CN106917589A - 双壁钻杆反循环钻井用钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钻井设备领域，尤其涉及一种双壁钻杆反循环钻井用钻头，包括钻头本体，钻头本体包括钢芯和碳化钨烧结层，钢芯的外侧均设置有环形槽，所述的碳化钨烧结层烧结在钢芯的周围和钻进面上并填充在环形槽内，碳化钨烧结层的端部设置有刀翼。本发明既保证了钻头的强度，又降低了钻头的制造成本，具体为：采用钢芯外附碳化钨烧结层的结构，从结构上保证了钻头的强度；摒弃了一体化结构，转而采用分体钢芯焊接后烧结碳化硅的加工方式，有效降低了加工成本。
Description
技术领域
本发明属于钻井设备技术领域，尤其涉及一种双壁钻杆反循环钻井用钻头。
背景技术
双壁钻杆反循环钻井(Reel Well钻井)技术是一项新的钻井技术，它以双壁钻杆为基础，钻井液从双壁钻杆环空泵入井内并清洗井底，从内部钻杆中携带岩屑返回地面，从而实现钻井液闭环循环。双壁钻杆反循环钻井技术最初是为了解决连续管钻井中井眼清洗问题而提出来的。双壁钻杆反循环钻井技术自2004年创建以来，主要由挪威国家石油公司、挪威科学研究委员会进行理论研究、配套设备的研发与测试。2005年开始对双壁钻杆反循环钻井技术展开可行性分析与调研；2006年完成了关键配套设备的研发与测试，同年Shell公司也加入对该技术的研究；2007年对全尺寸的模型在“Ullrigg”钻机上进行了考证；2008年实际设备在“Ullrigg”钻机上进行了试验；2009年在陆上与海上进行了试验井的钻探试验并取得成功；2013年OTC会议上推出了双壁钻杆反循环无隔水管钻井方法。双壁钻杆反循环钻井技术在控制压力钻井、大位移钻井、深水钻井以及有压力挑战性的地层钻进方面具有极大的优势。
使用双臂钻杆钻井时必须使用专用的钻头，现有的此类钻头大多为由内外管体组成的分体式结构，这种结构具有加工工艺难度小、制造成本低的优点，但结构强度差的缺点也比较突出。现有技术中还有一种钢体钻头，这种钻头采用一体式结构，具有很优异的结构强度，但这种钻头的制造成本高，增加了施工成本。另外，这种钻头只能依靠钻井液的单路循环排屑，井底压差大，排屑能力较差。
发明内容
本发明提供一种双壁钻杆反循环钻井用钻头，以解决上述背景技术中提出的现有此类钻头制造成本和结构强度不能兼得以及排屑能力差的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供一种双壁钻杆反循环钻井用钻头，包括钻头本体，钻头本体包括钢芯和碳化钨烧结层，钢芯的外侧均设置有环形槽，所述的碳化钨烧结层烧结在钢芯的周围和钻进面上并填充在环形槽内，碳化钨烧结层的端部设置有刀翼。
所述的钢芯由钢芯主体和钢芯端盖两部分焊接而成，钢芯主体上远离钢芯端盖的一端设置有用于连接双壁钻杆的螺纹，钢芯的中心设置有排屑流道，排屑流道的周围设置有注液流道，注液流道位于钢芯端盖上的一端通过螺纹安装有可拆卸喷嘴，钢芯主体与钢芯端盖的接合处各设置有环形凸起和环形凹槽，环形凸起和环形凹槽配合构成反向流道，反向流道连通注液流道和排屑流道。
所述的钢芯的材质为35CrMo。
所述的注液流道至少有三组。
与现有技术相比，本发明具有以下良好效果：
1、本发明既保证了钻头的强度，又降低了钻头的制造成本，具体为：采用钢芯外附碳化钨烧结层的结构，从结构上保证了钻头的强度；摒弃了一体化结构，转而采用分体钢芯焊接后烧结碳化硅的加工方式，有效降低了加工成本。
2、本发明设置的反向流道，可以将注入井内的的钻井液向排屑流道内分流，并使液流方向与排屑方向一致，这种方式有效减小了井底压差，提高了排屑效率，进而提高机械钻速。
3、钢芯外侧的环形槽可以防止碳化硅烧结层脱层。
4、可拆卸喷嘴的设置，可便于钻井时对注液量的调整。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是可拆卸喷嘴处的局部放大图。
图中：1-刀翼，2-可拆卸喷嘴，3-钢芯端盖，4-钢芯主体，5-环形槽，6-碳化钨烧结层，7-排屑流道，8-注液流道，9-反向流道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
