CN104120978B - 一种pdc钻头及组合钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PDC钻头及组合钻具，其特征在于：它包括无保径结构的PDC钻头本体和保径短节；保径短节两端为API标准扣型，下部可以直接与PDC钻头本体连接，或通过标准转换接头与PDC钻头本体连接，上部与具有API标准扣型的钻铤或井下马达相连接。这种可分离保径式PDC钻头的优点是根据不同的需要既能单独使用不带保径结构的PDC钻头本体，又能与保径短节连接起来一起使用，还能在保径短节与没有保径机构的PDC钻头本体之间加入一个普通短节来使用，因此可以适应不同的钻井工况要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于油气钻井工程中的钻具，特别是关于一种可分离保径式的PDC钻头及组合钻具。
背景技术
PDC（PolycrystallineDiamondComposite，聚晶金刚石复合片）钻头是广泛应用于石油、地质领域的一种钻头，其具有较高的硬度、耐磨性和使用寿命。PDC钻头破碎岩石的主要方式是切削岩石，由于其一般具有3～7个刀翼，十几个复合片，岩石又是不均质的，因此PDC钻头在工作时存在剧烈的横向振动，削弱了破碎岩石的效率。为了抑制钻头的横向振动，部分钻头强化了保径结构，使保径结构的直径比钻头的直径略大，保径结构与井壁大面积紧密接触，从而有效抑制了横向振动。但是，保径结构在抑制钻头横向振动的同时也抑制了PDC钻头的侧向切削性能。钻头的侧向切削性能对于井眼轨迹控制是至关重要的，在诸如直井防斜，定向井、水平井增降井斜、纠方位过程中都需要钻头具备良好的侧向切削性能。
在直井防斜、定向井和水平井井眼轨迹控制过程中，底部钻具组合会在钻头处产生一个侧向力，钻头在钻压作用下向前钻进，在侧向力作用下向侧向钻进，通过控制这两个方向的钻进实现井眼轨迹控制。要实现侧向钻进除了侧向力外还需要钻头具备侧向切削能力，对于PDC钻头由于为了抑制横向振动，保径结构与井壁紧密接触，底部钻具组合产生的侧向力也主要施加在了保径结构而非切削齿上，因此常规PDC钻头侧向切削能力较弱。直井钻进时强保径结构的PDC钻头也会严重削弱钟摆钻具组合的降斜功能，容易造成井斜超标。
为了提高PDC钻头应用于定向井、水平井的井眼轨迹控制时的效果，需要对PDC钻头进行改进，已有的发明专利“定向钻进PDC钻头（CN102128007A）”提出的解决措施是将PDC钻头刀翼设计为主刀翼与辅助刀翼，保径块只设计在主刀翼上，辅助刀翼没有保径结构。这种思路取消了部分保径结构，一定程度上增加了侧向切削能力，但是由于主刀翼上还存在保径，钻头侧向切削能力依然有限。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种既能够提供侧向切削能力，又能够抑制横向振动效果的可分离保径式的PDC钻头及组合钻具，以适应直井防斜与定向井井眼轨迹控制的需要。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种PDC钻头，包括无保径结构的PDC钻头本体和与所述PDC钻头本体相连的保径短节。
所述PDC钻头本体包括切削部和设置在所述切削部的顶端的API公扣，而所述保径短节的两端设置有能与所述API公扣相配合的API标准扣。
所述保径短节的长度为30cm以上。
所述保径短节上镶嵌有硬质合金块或平铺有PDC切削刀片。
一种组合钻具包括上述的PDC钻头，以及与所述保径短节连接的钻铤和钻杆，其中在所述PDC钻头本体和所述保径短节之间设有转换接头和钻铤。
所述组合钻具用于降斜钻进。
一种组合钻具包括上述的PDC钻头，以及与所述保径短节顶部连接的钻铤和钻杆。
在所述PDC钻头本体与所述保径短节之间增设短节。
所述组合钻具用于增斜钻进。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：1、本发明提供的PDC钻头，将本来是钻头一部分的保径结构分离出来作为一个单独的保径短节，PDC钻头本体不再有保径结构，使用时保径短节与PDC钻头本体连接或者中间再加入一个普通短节使得保径部分与PDC钻头本体之间的距离增加，这样既保持了保径结构抑制横向振动的效果，又由于PDC钻头本体与保径结构距离较远使得钻头在侧向切削时不再受到保径结构的直接影响。2、在直井降斜时，下入常用降斜钻具组合并配合本发明提供的没有保径结构的PDC钻头本体，能够比常规钻头更加快速将井眼井斜角纠正到允许范围。3、在定向井或水平井钻进过程中，当需要开始增斜时，下入本发明提供的PDC钻头本体和加长保径短节的造斜钻具组合，能够比常规钻头更有效地将井眼井斜角增至设计范围。采用本发明提供的PDC钻头及组合钻具，能够更有效的应用于钻井过程中的井眼轨迹控制。
附图说明
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
图1是常规钻头结构示意图；
