CN105649540A - 一种钻井工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井工具，包括：具有轴线的连接轴；设置在连接轴上的多个刀翼；设置在刀翼上的切削齿；驱动单元设置在切削齿的端面，切削单元与驱动单元配合连接；驱动单元能通过转动所述切削单元而改变切削单元切削时的受力面。通过在切削齿内安装切削单元和与其相连接的驱动单元，驱动单元能通过转动切削单元而改变所述切削单元切削时的受力面，在钻井工具钻进过程中实现切削齿各个面均匀受力，避免了因单方面受力而造成切削齿的损害而影响钻头寿命。

Description

一种钻井工具

技术领域

本发明涉及石油钻探领域，尤其涉及一种钻井工具。

背景技术

PDC(Polycrystallinediamondcompact)是一种将人造聚晶金刚石与碳化钨基座通过高温高压下焊接在一起的切削元件。PDC钻头是在普通钻头的切削齿上安装有PDC。PDC钻头上世纪八十年代问世以来，因具有平均机械钻速高、进尺多、寿命长等特点，已逐渐成为石油、天然气工业广泛推广应用的一种高效破岩工具。随着人们对PDC钻头认识的不断深入，它的生产技术不断提高，使用量也逐年增加。

钻井工具在钻井过程中，其主要钻井功能是用切削齿攻击地层，实现对地层的有效破坏。切削齿的寿命长短将直接影响到钻头的寿命。在钻井过程中切削齿在井底以相对固定的受力面切削地层；钻井过程中会出现在切削齿某个位置的损害程度高于相对的其它位置的情况，因此影响到钻井工具的寿命。

中国专利ZL201310573289.1公开了一种旋转齿钻头，钻头的每个刀翼的刀面上至少设置一个旋转齿。钻头在切削地层时，钻头的切削端面的整个部分均能参与对地层的切削，从而提高了其切削端面的利用率，大幅提高了钻头的使用寿命。但该钻头采用齿轮传动的方式，结构相对复杂；且这种钻头会因非均质地层造成切削齿的旋转速度不均匀。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种钻井工具，通过对切削齿的结构进行设置，提高钻井工具的寿命。

为了实现上述目的，本发明提供一种钻井工具，包括：

钻井工具本体；

设置在钻井工具本体上的PDC钻头；

所述PDC钻头包括：

具有轴线的连接轴；

设置在所述连接轴上的多个刀翼；

设置在刀翼上的切削齿；

设置在所述切削齿上的驱动单元，所述驱动单元能相对切削齿转动；

切削单元，所述切削单元与所述驱动单元配合连接；所述切削单元至少一部分伸出所述切削齿，所述驱动单元能通过转动所述切削单元而改变所述切削单元切削时的受力面。

优选的，所述切削齿上开设有一端开口的空腔，所述驱动单元设置在所述空腔内。

优选的，所述切削单元与所述驱动单元的一端配合连接，所述切削单元的另一端与所述空腔的开口端相适配。

优选的，所述驱动单元包括与所述切削单元连接的转轴，所述PDC钻头还包括与所述转轴适配并位于所述空腔内的挡环，所述挡环与所述切削齿固定连接。

优选的，所述驱动单元包括电池、能被电池驱动的电机，所述电机具有与所述切削单元连接的电机轴。

优选的，所述电机为直流电机，所述直流电机的电机轴能匀速转动。

优选的，所述驱动单元能以13-15度/小时进行转动。

优选的，所述切削单元为PDC切削单元。

优选的，所述切削单元包括基座和复合片，所述复合片设置在所述基座上，所述基座与所述驱动单元配合连接。

通过在切削齿内安装切削单元和与其相连接的驱动单元，驱动单元能通过转动所述切削单元而改变所述切削单元切削时的受力面；在钻井工具钻进过程中实现切削齿各个面均匀受力，避免了因单方面受力而造成切削齿的损害而影响钻头寿命。

附图说明

图1为本发明的整体示意图。

图2为本发明的实施例中切削齿的结构示意图。

图3a为本发明的实施例中削切单元的结构示意图。

图3b为本发明的实施例中驱动单元的结构示意图。

图3c为本发明的实施例中挡环的结构示意图。

以上附图说明：1、连接轴；11、接口；2、钻头本体；21、切削齿；3、驱动单元；31、挡环；4、切削单元；41、基座；42、复合片；5、空腔；6、刀翼；7、钻井工具本体；8、PDC钻头。

