CN105443041A - 差压式钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种差压式钻头。差压式钻头包括：转换接头、传液传力短接、扩眼钻头、蓄力弹簧、领眼钻头；转换接头、传液传力短接与领眼钻头螺纹连接成一体；扩眼钻头位于转换接头与领眼钻头之间，安装于传液传力短接外侧；扩眼钻头与转换接头、传液传力短接、领眼钻头构成的整体可实现轴向相对运动；蓄力弹簧安装于传液传力短接中部，蓄力弹簧用于实现扩眼钻头与转换接头、传液传力短接、领眼钻头构成的整体之间弹力的储备及相对位置的恢复。本发明原理及结构简单，适用范围广，用于防斜打直时可以保证小钻压快速钻进，提高易斜地层直井钻进效率；钻井过程中与常规钻井完全相同，有利于推广和使用。
Description
技术领域
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种差压扩孔式钻头。
背景技术
钻井实践表明，在钻压超过PDC门限钻压一定范围之内，PDC钻头破岩效率随着钻压的增大呈线性增高趋势；另外，在地层内提前钻出微孔释放井底地层应力可以有效提高钻头整体的破岩效率，进而提高钻井速度。因此，若能研制一种钻头，将井下大部分钻压施加于小直径领眼钻头之上，使其在井眼下部地层快速钻出小直径井眼，同时利用另一部分钻压推进扩眼钻头扩大已有小直径井眼，则该钻头整体钻进效率较普通钻头定将能够大幅提高。
发明内容
为克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种差压扩孔式钻头，利用承受大部分钻压的领眼钻头提前破岩钻出小直径井眼，承担另外一部分钻压的扩眼钻头将已钻出的小直径井眼扩孔，利用领眼钻头与扩眼钻头间弹簧将领眼钻头与扩眼钻头钻压分配调整至最佳、将钻进速度控制至最合理，进而达到提高钻进速度的目的。
为实现上述目的，本发明采用下述方案：
差压扩孔式钻头，包括：转换接头、传液传力短接、扩眼钻头、蓄力弹簧、领眼钻头；转换接头、传液传力短接与领眼钻头螺纹连接成一体；扩眼钻头位于转换接头与领眼钻头之间，安装于传液传力短接外侧；扩眼钻头与转换接头、传液传力短接、领眼钻头构成的整体可实现轴向相对运动；蓄力弹簧安装于传液传力短接中部，蓄力弹簧用于实现扩眼钻头与转换接头、传液传力短接、领眼钻头构成的整体之间弹力的储备及相对位置的恢复。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、原理及结构简单，不需要安装其他工具，不影响其它钻井工序的实施；
2、适用范围广，可应用于各种地层，可用于直井、定向井等各种井型，可以直接连接于钻铤，亦可以与动力钻具、脉冲射流发生装置等工具配合使用；
3、用于防斜打直时可以保证小钻压快速钻进，提高易斜地层直井钻进效率；
4、钻井过程中与常规钻井完全相同，对地面设施、钻井管柱、钻头类型没有特殊要求，有利于推广和使用。
附图说明
图1是差压扩孔式钻头结构示意图；
图2是图1中A-A剖面图；
