CN105422006A - 一种钻扩组合可调式井下破岩工具 - Google Patents

一种钻扩组合可调式井下破岩工具 Download PDF

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聂凌
黄志强
马亚超
谢豆
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Abstract

本发明涉及一种钻扩组合可调式井下破岩工具，它由双向扩孔器、短节和前置导向钻头组成，前置导向钻头和双向扩孔器通过短节相连；短节为圆柱体形，其两端分别为公扣和母扣；双向扩孔器两端为公扣和母扣，PDC刀翼设在双向扩孔器中部；PDC齿在PDC刀翼上呈对角线双面布置，以满足双向扩孔器双向破岩使用；每相邻两PDC刀翼之间有排屑槽，排屑槽上都均匀设置有一个喷水孔。短节的长度为可调式，通过安装一系列不同长度的单个或者多个短节，可以调整前置导向钻头和双向扩孔器之间的距离。本发明对岩石进行分级破碎，降低破岩难度；可实现不同破岩工具的组合，提高钻头对深部复杂地层破岩的适应性和破岩效率。

Description

一种钻扩组合可调式井下破岩工具
技术领域
本发明涉及一种钻扩组合可调式井下破岩工具，属于油气资源开采的机械钻具装置领域。
背景技术
随着国内外对油气资源勘探开发力度的增大，使得油气资源开采目标开始向深部地层钻进。钻头是油气井钻进中直接破碎岩石的工具，钻头质量的好坏和钻头与岩性的相适应性，对提高钻进速度和降低钻井成本起着重要作用。
当前石油钻井中使用最多的是牙轮钻头和PDC钻头。常规PDC钻头在均质大段松软地层中钻进时，具有机械钻速快，寿命长，进尺多等优点，但对深部复杂地层的适应性较差，机械钻速虽高但是不稳定，PDC钻头的切屑齿易发生冲击损坏和高温磨损现象，引起钻头前期损坏，使用寿命短；而牙轮钻头主要靠冲击、压碎、小距离刮削方式破岩，破岩效率低，轴承寿命短。在软硬交错地层、砾石层等复杂难钻地层条件下，单用牙轮钻头易出现泥包，单用PDC钻头牙齿损坏严重，导致钻速慢、起下钻频繁等问题。
组合钻具钻井是近年来兴起的一项新技术，其采用的是边钻边扩，分级破岩的原理，以达减小开眼尺寸，增大完井尺寸的目的。钻扩组合可调式井下破岩工具可以对岩石进行分级破碎，前面前置导向钻头快速钻进，减小围岩中的应力，扩孔器再快速钻穿岩石。有助于改善稳定性从而减少震动失效，延长钻头寿命，改进井眼质量，节约成本。在相同的井底面积下采用该钻扩组合可调式井下破岩工具比直接采用较大尺寸的钻头钻进效果好，其适用于深部复杂地层钻进。
发明内容
本发明的目的为了克服现有技术不足，提供一种钻扩组合可调式井下破岩工具，提高破岩效率和钻进速度，解决现有单一石油钻头对于深部复杂地层钻进的不适应性，钻进速度慢及钻头磨损大的问题。
本发明采用的技术方案：
本发明一种钻扩组合可调式井下破岩工具，由双向扩孔器、短节和前置导向钻头组成，所述前置导向钻头和双向扩孔器通过短节相连；前置导向钻头可以是单牙轮钻头、三牙轮钻头或PDC钻头，且可根据需要选取不同尺寸的钻头；所述短节为圆柱体形，其两端分别为公扣和母扣；所述双向扩孔器两端为公扣和母扣，PDC刀翼设在双向扩孔器中部；PDC刀翼呈两端锥形，且锥角不同，以满足不同地层钻进情况的需要；PDC刀翼中部为一段圆柱形保径段；PDC齿在PDC刀翼上呈对角线双面布置，以满足双向扩孔器双向破岩使用；每相邻两PDC刀翼之间有排屑槽，排屑槽上都均匀设置有一个喷水孔。所述短节的长度为可调式，通过安装一系列不同长度的单个或者多个短节，可以调整前置导向钻头和双向扩孔器之间的距离。
当进行钻进作业时，前置导向钻头作为领眼钻头，对岩石中心进行破碎，钻进一定深度，将岩石内部应力进行一定的释放，随后由紧接着的双向扩孔器对井眼四周的台阶进行破碎。可根据实际钻进需要调换扩孔器的钻进方向。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：1、对岩石进行分级破碎，降低破岩难度；2、可实现不同破岩工具的组合，提高了钻头对深部复杂地层破岩的适应性和破岩效率；3、组合使用的破岩工具相互之间的距离可调。
附图说明
图1为本发明一种钻扩组合可调式井下破岩工具的结构示意图；
图2为本发明的双向扩孔器结构示意图；
图3为本发明的短节结构示意图；
图4为本发明的前置导向钻头采用单牙轮钻头结构示意图。
图中：1.双向扩孔器，2.短节，3.前置导向钻头，4.PDC刀翼，5.PDC齿，6.喷水孔，7.排屑槽，8.公扣，9.母扣，10.母扣，11.公扣，12.公扣，13.喷水孔，14.喷水孔，15.牙轮，16.牙齿。
具体实施方式
下面结合附图和本实施例对本发明作进一步说明：
如图1、图2、图3、图4所示，本发明一种钻扩组合可调式井下破岩工具，由双向扩孔器1、短节2和前置导向钻头3组成，所述前置导向钻头3和双向扩孔器1通过短节2相连；本实施例中前置导向钻头3为单牙轮钻头。单牙轮钻头的牙轮15上布有多颗牙齿16，单牙轮钻头上有两个喷水孔(13，14)分别与钻头内部流道相连通；单牙轮钻头远离牙轮15一端为公扣12；所述短节2为圆柱体形，其两端分别为公扣11和母扣10；所述双向扩孔器1两端为公扣8和母扣9；PDC刀翼4设在双向扩孔器1中部；PDC刀翼4呈两端锥形，且锥角不同，以适应钻进不同岩石需要，PDC刀翼4中间为一段圆柱形保径段；PDC齿5在PDC刀翼4上呈对角线双面布置，以满足双向扩孔器1双向使用；每相邻两PDC刀翼4之间有排屑槽7，排屑槽7上都均匀设置有一个喷水孔6；所述短节2的长度为可调式，通过安装一系列不同长度的单个或者多个短节2，可以调整前置导向钻头3和双向扩孔器1之间的距离；前置导向钻头3可以是单牙轮钻头、三牙轮钻头或PDC钻头，且可根据需要选取不同尺寸的钻头。
当进行钻进作业时，前置导向钻头3作为领眼钻头，对岩石中心进行破碎，钻进一定深度，将岩石内部应力进行一定的释放，随后由紧接着的双向扩孔器1对井眼四周的台阶进行破碎。可根据实际钻进需要调整双向扩孔器1的钻进方向。
工作原理：
在实际钻采过程中，通过实现不同破岩工具的组合，提高了钻头对深部复杂地层破岩的适应性和破岩效率。本发明通过以下途径实现其功能：在深部复杂地层钻进时，该钻扩组合可调式井下破岩工具先通过前置导向钻头3对岩石中心进行破碎，钻进一定深度，释放岩石内部应力，紧接着PDC刀翼4与岩石接触，对井眼四周岩石进行刮削破坏，以达到对岩石的分级逐步破碎。

