CN103556951A - 一种套管开窗钻头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种套管开窗钻头，属石油天然气钻探类井下工具技术领域。是一种整体呈圆柱形上端均匀分布3个或4个刀翼，下端为螺纹连接或销钉连接的套管开窗钻头。本发明通过动力工具带动旋转，以一定的速度和扭矩钻穿油层套管完成套管开窗，可实现老井油层改造，改善储层与井筒之间的油流通道，提高采收率，并能与水力喷射钻进、压裂等其他技术措施相结合，挖掘老区剩余油气。

Description

一种套管开窗钻头

技术领域

本发明涉及一种套管开窗钻头，属石油天然气钻探类井下工具技术领域。

背景技术

超短半径径向水平井技术是利用开窗钻头将套管钻穿，再利用高压水射流在油层中的不同方向上钻出多个水平井眼，从而增加油气井泄流面积，可以有效地挖潜油气藏潜力，提高采收率。此外，与其他工艺相结合可以实现封堵效果。与常规增产工艺相比，它具有“定向钻进，深部穿透”两大技术优势。

    利用高压水射流的水力破岩作用在油层部位进行径向钻孔时，需先在径向钻孔的油层位置处进行套管开窗。首先用油管将造斜器送至井内预定位置，确定深度后按照钻孔要求调整方位，并正循环热清洗油管及套管环空。洗井结束之后，利用连续油管下入井下马达和钻头，通过井下造斜器的导向作用，使钻头在很小的曲率内由垂直转向水平，启动地面高压泵，对套管实施开窗作业。当套管开窗作业完成后，起出开窗工具，再用连续油管连接高压软管和喷头，一起送入井内，同样通过造斜器的导向作用，使高压软管和喷头顺利的进入已开好窗的孔眼内。启动地面高压泵，利用高压水力喷射破碎岩石，同时由喷嘴的自牵引力带动管串向前钻进，返出的喷射液将岩石碎屑排出孔眼。当喷射钻孔的长度达到设计要求的深度后，整个施工过程结束。

现有技术中，套管开窗作业是通过井底动力工具带动开窗钻头钻穿套管的。由于常规钻头与套管间的摩擦阻力大、剪切应力分布均匀，导致钻头工作效率低，开窗速度慢，同时，也影响了钻头的使用寿命。

CN 202611594 U公布了一种水力喷射径向钻孔套管开窗专用钻头，用于超短半径径向水平井开窗侧钻，其结构包括钻头本体，该钻头本体靠近末端的外圆柱面上设有由易磨削材料制成的指示螺钉，指示螺钉突出钻头本体外圆柱面，钻头本体末端设有保护台阶，保护台阶突出钻头本体外圆柱面的高度高于指示螺钉的高度。开窗成功后，钻头本体钻进到套管壁内，钻头本体末端的指示螺钉的突出部分将被已开窗的套管壁磨削掉或留下明显的磨削痕迹，从而可以判断开窗成功。因此该钻头对有效识别和判断套管开窗是否成功具有一定效果，而目前在套管开窗过程中，开窗钻头工作效率低、使用寿命短的问题仍然存在。

发明内容

本发明的目的在于克服超短半径径向水平井开窗侧钻中现有套管开窗钻头工作效率低、使用寿命短的问题，而提出一种套管开窗钻头。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括钻头本体，钻头本体整体呈圆柱形，钻头本体上端有3个或4个刀翼及对应的切削刃、切削槽和排屑槽，钻头本体下端为连接端。