图中：1、转换接头，2、传液传力短接，3、扩眼钻头，4、蓄力弹簧，5、领眼钻头，201、旁通流道，301、扩眼钻头传扭接头，302、扩眼钻头冠体，303、调液腔，304、扩眼钻头喷嘴流道，305、扩眼钻头喷嘴，501、领眼钻头接头，502、领眼钻头冠体。
具体实施方式
如图1所示，差压扩孔式钻头，包括：转换接头1、传液传力短接2、扩眼钻头3、蓄力弹簧4、领眼钻头5；转换接头1、传液传力短接2与领眼钻头5螺纹连接成一体；扩眼钻头3安装于传液传力短接2外侧，转换接头1与领眼钻头5之间；蓄力弹簧4安装于传液传力短接2中部圆环凸起结构底面与扩眼钻头3上端圆形孔和下端扶正筒构成的台阶面之间；扩眼钻头3与转换接头1、传液传力短接2、领眼钻头5构成的整体可实现轴向相对运动；蓄力弹簧4用于实现扩眼钻头3与转换接头1、传液传力短接2、领眼钻头5构成的整体之间弹力的储备及相对位置的恢复。
转换接头1外侧上部为钻具连接扣，下部为上扣圆柱面；钻具连接扣用于连接上部钻具，上扣圆柱面用于上扣时施加扭矩；转换接头1内侧上部为钻井液过流孔道，下部为传液传力短接连接扣；钻井液过流孔道用于钻井液过流，传液传力短接连接扣用于连接传液传力短接2。
传液传力短接2外侧上部为扩眼钻头传扭面，中部为扶正圆面，下部为领眼钻头传力面；扩眼钻头传扭面顶端为转换接头连接扣，用于连接转换接头，扩眼钻头传扭面底端为扭矩传递面，用于将部分井下扭矩传递给扩眼钻头，扭矩传递面可以为多方结构或者键结构；扶正圆面为直径大于扩眼钻头传扭面外接圆直径的圆筒面，扶正圆面用于扶正扩眼钻头3，扩眼钻头3沿着传液传力短接2轴线方向上下移动；领眼钻头传力面为直径小于扶正圆面直径的圆筒面，该圆筒面用于扶正蓄力弹簧4运动，并进一步扶正传液传力短接2与扩眼钻头3的相对位置；传液传力短接2内侧上端为导流孔，中端为传流孔，底端为领眼钻头连接扣；导流孔为倒置的圆锥孔，传流孔为圆孔，导流孔用于将转换接头1传来的钻井液顺利导入传流孔，传流孔将钻井液继续下传；领眼钻头连接扣用于连接领眼钻头；传液传力短接2上位于传流孔底端、领眼钻头连接扣上端之间设有旁通流道201，将钻井液分流一部分给扩眼钻头。
扩眼钻头3由扩眼钻头传扭接头301，扩眼钻头冠体302组成。
扩眼钻头传扭接头301外侧为直径与转换接头1上扣圆柱面直径相等的圆柱面；内侧上端为形状与扩眼钻头传扭面配合的扩眼钻头传扭柱面，下端为形状与扩眼钻头扶正圆面相配合的传液传力短接扶正面；扩眼钻头传扭接头301底端为传扭接头固接连接面，传扭接头固接连接面为扩眼钻头传扭接头301、扩眼钻头冠体302固接提供界面。
扩眼钻头冠体302顶端为固接连接面，下端为钻头冠；固接连接面形状与传扭接头固接连接面互补，为扩眼钻头传扭接头301、扩眼钻头冠体302固接提供界面；钻头冠形状根据地层特征变化，与普通钻头相近；扩眼钻头冠体302内侧上端为圆形孔，下端为扶正筒；扩眼钻头冠体302上端圆形孔直径与扩眼钻头传扭接头301的传液传力短接扶正面直径相同；扩眼钻头冠体302下端扶正筒贯通扩眼钻头冠体302底部；扩眼钻头冠体302扶正筒中间位置开有圆环调液腔303，调液腔303下圆面与扩眼钻头冠体302钻头冠上刀翼根部开有扩眼钻头喷嘴流道304，扩眼钻头喷嘴流道304底端安装有扩眼钻头喷嘴305。