图2是本发明PDC钻头结构示意图；
图3是本发明PDC钻头的降斜应用示意图；
图4是本发明PDC钻头的增斜应用示意图。
具体实施方式
下面对照附图，并通过对实施例的描述，来进一步详细地说明本发明。
如图1所示，常规的PDC钻头10包括切削部11，切削部11顶部设置有钻头保径结构12，钻头保径结构12顶部设置有API公扣13。
如图2所示，本发明提供的PDC钻头20包含一个没有保径结构的PDC钻头本体21和一个加长保径短节22。
如图2所示，本发明提供的PDC钻头本体21本身不再有钻头保径结构，只包括切削部23和切削部23顶部设置的API公扣24，本发明提供的PDC钻头本体21上的布齿、水力设计以及扣型与常规PDC钻头10相同，在此不再详细说明。
如图2所示，本发明提供的加长保径短节22是将本来属于常规PDC钻头10一部分的钻头保径结构12分离出来，作为一个单独的保径短节，且该保径短节比常规的钻头保径结构长，所以为加长保径短节22。加长保径短节22的两端设置有API标准扣25，其下端可以直接与本发明的PDC钻头本体21连接，或者通过标准转换接头与本发明的PDC钻头本体21连接，其上端可以与具有API标准扣的钻铤或井下马达相连接。
由于本发明将PDC钻头本体和保径结构分离，因此PDC钻头本体与保径结构之间的距离增加了，为了增强PDC钻头抑制振动的效果，本发明将保径短节加长至30cm以上，为加长保径短节22；为了增强其耐磨性，本发明提供的加长保径短节22上镶嵌有硬质合金块或平铺上PDC片。本发明提供的加长保径短节22同时起到了普通满眼稳定器的作用，如果底部钻具组合中存在距离本发明提供的PDC钻头本体21较近的稳定器，则可以不使用稳定器，而使用本发明提供的加长保径短节22替代之。
使用时，可根据需要，在本发明提供的加长保径短节22与PDC钻头本体21之间再加入一个普通短节，使得保径部分与钻头之间的距离增加，这样既保持了保径结构抑制横向振动的效果，又由于钻头与保径结构的距离较远使得钻头在侧向切削时不再受到保径结构的直接影响。如果在某些难以控制井眼轨迹的地层中钻进时，需要很强的侧向切削能力，可以单独使用本发明提供的没有保径结构的PDC钻头。
下面列举两个采用本发明可分离保径式PDC钻头20形成的组合钻具形式，以及该组钻具的适用工况。
第一组合钻具形式：如图3所示，本发明提供的PDC钻头本体21顶部通过转换接头30连接两根钻铤40，钻铤40顶部连接本发明提供的加长保径短节22，加长保径短节22顶部连接若干钻铤和若干钻杆（图中未示出）。
在直井钻进时，如果遇到易斜地层，井眼会出现偏斜，需要下入常用的降斜钻具组合进行降斜。降斜的机理就是降斜钻具组合在钻头处产生降斜力，降斜力驱使钻头切削井眼低边，从而将偏斜的井斜逐渐纠正为垂直的井眼。
下入本发明提供的第一组合钻具；由于本发明提供的PDC钻头本体21没有保径结构的影响，所有的降斜力全部施加于切削齿上，因此可以有效的切削井眼低边，快速将井眼井斜角纠正到允许范围，当钻穿易斜地层后，起出上述第一组合钻具。根据下一地层需要设置其他组合钻具和钻头。
第二组合钻具形式：如图4所示，本发明提供的PDC钻头本体21顶部连接本发明提供的加长保径短节22，加长保径短节22顶部设置有若干钻铤40和若干钻杆。
在定向井或水平井钻进过程中，导向钻具组合造斜之后，可以下入本发明提供的第二组合钻具。由于PDC钻头本体21没有保径结构的影响，上述第二组合钻具产生的增斜力全部施加于切削齿上，因此可以有效的切削井眼高边，快速将井眼井斜角增至设计范围，当完成造斜任务后，起出上述第二组合钻具。根据下一地层需要设置其他组合钻具和钻头。
以上所述具体的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种PDC钻头，包括无保径结构的PDC钻头本体和与所述PDC钻头本体相连的保径短节。
2.如权利要求1所述的PDC钻头，其特征在于，所述PDC钻头本体包括切削部和设置在所述切削部的顶端的API公扣，而所述保径短节的两端设置有能与所述API公扣相配合的API标准扣。
3.如权利要求1或2所述的PDC钻头，其特征在于：所述保径短节的长度为30cm以上。
4.如权利要求1或2所述的PDC钻头，其特征在于：所述保径短节上镶嵌有硬质合金块或平铺有PDC切削刀片。
5.一种组合钻具，包括如权利要求1到4中任一项所述的PDC钻头，以及与所述保径短节连接的钻铤和钻杆，其中在所述PDC钻头本体和所述保径短节之间设有转换接头和钻铤。
6.如权利要求5所述的组合钻具，其特征在于，所述组合钻具用于降斜钻进。
7.一种组合钻具，包括如权利要求1到4中任一项所述的PDC钻头，以及与所述保径短节顶部连接的钻铤和钻杆。
8.如权利要求7所述的组合钻具，其特征在于：在所述PDC钻头本体与所述保径短节之间增设短节。
9.如权利要求7或8所述的组合钻具，其特征在于，所述组合钻具用于增斜钻进。
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