所述的3个或4个刀翼可为连续锥面状或螺旋状，刀翼表面或前端为钻头切削刃，并可根据需要在切削刃表面或前端分布有形状为圆弧或斜面的切削槽以加强钻头切削效率。

所述的排屑槽的排屑方向平行于钻头轴线或呈螺旋状。

所述的连接端为螺纹连接孔或两个对称的销钉掌，可直接与其他动力钻具或传动工具连接。

本发明的有益效果：

（1）通过动力工具或传动工具带动旋转，以一定的速度和扭矩钻穿油层套管完成套管开窗，可实现老井油层改造，改善储层与井筒之间的油流通道，提高采收率；

（2）钻穿套管后，可实施水力喷射钻进，在储层内钻开一定深度的水平分支井；

（3）钻穿套管后，可对储层实施压裂。

附图说明

图1为本发明实施例1的主视图；

图2为本发明实施例1的俯视图；

图3为本发明实施例2的主视图；

图4为本发明实施例2的俯视图；

图5为本发明实施例2的半剖图；

图中：1-本体；2-刀翼；3-连接端；4-前锥面；5-后锥面；6-切削刃；7a、7b-切削槽；8a、8b-排屑槽；9-圆球面；10-销钉；11-球形凹面；12-光滑弧面。

具体实施方式：

    下面结合附图对本发明做进一步描述：

实施例1：

如图1、图2所示，本发明的钻头本体1整体呈圆柱形，其上端为包括前锥面4和后锥面5的两个连续锥面，在两个连续锥面上圆周均匀分布3个或4个刀翼2及对应的切削刃6、切削槽7a和排屑槽8a，钻头本体1下端为螺纹连接孔3，通过螺纹可将本发明与其他动力钻具或传动工具连接。

所述的两个连续锥面包括前锥面4和后锥面5，其中前锥面4与钻头本体1轴线夹角为91°~135°，后锥面5与钻头本体1轴线夹角为135°~140°。不同角度的连续锥面在套管开窗过程中，首先形成一个锥形导孔，随着钻进的深入，再扩孔开窗的作业方式，可减小钻头工作时的横向振动，提高钻头功率。此外，在前、后锥面过渡时，还可形成局部应力集中，加速钻穿套管。

所述的切削刃6位于刀翼2前端且高出钻头本体1上端的连续锥面，其宽度大于2mm，依靠刀翼2的支撑，可有效切割套管。

所述的切削槽7a为斜面状，其与切削刃6的前端平面夹角为45°~60°，可使切削刃6获得足够的切削深度。

所述的排屑槽8a的排屑面平行于钻头本体1轴线并延伸至钻头下端，可及时排出钻屑。

工作时，本发明通过螺纹连接孔3与动力钻具或传动工具连接，所述动力钻具或传动工具为本发明提供动力来源或传动连接。开窗作业前，现场通过测井校深、陀螺定向确定目的层的井深和方位之后，下入本发明及相应的动力钻具或传动工具，并在井底完成转向、定向，此时，本发明的前锥面4由于钻压紧贴在套管内壁上。开窗作业时，动力钻具或传动工具开始工作并带动本发明旋转，此时钻头本体1的前锥面4及切削刃6以一定的速度和扭矩开始切割套管并形成一个锥形导孔。当继续施加钻压，钻头前锥面4完全进入套管壁之后，本发明的后锥面5及切削刃6开始沿锥形导孔接触并切割套管，最终在目的层套管处，沿预先调整的方位钻穿套管，形成一个形状规则的光滑圆孔完成套管开窗作业，开窗过程中，钻头切割套管形成的钻屑通过切削槽7a和排屑槽8a排出。开窗结束后，动力钻具或传动工具停止工作，将动力钻具或传动工具连同本发明一起取出井底，并下入测井、定向仪器确定第二目的层位的井深和方位，再次下入本发明及相应的动力钻具或传动工具，重复上述步骤完成所有目的层位的套管开窗作业。

实施例2：

如图3、图4、图5所示，本发明的钻头本体1整体呈圆柱形，其上端为圆球面9，在圆球面9上圆周均匀分布3个或4个螺旋刀翼2及对应的切削槽7b和排屑槽8b，钻头本体下端为螺孔或两个对称的销钉掌3，通过螺纹或销钉10可将本发明与其他动力钻具或传动工具连接。