领眼钻头5，包括：领眼钻头接头501、领眼钻头冠体502，领眼钻头接头501、领眼钻头冠体502固接为一体；
领眼钻头接头501外侧的上部为领眼钻头连接螺纹、中部为领眼钻头接头本体、下部为领眼钻头固接连接面，领眼钻头钻具连接螺纹用于连接领眼钻头冠体502与传液传力短接2，领眼钻头接头本体用于拆装领眼钻头时为领眼钻头施加扭矩，领眼钻头固接连接面为领眼钻头接头501、领眼钻头冠体502固接提供空间；领眼钻头接头501的内侧有钻井液流道，该流道用于为钻井液提供过流空间。
领眼钻头冠体502外侧上端为领眼钻头固接连接面，下端为领眼钻钻头冠；领眼钻头固接连接面与领眼钻头接头501的固接连接面形状互补，用于实现领眼钻头冠体502与领眼钻头接头501的固接；钻头冠形状根据地层特征变化，与普通钻头相近；领眼钻头冠体502内侧上端为钻井液过流孔，领眼钻头冠体502内侧上端钻井液过流孔与领眼钻头刀翼根部间开有钻头喷嘴流道，领眼钻头喷嘴流道底端安装有领眼钻头喷嘴。
领眼钻头5与传液传力短接2、转换接头1螺纹连接成一体；扩眼钻头3安装于传液传力短接2上，转换接头1底端，通过扩眼钻头传扭柱面与传液传力短接扶正面的相配合获得扭矩，通过传液传力短接2扶正圆面与扩眼钻头传扭接头301的传液传力短接扶正面及扩眼钻头冠体302的圆形孔相配合实现轴向相对运动；扩眼钻头3与传液传力短接2相对运动时，传液传力短接2下部的旁通流道始终保持在扩眼钻头3调液腔之内；蓄力弹簧4安装于传液传力短接2扶正圆面与领眼钻头传力面构成的台阶面以下，扩眼钻头冠体302圆形孔与扶正筒构成的台阶以上；用于对领眼钻头5与扩眼钻头3的实时钻压调节与相对钻速控制。
差压扩孔式钻头利用承受大部分钻压的领眼钻头5提前破岩钻出小直径井眼，承担另外一部分钻压的扩眼钻头3将已钻出的小直径井眼扩孔，利用领眼钻头5与扩眼钻头3间蓄力弹簧4将领眼钻头与扩眼钻头钻压分配调整至最佳、将钻进速度控制至最合理，进而达到提高钻头整体钻进效率的目的。
Claims (10)
1.一种差压式钻头，包括：转换接头、传液传力短接、扩眼钻头、蓄力弹簧、领眼钻头；其特征在于：转换接头、传液传力短接与领眼钻头螺纹连接成一体；扩眼钻头位于转换接头与领眼钻头之间，安装于传液传力短接外侧；扩眼钻头与转换接头、传液传力短接、领眼钻头构成的整体可实现轴向相对运动；蓄力弹簧安装于传液传力短接中部，蓄力弹簧实现扩眼钻头与转换接头、传液传力短接、领眼钻头构成的整体之间弹力的储备及相对位置的恢复。
2.根据权利要求1所述的差压式钻头，其特征在于：转换接头外侧上部为钻具连接扣，下部为上扣圆柱面；转换接头内侧上部为钻井液过流孔道，下部为传液传力短接连接扣；传液传力短接外侧上部为扩眼钻头传扭面，中部为扶正圆面，下部为领眼钻头传力面。
3.根据权利要求1-2所述的差压式钻头，其特征在于：扩眼钻头传扭面顶端为转换接头连接扣，扩眼钻头传扭面底端为扭矩传递面，扭矩传递面可以为多方结构或者键结构；扶正圆面为直径大于扩眼钻头传扭面外接圆直径的圆筒面，扶正圆面用于扶正扩眼钻头，扩眼钻头沿着传液传力短接轴线方向上下移动；领眼钻头传力面为直径小于扶正圆面直径的圆筒面，该圆筒面用于扶正蓄力弹簧运动，并进一步扶正传液传力短接与扩眼钻头的相对位置；传液传力短接内侧上端为导流孔，中端为传流孔，底端为领眼钻头连接扣；导流孔为倒置的圆锥孔，传流孔为圆孔，导流孔用于将转换接头传来的钻井液顺利导入传流孔，传流孔将钻井液继续下传；传液传力短接上位于传流孔底端、领眼钻头连接扣上端之间设有旁通流道，将钻井液分流一部分给扩眼钻头。
