井眼,随后通过扩眼钻头将井眼扩大至设计井眼。由于现有扩眼钻头大多将扩眼部分设计为长圆滑曲线扩眼轮廓,相比于常规钻头(如pdc钻头),扩眼钻头与岩石接触面积有明显增加,这将大大降低钻头的攻击性,增加扩眼钻头的扭矩和能量消耗,明显降低钻头钻进效率,而且同时带来钻头扭矩大、憋跳严重、对钻头和钻柱造成不同程度的损害。另外,圆滑的长段过渡,明显减弱了扩眼钻头分级破岩的应力释放效应,阻碍了钻头破岩效率的提高,掩盖了扩眼钻头提高钻进效率的优势。


技术实现思路

1、本发明提供了一种扩眼钻头,克服了上述现有技术之不足,其能有效解决现有常规钻头存在的机械钻速慢、钻头寿命短使得难钻地层钻井机速低,建井周期长的问题。

2、本发明的技术方案是通过以下措施来实现的:一种扩眼钻头,包括钻头本体、领眼体和扩眼体,钻头本体外侧由下至上间隔设有领眼体和扩眼体,领眼体包括第一刀翼和第一切削元件,钻头本体下部外侧沿圆周间隔均布有若干个第一刀翼,每个第一刀翼上均间隔设有第一切削元件,扩眼体包括第二刀翼、第二切削元件和第三切削元件,对应第一刀翼上方位置的钻头本体中部外侧沿圆周间隔固定有数量不少于第一刀翼数量的第二刀翼,每个第二刀翼的外侧面均包括至少两个布齿面,于上下方向上相邻的两个布齿面与钻头本体中心轴线之间的距离由下至上依次增大,每个第二刀翼上相邻两个布齿面的过渡部位均成型有第一过渡面,每个第二刀翼下部与钻头本体外侧之间的过渡部位均成型有第二过渡面,布齿面上设置有第二切削元件,第一过渡面和第二过渡面上均设置有第三切削元件。

3、下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进:

4、上述钻头本体上部外侧可沿圆周间隔固定有若干个保径体,保径体上部外侧上下间隔设有若干个第一保径切削元件。

5、上述对应最上方第一切削元件上方位置的第一刀翼外侧可固定有向外凸出的保径凸台,保径凸台外侧间隔均布有若干个第二保径切削元件。

6、上述第三切削元件可为扇形聚晶金刚石复合片或者锥形聚晶金刚石复合片或楔形聚晶金刚石复合片。

7、上述第二保径切削元件形成的切削圆的直径可为第一直径,第一保径切削元件形成的切削圆的直径为第二直径,第一直径大于等于第二直径的二分之一。

8、作为一种优选,上述保径体可包括若干个沿圆周间隔固定于钻头本体上部外侧的第三刀翼,每个第四刀翼均位于对应位置的第二刀翼上方,每个第四刀翼下部和钻头本体上部外侧的过渡部位均成型有第五过渡面,每个第四刀翼上部和钻头本体外侧的过渡部位成型有第六过渡面,第一保径切削元件沿上下向间隔设于第四刀翼外侧,第五过渡面上设置有第五切削元件。

9、上述第三过渡面上可设置有第四切削元件。

10、上述保径凸台外侧于上下向上的高度可为第一距离,第四过渡面下侧与最下方的第三切削元件下端之间的距离为第二距离,第四过渡面下侧与第二刀翼外侧上端之间的距离为第三距离,第三距离大于等于第二距离的三分之一,第一距离大于等于第二距离的四分之一,并且第一距离小于等于第二距离。

11、作为另一种优选,上述保径体可包括若干个沿圆周间隔设置于钻头本体上部外侧的第四刀翼,每个第四刀翼均位于对应位置的第二刀翼上方,每个第四刀翼下部和钻头本体上部外侧的过渡部位均成型有第五过渡面,每个第四刀翼上部和钻头本体外侧的过渡部位成型有第六过渡面,第一保径切削元件沿上下向间隔设于第四刀翼外侧,第五过渡面上设置有第五切削元件。

12、上述保径体还可包括若干个沿圆周间隔固定于钻头本体上部外侧的第五刀翼,每个第五刀翼均位于对应位置的第二刀翼上方,第五刀翼上部和对应位置的第四刀翼下部固定连接,每个第五刀翼下部和钻头本体上部外侧的过渡部位均成型有第七过渡面,第七过渡面上设置有第六切削元件。

13、上述第五刀翼外侧可设置有第七切削元件。

14、上述保径凸台外侧于上下向上的高度可为第一距离,第四过渡面下侧与最下方的第三切削元件下端之间的距离为第二距离,第四过渡面下侧与第二刀翼外侧上端之间的距离为第三距离,第三距离大于等于第二距离的三分之一,第一距离大于等于第二距离的四分之一,并且第一距离小于等于第二距离。

15、上述每相邻的两个第一刀翼之间的钻头本体下部均可设有第一喷嘴,对应第一刀翼上方与第二刀翼下方或者第一刀翼上方与第三刀翼下方之间的钻头本体中部均沿圆周间隔分布有数量不少于第一喷嘴数量的第二喷嘴。

16、本发明结构合理而紧凑,将扩眼体上的切削元件按照阶梯的形式排布,形成明显的阶梯状无侧限井底形貌,能够释放更多地层围限应力,应力释放效应明显,降低岩石强度,阶梯拐角处易产生应力集中,有利于岩石产生体积破碎,钻头本体上的钻压直接施加到领眼钻头和扩眼的台阶面上,钻压直接用于钻头切削齿对钻进地层的侵入,有效利用钻压能量,能明显提高钻头的攻击性和钻进速度,减少了扩眼体与井壁的接触面积,减少钻头扭矩和钻进能量损耗,能够有效提高钻井效率,减少能耗,提高钻头使用寿命,降低钻柱损害,提高钻井安全性。