本本发明包括钻头本体，钻头本体包括钢芯和碳化钨烧结层6，钢芯的外侧均设置有环形槽5，所述的碳化钨烧结层6烧结在钢芯的周围和钻进面上并填充在环形槽5内，碳化钨烧结层6的端部设置有刀翼1。所述的钢芯由钢芯主体4和钢芯端盖3两部分焊接而成，钢芯主体4上远离钢芯端盖3的一端设置有用于连接双壁钻杆的螺纹，钢芯的中心设置有排屑流道7，排屑流道7的周围设置有注液流道8，注液流道8位于钢芯端盖3上的一端通过螺纹安装有可拆卸喷嘴2，钢芯主体4与钢芯端盖3的接合处各设置有环形凸起和环形凹槽，环形凸起和环形凹槽配合构成反向流道9，反向流道9连通注液流道8和排屑流道7。所述的钢芯的材质为35CrMu。所述的注液流道8至少有三组。
本发明的工作过程如下：
钻井作业时，钻井液从注液流道8注入，当其进入钻头时，一部分钻井液从喷嘴2喷出后携带岩屑从排屑流道7回流，另一部分钻井液在反向流道9的导向作用下改变流向，并射入排屑流道7，与岩屑流合流至井口。
现将从具体特征出发对本发明的技术优势和技术效果进行阐释：
1、结构强度方面：
(1)本发明采用了以实心棒料为原料加工而成的钢芯，与由内外管体组成的分体式钢芯结构相比，钻头主体的结构强度和韧性均得到了有效加强，避免了钻头主体部分的变形或损坏；
(2)钻井作业时，如果钻头表面的碳化钨烧结层6在井底脱落，便很难打捞，也很难通过磨铣工具破碎，所以通常会造成很严重的后果，甚至会造成全井报废，给企业带来巨大的经济损失，本发明在钢芯外侧设置的环形槽5，可以使碳化钨烧结层6与钢芯的结合更为紧密，很大程度上避免了脱层事故的发生；
(3)钻头钻进面上排屑流道7入口处厚厚的高硬度的烧结层可有效保护排屑流道7的入口，避免了高速岩屑流对钢芯端盖3的冲蚀，有效的保护了钻头；
(4)钢芯的材质采用35CrMo，使钻头具备了更强的抗冲击、抗弯扭和抗高载荷性能。
2、制造工艺方面：
(1)如果钢芯采用一体式设计，由于涉及到零件内部的横向孔加工，常规的机械加工手段无法实现，只能采用消失模铸造等非常规的加工工艺，加工难度大，加工成本高，因此本发明中的钢芯采用了分体式结构，采用这样的设计，通过常规机械切削手段便可以加工反向流道9和注液流道8，加工更容易，成本也更低；
(2)分体式的钢芯设计，也使得反向流道9的表面粗糙度和流线性等质量参数更容易保证，充分保证了使用效果。
3、使用效果方面：
(1)本发明设置的反向流道9，可以将即将注液流道8内的钻井液向排屑流道7内分流，钻井液在反向流道9的导向作用下改变流向后进入排屑流道7，进入排屑流道7内的钻井液在压力作用下向上流动形成抽吸效果，从而促进了岩屑流的流动，减小了井底压差，提高了排屑效率，进而提高机械钻速；
(2)地层状况和泵压等实际生产情况的不同，对喷嘴过液量的需求不同，可拆卸喷嘴2的设置，使操作人员可更换通径不同喷嘴，以便对注液量进行调整，以适应不同的工况；
(3)钢芯的横截面积有限，至少三组注液流道可有效保证注液量。
利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种双壁钻杆反循环钻井用钻头，包括钻头本体，其特征在于：钻头本体包括钢芯和碳化钨烧结层(6)，钢芯的外侧均设置有环形槽(5)，所述的碳化钨烧结层(6)烧结在钢芯的周围和钻进面上并填充在环形槽(5)内，碳化钨烧结层的端部设置有刀翼(1)。
2.根据权利要求1所述的一种双壁钻杆反循环钻井用钻头，其特征在于：所述的钢芯由钢芯主体(4)和钢芯端盖(3)两部分焊接而成，钢芯主体(4)上远离钢芯端盖(3)的一端设置有用于连接双壁钻杆的螺纹，钢芯的中心设置有排屑流道(7)，排屑流道(7)的周围设置有注液流道(8)，注液流道(8)位于钢芯端盖(3)上的一端通过螺纹安装有可拆卸喷嘴(2)，钢芯主体(4)与钢芯端盖(3)的接合处各设置有环形凸起和环形凹槽，环形凸起和环形凹槽配合构成反向流道(9)，反向流道(9)连通注液流道(8)和排屑流道(7)。
3.根据权利要求1所述的一种双壁钻杆反循环钻井用钻头，其特征在于：所述的钢芯的材质为35CrMo。
4.根据权利要求1所述的一种双壁钻杆反循环钻井用钻头，其特征在于：所述的注液流道(8)至少有三组。
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