CN108179983A - 一种冲旋-刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具 - Google Patents

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傅文韬
黄志强
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Abstract

本发明涉及一种冲旋‑刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具，它是由前置冲击钻头、短节和PDC钻头组成。前置冲击钻头和短节相连接，冲击钻头上安装冲击齿，并在冲击钻头外侧设置了排屑槽和喷水口；短节上端通过螺纹与PDC钻头相连接；PDC齿在PDC刀翼上呈对角线分布；每相邻两PDC刀翼之间都设计有排屑槽，排屑槽上均设置了喷水孔。短节型号可更换，通过安装不同系列不同长度的短节，来调节前置冲击钻头和后置PDC钻头间阶梯结构的长度。本发明通过冲击钻头和PDC钻头阶梯式冲旋‑刮切破岩结构，达到分级破碎岩石，降低破岩难度；可实现不同破岩工具的组合，大大减少钻井过程中的振动，增加钻头对深部复杂地层破岩的适应性、提高破岩效率及延长其使用寿命。

Description

一种冲旋-刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具
技术领域
本发明涉及一种冲旋-刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具，属于油气资源开采的机械钻具装置领域。
背景技术
1、随着国内外对油气资源勘探开发力度的增大，使得油气资源开采工作逐渐向深井、超深井以及复杂难钻地层发展。钻头是油气钻井开采中直接作用岩石的工具，然而传统的牙轮钻头和PDC钻头在钻进过程中，破岩效率低，转速慢并且寿命短，无法满足当下提速增效的钻井工艺要求，于是钻头寿命的长短、钻头与岩石的相适应性，对提高钻进速度和降低钻井成本起着重要的作用。
2、高效破岩组合工具是近年来发展迅速的一项新技术，一般采用预冲击破碎或者边钻边扩的方式，达到一个分级破碎岩石的原理。具有冲旋-刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具，可以进行阶梯式分级冲旋-刮切破碎岩石，前置的冲击钻头快速冲旋岩石，大大减小岩石的强度，接着PDC钻头对岩石进行的刮切破碎。很大程度上改善钻井过程中的振动，从而提高钻井的稳定性、钻进速度，延长钻头以及钻具的使用寿命，实现了提速增效的钻井工艺发展需求。
发明内容
本发明目的是针对现有单一钻头破岩技术的不足，创新提出了一种冲旋-刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具，实现提速增效的钻井工艺需求，以至于解决当下单一油气开采钻头对于深部复杂难钻地层钻进的不适应性，钻进速度慢、效率低及钻头寿命低的问题。
本发明所采用的技术方案是：
本发明一种冲旋-刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具，由前置冲击钻头、短节和PDC钻头组成，前置冲击钻头和短节通过公扣和母扣相连接，前置冲击钻头通过钻井液提供不断的液压动力产生冲击载荷作用；短节和PDC钻头通过公扣和母扣连接；前置冲击钻头上布有多颗冲击齿、多个喷水孔以及排屑槽；PDC齿在PDC钻头刀翼上呈对角线分布；每相邻两PDC刀翼之间都设计有排屑槽，排屑槽上都均匀设置了喷水孔，PDC钻头本体上端通过公扣与钻杆连接。所述的短节型号可更换，通过安装不同系列不同长度的短节，来调节前置冲击钻头和后置PDC钻头间阶梯结构的长度。通过改变冲击钻头和PDC钻头的钻扩破岩直径比，以适应钻进不同岩层的需求，实现最高的破岩效率。
与已有技术相比，本发明具有以下优点：
1、先依靠前置冲击钻头对岩石进行冲旋破碎钻进，释放地层岩石应力，对岩石产生微损伤，再助推PDC钻头刮切破岩，达到扩眼钻井的目的。这种对岩石产生冲旋-刮切阶梯式双重破碎作用效果的新型破岩组合工具，能大大加快钻井速度，使得钻井过程中钻具振动大大降低，很大程度上提高了钻头及钻具的使用寿命，降低起下钻时间及成本。2、通过改变冲击钻头和PDC钻头的钻扩破岩直径比，以适应钻进不同岩层的需求，实现最高的破岩效率；3、前置冲击钻头和后置PDC钻头间阶梯结构的长度可调。
附图说明
图1为发明一种冲旋-刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具结构示意图；
图2为发明的PDC钻头结构示意图；
图3为发明的短节结构示意图；
图4为发明的前置冲击钻头结构示意图；
图中：1.PDC钻头本体、2.短节、3.前置冲击钻头、4.PDC钻头刀翼、5.PDC齿、6.PDC钻头喷水孔、7.PDC钻头排屑槽、8.公扣、9.母扣、10.公扣、11.母扣、12.公扣、13.前置冲击钻头喷水孔、14.冲击钻头排屑槽、15.冲击齿
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1、图2、图3、图4所示，本发明一种冲旋-刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具，由前置冲击钻头3、短节2和PDC钻头1组成，前置冲击钻头3和短节2通过公扣12和母扣11相连接，前置冲击钻头3通过钻井液提供不断的液压动力产生冲击载荷作用；短节2和PDC钻头1通过公扣10和母扣9连接；前置冲击钻头3上布有多颗冲击齿15、多个喷水孔13以及排屑槽14；PDC齿5在PDC钻头刀翼4上呈对角线分布；每相邻两PDC刀翼4之间都设计有排屑槽7，排屑槽7上都均匀设置了喷水孔6，PDC钻头1本体上端通过公扣8与钻杆连接。所述的短节2型号可更换，通过安装不同系列不同长度的短节2，来调节前置冲击钻头3和后置PDC钻头1间阶梯结构的长度；并且可以通过改变冲击钻头3和PDC钻头1的钻扩破岩直径比，以适应钻进不同岩层的需求。
工作原理：
在实际钻井过程中，可通过改变破岩组合工具钻扩破岩直径比以及调节组合破岩工具相互之间阶梯结构的长度，来达到提高钻头对深层复杂地层破岩的适应性来实现提速增效的钻井工艺需求。本发明通过以下途径实现其功能：在深层复杂难钻地层钻进时，该冲旋-刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具先由前置冲击钻头对岩石进行冲旋破碎，钻进一定深度，释放岩石应力，降低其强度，紧接着PDC钻头对岩石进行刮切破碎，通过冲旋-刮切这两种不同作用方式以及阶梯式作用过程对岩石损伤，达到对岩石进行快速破碎的效果。

