CN102536123B - 反循环金刚石钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气举反循环金刚石钻头，属于钻采工具领域，技术方案是在钻头钢体中心贯通开设大台阶孔，其下端钎焊或烧结内保径，其小孔内壁上开设排水槽，钻头钢体外缘等距或不等距设置刀翼，其顶部低温钎焊或烧结切削齿，其侧面外缘上钎焊或烧结外保径，任意刀翼之间开设小台阶孔，小台阶孔内固定焊接顶断器，钻头钢体内斜面开设复合水孔。本发明实现了一次成井和长井段连续提取岩心，所取岩心在水气混合浮力和顶断器的共同作用下，以设定的尺寸长度自动从钻具中间浮游至地面，使取心钻井工程变得简便高效，减轻了劳动强度，并且大幅度提高了岩心收获率。

Description

反循环金刚石钻头

技术领域

本发明涉及一种用于石油、天然气、矿山及地质钻井工程的金刚石钻头，具体是一种反循环金刚石钻头，属于钻采工具领域。

背景技术

目前在钻井工程领域常规使用的是正循环取心，其存在的问题是收获率不高，影响数据收集；钻井效率低下，需要反复起下钻才能获得取样岩心；劳动强度高。而反循环连续取心技术不需要二次扩孔，中途不需要起钻，能有效防止在钻井过程中的井喷事故，并且钻井速度快、取样及时、岩心收获率高，有利于准确判断地层。反循环钻头在含水层中钻进时，可避免泥浆对孔壁的堵塞，保持地层原有的自然渗透率，是目前世界上效率最高的钻井工艺，已逐渐成为各国在各个钻探领域广泛应用的技术。

反循环钻井钻头是反循环钻井技术中必备的成井工具。我国曾大力推广反循环钻井工艺，但终因缺乏过关的反循环钻井钻头，所以只做了一些启发性试验。随着新能源快速勘探开发的需要，这一技术在国内大范围的应用被推到了一个紧迫位置。目前反循环钻头国内尚无专业厂家生产，虽有公开的该类钻头技术，但是仅局限于牙轮钻头和潜孔钻头。反循环钻头只有保径效果理想，才能实现长寿命和高效率，金刚石以其高硬度、高耐磨而广泛应用于钻井工具。而国内目前在反循环钻头的研究及精密成型生产方面尚处于起步阶段，在施工中一次成井和连续提取岩心的反循环钻头，设计和研发尚属空白，尤其是以金刚石复合片为切削元件的该类钻头，在国内更是绝无仅有。

发明内容

本发明的目的是克服现有反循环钻头的缺陷，而公开一种反循环金刚石钻头，能最大限度的提高钻井效率，减少劳动强度，以及大幅度提高取心钻井工程的岩心收获率。

本发明是通过以下技术方案来实现：

钻头钢体中心贯通开设大台阶孔，大台阶孔的下端钎焊或烧结内保径，在大台阶孔的小孔内壁上开设排水槽，排水槽和内保径间隔分布，钻头钢体下部外缘等距或不等距设置2～20个刀翼，刀翼在钻头钢体上直接加工而成或由碳化物烧结而成，刀翼顶部低温钎焊或烧结切削齿，刀翼侧面外缘上钎焊或烧结外保径，任意刀翼之间侧面开设1～8个小台阶孔，小台阶孔内固定焊接顶断器，顶断器的小端低温钎焊金刚石复合片，钻头钢体内斜面开设2～19个复合水孔并与钻头钢体的顶面相通。

本发明的效果是：可以实现连续取心，一次成井，无需二次扩孔，所取岩心在水气混合浮力和顶断器的共同作用下，以设定的尺寸长度自动从钻具中间浮游至地面，使取心钻井工程变得简便高效，减轻了劳动强度，并且大幅度提高了岩心收获率。