所述的圆球面9圆周均匀分布的3个或4个螺旋刀翼2整体作为切削刃，其表面均布有切削槽7b，可在一定扭矩作用下钻穿套管。

所述的切削槽7b为弧形状，可增强套管开窗过程中的应力集中，减小开窗磨阻，从而提高开窗效率。

所述的排屑槽8b为螺旋状，可及时排出钻屑。

所述的两个销钉掌3之间的钻头本体1中央为一光滑的球形凹面11，能有效减小钻头本体1与动力钻具或传动工具间的摩擦，使钻头本体1转动灵活。

所述的球形凹面11两侧为对称分布的光滑弧面12，光滑弧面12的母线与钻头本体1轴线夹角70°~80°，避免钻头本体1转动时与动力钻具或传动工具发生碰撞。

工作时，本发明通过销钉10与动力钻具或传动工具连接，动力钻具或传动工具为本发明提供动力来源或传动连接，开窗作业前，现场通过测井校深、陀螺定向确定目的层的井深和方位之后，下入本发明及相应的动力钻具或传动工具，并在井底完成转向、定向，此时，本发明的上端圆球面9由于钻压紧贴在套管内壁上。开窗作业时，动力钻具或传动工具开始工作并带动本发明旋转，此时钻头本体1上端的螺旋刀翼2以一定的速度和扭矩开始切割套管，由于螺旋刀翼2上均匀分布有若干弧形切屑槽7b，增强了开窗作业过程中的应力集中，加快了套管开窗速度，最终能在目的层套管处，沿预先调整好的方位钻穿套管，形成一个形状规则的光滑圆孔完成套管开窗作业，开窗过程中，钻头切割套管形成的钻屑通过螺旋排屑槽8b排出。开窗结束后，动力钻具或传动工具停止工作，将动力钻具或传动工具连同本发明一起取出井底，并下入测井、定向仪器确定第二目的层位的井深和方位，再次下入本发明及相应的动力钻具或传动工具，重复上述步骤完成所有目的层位的套管开窗作业。

Claims (10)

1.一种套管开窗钻头，包括钻头本体（1），其特征是：钻头本体（1）整体呈圆柱形，钻头本体（1）上端有3个或4个刀翼（2）及对应的切削刃、切削槽和排屑槽，钻头本体（1）下端为连接端（3）。

2.根据权利要求1所述的一种套管开窗钻头，其特征是：钻头本体（1）上端为包括前锥面（4）和后锥面（5）的两个连续锥面，在两个连续锥面上圆周均匀分布3个或4个刀翼（2）及对应切削刃（6）、切削槽（7a）和排屑槽（8a），钻头本体（1）的连接端（3）为螺纹连接孔。

3.根据权利要求1或2所述的一种套管开窗钻头，其特征是：所述的两个连续锥面包括前锥面（4）和后锥面（5），其中前锥面（4）与钻头本体（1）轴线夹角为91°~135°，后锥面（5）与钻头本体（1）轴线夹角为135°~140°。

4.根据权利要求1或2所述的一种套管开窗钻头，其特征是：所述的切削刃（6）位于刀翼（2）前端且高出钻头本体（1）上端的连续锥面，其宽度大于2mm。

5.根据权利要求1或2所述的一种套管开窗钻头，其特征是：所述的切削槽（7a）为斜面状，其与切削刃（6）的前端平面夹角为45°~60°。

6.根据权利要求1或2所述的一种套管开窗钻头，其特征是：所述的排屑槽（8a）的排屑面平行于钻头本体（1）轴线并延伸至钻头下端。

7.根据权利要求1所述的一种套管开窗钻头，其特征是：钻头本体（1）整体呈圆柱形，其上端为圆球面（9），在圆球面（9）上圆周均匀分布3个或4个螺旋刀翼（2）及对应的切削槽（7b）和排屑槽（8b）。

8.根据权利要求1或7所述的一种套管开窗钻头，其特征是：钻头本体（1）的连接端（3）为两个对称的销钉掌。

9.根据权利要求1或7所述的一种套管开窗钻头，其特征是：螺旋刀翼（2）整体作为切削刃，表面均布有切削槽（7b）。

10.根据权利要求1或7所述的一种套管开窗钻头，其特征是：切削槽（7b）为弧形状；排屑槽（8b）为螺旋状。

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