技术特征:

1.一种扩眼钻头,其特征在于包括钻头本体、领眼体和扩眼体,钻头本体外侧由下至上间隔设有领眼体和扩眼体,领眼体包括第一刀翼和第一切削元件,钻头本体下部外侧沿圆周间隔均布有若干个第一刀翼,每个第一刀翼上均间隔设有第一切削元件,扩眼体包括第二刀翼、第二切削元件和第三切削元件,对应第一刀翼上方位置的钻头本体中部外侧沿圆周间隔固定有数量不少于第一刀翼数量的第二刀翼,每个第二刀翼的外侧面均包括至少两个布齿面,于上下方向上相邻的两个布齿面与钻头本体中心轴线之间的距离由下至上依次增大,每个第二刀翼上相邻两个布齿面的过渡部位均成型有第一过渡面,每个第二刀翼下部与钻头本体外侧之间的过渡部位均成型有第二过渡面,布齿面上设置有第二切削元件,第一过渡面和第二过渡面上均设置有第三切削元件。

2.根据权利要求1所述的扩眼钻头,其特征在于钻头本体上部外侧沿圆周间隔固定有若干个保径体,保径体上部外侧上下间隔设有若干个第一保径切削元件。

3.根据权利要求1或2所述的扩眼钻头,其特征在于对应最上方第一切削元件上方位置的第一刀翼外侧固定有向外凸出的保径凸台,保径凸台外侧间隔均布有若干个第二保径切削元件;或/和,第三切削元件为扇形聚晶金刚石复合片或者锥形聚晶金刚石复合片或楔形聚晶金刚石复合片。

4.根据权利要求3所述的扩眼钻头,其特征在于第二保径切削元件形成的切削圆的直径为第一直径,第一保径切削元件形成的切削圆的直径为第二直径,第一直径大于等于第二直径的二分之一。

5.根据权利要求2所述的扩眼钻头,其特征在于保径体包括若干个沿圆周间隔固定于钻头本体上部外侧的第三刀翼,每个第三刀翼下侧均和对应位置的第二刀翼上侧固定连接,每个第三刀翼下部和对应位置的第二刀翼上部的过渡部位均成型有第三过渡面,每个第三刀翼上部和钻头本体外侧的过渡部位均成型有第四过渡面,第一保径切削元件沿上下向间隔设于第三刀翼外侧;或/和,第三过渡面上设置有第四切削元件。

6.根据权利要求5所述的扩眼钻头,其特征在于保径凸台外侧于上下向上的高度为第一距离,第四过渡面下侧与最下方的第三切削元件下端之间的距离为第二距离,第四过渡面下侧与第二刀翼外侧上端之间的距离为第三距离,第三距离大于等于第二距离的三分之一,第一距离大于等于第二距离的四分之一,并且第一距离小于等于第二距离。

7.根据权利要求2所述的扩眼钻头,其特征在于保径体包括若干个沿圆周间隔设置于钻头本体上部外侧的第四刀翼,每个第四刀翼均位于对应位置的第二刀翼上方,每个第四刀翼下部和钻头本体上部外侧的过渡部位均成型有第五过渡面,每个第四刀翼上部和钻头本体外侧的过渡部位成型有第六过渡面,第一保径切削元件沿上下向间隔设于第四刀翼外侧,第五过渡面上设置有第五切削元件。

8.根据权利要求7所述的扩眼钻头,其特征在于保径体还包括若干个沿圆周间隔固定于钻头本体上部外侧的第五刀翼,每个第五刀翼均位于对应位置的第二刀翼上方,第五刀翼上部和对应位置的第四刀翼下部固定连接,每个第五刀翼下部和钻头本体上部外侧的过渡部位均成型有第七过渡面,第七过渡面上设置有第六切削元件;或/和,第五刀翼外侧设置有第七切削元件。

9.根据权利要求8所述的扩眼钻头,其特征在于保径凸台外侧于上下向上的高度为第一距离,第四过渡面下侧与最下方的第三切削元件下端之间的距离为第二距离,第四过渡面下侧与第二刀翼外侧上端之间的距离为第三距离,第三距离大于等于第二距离的三分之一,第一距离大于等于第二距离的四分之一,并且第一距离小于等于第二距离。

10.根据权利要求5或6或7或8或9所述的扩眼钻头,其特征在于每相邻的两个第一刀翼之间的钻头本体下部均设有第一喷嘴,对应第一刀翼上方与第二刀翼下方或者第一刀翼上方与第三刀翼下方之间的钻头本体中部均沿圆周间隔分布有数量不少于第一喷嘴数量的第二喷嘴。


技术总结
本发明涉及石油天然气、地热、物探等钻井设备技术领域,是一种扩眼钻头,包括钻头本体、领眼体和扩眼体。本发明结构合理而紧凑,将扩眼体上的切削元件按照阶梯的形式排布,形成明显的阶梯状无侧限井底形貌,能够释放更多地层围限应力,应力释放效应明显,降低岩石强度,阶梯拐角处易产生应力集中,有利于岩石产生体积破碎,钻头本体上的钻压直接施加到领眼钻头和扩眼的台阶面上,钻压直接用于钻头切削齿对钻进地层的侵入,有效利用钻压能量,能明显提高钻头的攻击性和钻进速度,减少了扩眼体与井壁的接触面积,减少钻头扭矩和钻进能量损耗,能够有效提高钻井效率,减少能耗,提高钻头使用寿命,降低钻柱损害,提高钻井安全性。

技术研发人员:张武涛,陈炼,谢正森,武智,朱金涛,李浪,李明,朱玉锋
受保护的技术使用者:中国石油天然气集团有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/1/11
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