Claims (3)

1.一种钻扩组合可调式井下破岩工具，由双向扩孔器(1)、短节(2)和前置导向钻头(3)组成，其特征在于：所述前置导向钻头(3)和双向扩孔器(1)通过短节(2)相连；所述短节(2)为圆柱体形，其两端分别为公扣(11)和母扣(10)；所述双向扩孔器(1)两端为公扣(8)和母扣(9)；PDC刀翼(4)设在双向扩孔器(1)中部；PDC刀翼(4)中间为一段圆柱形保径段；PDC齿(5)在PDC刀翼(4)上呈对角线双面布置，以满足双向扩孔器(1)双向使用；每相邻两PDC刀翼(4)之间有排屑槽(7)，排屑槽(7)上都均匀设置有一个喷水孔(6)；所述短节(2)的长度为可调式，通过安装一系列不同长度的单个或者多个短节(2)，可以调整前置导向钻头(3)和双向扩孔器(1)之间的距离。
2.根据权利要求1所述的一种钻扩组合可调式井下破岩工具，其特征在于：前置导向钻头(3)可以是单牙轮钻头、三牙轮钻头或PDC钻头，且可根据需要选取不同尺寸的钻头。
3.根据权利要求1所述的一种钻扩组合可调式井下破岩工具，其特征在于：所PDC刀翼(4)呈两端锥形，且锥角不同，以适应钻进不同岩石需要。
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