附图说明

附图1是本发明的主视剖面结构示意图。

附图2是本发明的仰视结构示意图。

附图标记说明如下：

大台阶孔1，复合水孔2，钻头钢体3，外保径4，切削齿5，顶断器6，复合片7，内保径8，排水槽9，小台阶孔10，刀翼11。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细论述：

钻头钢体(3)中心贯通开设大台阶孔(1)，大台阶孔(1)的下端钎焊或烧结内保径(8)，内保径(8)是耐磨合金条或是金刚石聚晶或金刚石复合片，在大台阶孔(1)的小孔内壁上开设排水槽(9)，排水槽(9)和内保径(8)间隔分布，钻头钢体(3)大端均匀设置6个刀翼(11)，刀翼(11)在钻头钢体(3)上直接加工而成，刀翼(11)顶部低温钎焊切削齿(5)，切削齿(5)是金刚石复合片或金刚石聚晶，刀翼(12)侧面外缘上钎焊外保径(4)，外保径(4)是耐磨合金或金刚石聚晶，任意刀翼(12)之间侧面开设1个小台阶孔(10)，小台阶孔(10)内固定焊接顶断器(6)，顶断器(6)的小端低温钎焊有金刚石复合片(7)，钻头钢体(3)内斜面开设5个复合水孔(2)并与钻头钢体(3)的顶面相通。

本发明在工作时，钻头连接双壁钻杆，双壁钻杆夹层下注具有一定压力的水气混合物，从复合水孔进入钻头工作面，携带破碎的岩石小颗粒，分别从钻具外围和钻杆中心水孔排向地面，地层在切削齿和内保径共同作用下，被加工成一定直径的圆柱体进入大台阶孔内，形成所需要采样的岩心，当岩心顶部到达顶断器上的复合片位置时，由于复合片外伸一定长度，所以会施加给岩心一个侧向外力，迫使脆性岩心折断为小段，小段岩心在井底水气混合物的浮力作用下，浮游上行被输送到地面，排水槽冷却顶断器复合片和内保径，保证所获岩心直径保持在一定范围内，同时确保顶断器功能正常。如此钻进、顶断、上送岩心，反复循环实现连续提取岩心。

Claims (4)

1.反循环金刚石钻头，是由钻头钢体(3)、刀翼(11)、切削齿(5)所组成，其特征是钻头钢体(3)中心贯通开设大台阶孔(1)，大台阶孔(1)的下端钎焊或烧结内保径(8)，在大台阶孔(1)的小孔内壁上开设排水槽(9)，排水槽(9)和内保径(8)间隔分布，钻头钢体(3)下部外缘等距或不等距设置2～20个刀翼(11)，刀翼(11)顶部低温钎焊或烧结切削齿(5)，刀翼(12)侧面外缘上钎焊或烧结外保径(4)，任意刀翼(12)之间侧面开设1～8个小台阶孔(10)，小台阶孔(10)内固定焊接顶断器(6)，顶断器(6)的小端低温钎焊金刚石复合片(7)，钻头钢体(3)内斜面开设2～19个复合水孔(2)并与钻头钢体(3)的顶面相通。

2.根据权利要求1所述的反循环金刚石钻头，其特征是内保径(8)是耐磨合金条或金刚石聚晶或金刚石复合片；刀翼(11)在钻头钢体(3)上直接加工而成或由碳化物烧结而成；切削齿(5)是金刚石复合片或金刚石聚晶；外保径(4)是耐磨合金或金刚石聚晶。

3.根据权利要求1所述的反循环金刚石钻头，其特征是内保径(8)是耐磨合金条，切削齿(5)是金刚石复合片，外保径(4)是耐磨合金。

4.根据权利要求1所述的反循环金刚石钻头，其特征是钻头钢体(3)大端均匀设置6个刀翼(11)，刀翼(11)在钻头钢体(3)上直接加工而成，任意刀翼(12)之间侧面开设1个小台阶孔(10)，钻头钢体(3)内斜面开设5个复合水孔(2)并与钻头钢体(3)的顶面相通。