具体实施方式

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

如图1所示，一种钻井工具，包括：钻井工具本体7，钻井工具本体上设置有PDC钻头8，PDC钻头8上设置有具有轴线的连接轴1；设置在所述连接轴上的多个刀翼6；设置在刀翼6上的切削齿21；驱动单元3，所述驱动单元3设置在所述切削齿21上，且所述驱动单元3能匀速转动；切削单元4，所述切削单元4与所述驱动单元3配合连接；所述驱动单元3能通过转动所述切削单元4而改变所述切削单元4切削时的受力面。

钻井工具本体7可以包括与其他装置配合的连接件，也可以包括带动连接轴转动的部件，还可以包括冲洗工具等。

较佳的，连接轴1可以为一个圆柱体结构。连接轴1的下端上可以设置有连接钻杆的接口11，接口11的规格根据实际使用的要求进行选择。连接轴1还可以包括钻头本体2，钻头本体2可以为圆柱体结构，也可以根据实际使用的需要进行选择。钻头本体2可以通过焊接的方式设置在连接轴1上，钻头本体2也可以通过销钉连接、螺纹连接或其它连接方式固定在连接轴1上，本实施例不对钻头本体2设置在连接轴1上的方式进行限制，只要满足在实际的生产和使用过程中可以方便的安装和使用，都是符合本发明的要求。

切削齿21可以直接设置在钻头本体2上，切削齿21设置在钻头本体2的上端面，也可以设置在钻头本体2的侧壁上。切削齿21的结构可以为顶端和底部直径相同的柱状结构，也可以为顶端直径大于底部的柱状结构。切削齿21的顶端可以为球状结构或者椭圆形结构。切削齿21在钻头本体2上的排列方式可以为规则也可以为不规则，可以根据实际的使用情况进行选择。切削齿21可以呈向外扩散的排列方式进行排列。驱动单元3设置在切削齿21的上端面上，驱动单元3的一端和切削齿21的端面配合连接；切削齿21的另一端面上设置有切削单元4，切削单元4的端面形状与切削齿21的上端面的形状相配合；切削单元4可以为PDC。切削单元4与驱动单元3配合连接，驱动单元3通过带动切削单元4进行旋转而改变切削单元4与外界的接触位置，进而使得驱动单元3能通过转动切削单元4而改变切削单元4切削时的受力面。

在另一个具体的实施例中，驱动单元3可以为带有电池的自旋转装置，电池设置在驱动单元的底部。驱动单元3的额定电压可以为0.5V，每个电池的工作寿命可以达到300小时以上。驱动单元3的速度可调，且可以13-15度/小时进行匀速自转。驱动单元3通过匀速的自转，进而使得驱动单元3能改变设置在驱动单元3上的切削单元4切削时的受力面。从而达到延长切削齿21的工作寿命的目的。

驱动单元3也可以为以其它动力源作为其旋转动力的装置，只要满足驱动单元3能通过转动切削单元4而改变切削单元4切削时的受力面都符合本发明的要求。

通过在切削齿内安装切削单元和与其相连接的驱动单元，驱动单元能通过转动切削单元而改变切削单元切削时的受力面；在钻井工具的PDC钻头钻进过程中实现切削齿各个面均匀受力，避免了因单方面受力而造成切削齿的损害而影响钻头寿命。

在一个优选的实施例中，如图2所示，为了防止设置在切削齿21端面上的驱动单元3在实际的工作过程中受到损害，可以在切削齿21内开设有一端开口的空腔5。切削齿21的上端面可以开设有一端开口的空腔5，驱动单元3设置在空腔5内，这样可以起到对驱动单元3的保护作用。空腔5的尺寸可以根据驱动单元3的尺寸进行选择。驱动单元3的下端面与空腔的底壁配合抵触，驱动单元3的上端面与切削单元4配合连接。

较佳的，设置在驱动单元3上的切削单元4也可以设置在空腔5内，切削单元4与驱动单元3的一端配合连接，切削单元4的另一端与空腔5的开口端相适配。如图2所示，切削单元4的上端面的垂直方向与切削齿21的上端面的垂直方向之间呈一定角度。这样设计的目的使得切削齿21在切削岩石时，切削单元4的中心线可以与切削齿21的轴线之间呈一定的角度，进而使得切削单元4可以更有效的对岩石进行切削。

优选的，切削齿21设置在刀翼6上。切削齿21可以通过焊接的方式设置在刀翼6上，切削齿21也可以通过销钉连接，螺纹连接的方式固定在刀翼6上，本实施例不对切削齿21设置在刀翼6上的方式进行限制，只要满足在实际的生产和使用过程中可以方便的安装和使用，都是符合本发明的要求。