4.根据权利要求1-3所述的差压式钻头，其特征在于：扩眼钻头由扩眼钻头传扭接头，扩眼钻头冠体组成；扩眼钻头传扭接头外侧为直径与转换接头上扣圆柱面直径相等的圆柱面；内侧上端为形状与扩眼钻头传扭面配合的扩眼钻头传扭柱面，下端为形状与扩眼钻头扶正圆面相配合的传液传力短接扶正面；扩眼钻头传扭接头底端为传扭接头固接连接面。
5.根据权利要求1-4所述的差压式钻头，其特征在于：扩眼钻头冠体顶端为固接连接面，下端为钻头冠；固接连接面形状与传扭接头固接连接面互补；钻头冠形状根据地层特征变化，扩眼钻头冠体内侧上端为圆形孔，下端为扶正筒；扩眼钻头冠体上端圆形孔直径与扩眼钻头传扭接头的传液传力短接扶正面直径相同；扩眼钻头冠体下端扶正筒贯通扩眼钻头冠体底部；扩眼钻头冠体扶正筒中间位置开有圆环调液腔，调液腔下圆面与扩眼钻头冠体钻头冠上刀翼根部开有扩眼钻头喷嘴流道，扩眼钻头喷嘴流道底端安装有扩眼钻头喷嘴。
6.根据权利要求1-5所述的差压式钻头，其特征在于：领眼钻头，包括：领眼钻头接头、领眼钻头冠体，领眼钻头接头、领眼钻头冠体固接为一体。
7.根据权利要求1-6所述的差压式钻头，其特征在于：领眼钻头接头外侧的上部为领眼钻头连接螺纹、中部为领眼钻头接头本体、下部为领眼钻头固接连接面，领眼钻头固接连接面为领眼钻头接头、领眼钻头冠体固接提供空间；领眼钻头接头的内侧有钻井液流道。
8.根据权利要求1-7所述的差压式钻头，其特征在于：领眼钻头冠体外侧上端为领眼钻头固接连接面，下端为领眼钻钻头冠；领眼钻头固接连接面与领眼钻头接头的固接连接面形状互补；钻头冠形状根据地层特征变化，领眼钻头冠体内侧上端为钻井液过流孔，领眼钻头冠体内侧上端钻井液过流孔与领眼钻头刀翼根部间开有钻头喷嘴流道，领眼钻头喷嘴流道底端安装有领眼钻头喷嘴。
9.根据权利要求1-8所述的差压式钻头，其特征在于：领眼钻头与传液传力短接、转换接头螺纹连接成一体；扩眼钻头安装于传液传力短接上，转换接头底端，通过扩眼钻头传扭柱面与传液传力短接扶正面的相配合获得扭矩，通过传液传力短接扶正圆面与扩眼钻头传扭接头的传液传力短接扶正面及扩眼钻头冠体的圆形孔相配合实现轴向相对运动；扩眼钻头与传液传力短接相对运动时，传液传力短接下部的旁通流道始终保持在扩眼钻头调液腔之内；蓄力弹簧安装于传液传力短接扶正圆面与领眼钻头传力面构成的台阶面以下，扩眼钻头冠体圆形孔与扶正筒构成的台阶以上。
10.根据权利要求1-9所述的差压式钻头，其特征在于：差压式钻头利用承受大部分钻压的领眼钻头提前破岩钻出小直径井眼，承担另外一部分钻压的扩眼钻头将已钻出的小直径井眼扩孔，利用领眼钻头与扩眼钻头间蓄力弹簧将领眼钻头与扩眼钻头钻压分配调整至最佳、将钻进速度控制至最合理，进而达到提高钻头整体钻进效率的目的。
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