Claims (3)

1.本发明一种冲旋-刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具，由前置冲击钻头(3)、短节(2)和PDC钻头(1)组成，前置冲击钻头(3)和短节(2)通过公扣(12)和母扣(11)相连接，前置冲击钻头(3)通过钻井液提供不断的液压动力产生冲击载荷作用；短节(2)和PDC钻头(1)通过公扣(10)和母扣(9)连接；前置冲击钻头(3)上布有多颗冲击齿(15)、多个喷水孔(13)以及排屑槽(14)；PDC齿(5)在PDC钻头刀翼(4)上呈对角线分布；每相邻两PDC刀翼(4)之间都设计有排屑槽(7)，排屑槽(7)上都均匀设置了喷水孔(6)，PDC钻头(1)本体上端通过公扣(8)与钻杆连接。所述的短节(2)型号可更换，通过安装不同系列不同长度的短节(2)，来调节前置冲击钻头(3)和后置PDC钻头(1)间阶梯结构的长度。
2.权利要求书1所述的一种冲旋-刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具，其特征在于：前置冲击钻头和PDC钻头构成的阶梯式冲旋-刮切双重破岩结构；通过安装不同系列不同长度的短节，来调节前置冲击钻头和后置PDC钻头间阶梯结构的长度。
3.权利要求书1所述的一种冲旋-刮切阶梯式作用的高效破岩组合工具，其特征在于：通过改变冲击钻头和PDC钻头的钻扩破岩直径比，以适应钻进不同岩层的需求，实现最高的破岩效率。
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