在一个具体的实施例中，切削单元4和驱动单元3之间设置有挡环31(如图3c所示)，挡环31将驱动单元3固定。为了防止驱动单元3在工作的过程中从空腔5中脱离，在驱动单元3和切削单元4连接处设置有挡环31，挡环31可以通过过盈配合而固定在空腔5中，进而将驱动单元3和切削单元4固定在空腔5中。本实施例对固定驱动单元3的装置未进行限制，只要满足在实际的工作过程中保证驱动单元4不会从空腔5中脱离，都满足本发明的要求。

在一个具体的实施例中，如图1所示，钻头本体2上可以设有刀翼6，刀翼6可以为设置在钻头本体2的上端面和侧面的条状凸起，刀翼6可以规则排列也可以不规则排列。刀翼6可以为花瓣形，若干个刀翼6从钻头本体2的上端面的中心处向四周散开。刀翼6可以通过焊接的方式设置在钻头本体2上，刀翼6也可以通过销钉连接，螺纹连接的方式固定在钻头本体2上，本实施例不对刀翼6设置在钻头本体2上的方式进行限制，只要满足在实际的生产和使用过程中可以方便的安装和使用，都是符合本发明的要求。

切削齿21设置在刀翼6上。切削齿21可以通过焊接的方式设置在刀翼6上，切削齿21也可以通过销钉连接，螺纹连接的方式固定在刀翼6上，本实施例不对切削齿21设置在刀翼6上的方式进行限制，只要满足在实际的生产和使用过程中可以方便的安装和使用，都是符合本发明的要求。

切削单元4可以为PDC(Polycrystallinediamondcompact)。如图3a所示，切削单元4包括基座41和复合片42，复合片42设置在基座41上且复合片43与基座41固定连接。复合片42可以为人造聚晶金刚石，基座41可以为碳化钨基座。基座41与驱动单元3(如图3b所示)配合连接使得驱动单元3可以带动基座41共同转动。驱动单元3通过匀速的自转，进而使得驱动单元3能通过转动而均匀的改变设置在驱动单元3上的PDC切削时的受力面。从而达到延长切削齿21工作寿命的目的。

该钻井工具在某油田3000m深的地层中应用时，由于该地层岩石硬度高，普通PDC钻头切削齿磨损严重而报废，单只钻头进尺只有200m左右。采用本PDC钻头后，实现了钻PDC头各个方向上的均匀受力，单只钻头进尺达到了287m，与未进行优化对比，提高了43％。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (9)

1.一种钻井工具，其特征在于，包括：

钻井工具本体；

设置在钻井工具本体上的PDC钻头；

所述PDC钻头包括：

具有轴线的连接轴；

设置在所述连接轴上的多个刀翼；

设置在刀翼上的切削齿；

设置在所述切削齿上的驱动单元，所述驱动单元能相对所述切削齿转动；

切削单元，所述切削单元与所述驱动单元配合连接；所述切削单元至少一部分伸出所述切削齿，所述驱动单元能通过转动所述切削单元而改变所述切削单元切削时的受力面。

2.根据权利要求1所述的钻井工具，其特征在于，所述切削齿上开设有一端开口的空腔，所述驱动单元设置在所述空腔内。

3.根据权利要求2所述的钻井工具，其特征在于，所述切削单元与所述驱动单元的一端配合连接，所述切削单元的另一端与所述空腔的开口端相适配。

4.根据权利要求3所述的钻井工具，其特征在于，所述驱动单元包括与所述切削单元连接的转轴，所述PDC钻头还包括与所述转轴适配并位于所述空腔内的挡环，所述挡环与所述切削齿固定连接。

5.根据权利要求1所述的钻井工具，其特征在于，所述驱动单元包括电池、能被电池驱动的电机，所述电机具有与所述切削单元连接的电机轴。

6.根据权利要求5所述的钻井工具，其特征在于，所述电机为直流电机，所述直流电机的电机轴能匀速转动。

7.根据权利要求6所述的钻井工具，其特征在于，所述驱动单元能以13-15度/小时进行转动。

8.根据权利要求1所述的钻井工具，其特征在于，所述切削单元为PDC切削单元。

9.根据权利要求8所述的钻井工具，其特征在于，所述切削单元包括基座和复合片，所述复合片设置在所述基座上，所述基座与所述驱动单元配合连接。