CN110905418B - 一种具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头及钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头及钻井方法，所述钻头包括钻头体、聚能弹簧和优势攻击总成，所述优势攻击总成安装于钻头体内部且优势攻击总成底端的聚能攻击齿凸出于钻头体底面切削齿，所述聚能弹簧安装于钻头体内部且设置于优势攻击总成上方，所述优势攻击总成与钻头体可轴向相对运动但不能相对旋转，能够实现了安装于优势攻击总成传力轴底端的聚能攻击齿领先于钻头体冠部底端的钻头切削齿破碎井底形成圆环槽井底，释放井底应力，之后钻头体冠部底端的钻头切削齿在压力和扭矩下破岩，通过先释放应力，再井底全面破岩，实现整个破岩提高钻进速度过程。

Description

一种具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头及钻井方法

技术领域

本发明属于钻井工程领域，具体地，涉及一种具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头及钻井方法。

背景技术

钻井过程中，提前释放井底地层应力可以有效提高钻头的破岩效率，进而提高钻井速度。至今为止，国内外学者提出了两种方法用于提前释放井底应力，一种是通过改变井底形状来改变井底应力场从而释放地层应力的方法，以随钻扩眼技术、双级钻头钻井技术等为代表；另一种是以水力能量为基础的释放地层应力的方法，以超高压射流辅助破岩提速技术为代表。利用改变井底形状来改变井底应力场的方法仅需要通过优化设计钻头形状、改变钻头齿形状或者优化钻头齿分布即可达到释放地层应力提高钻井速度的效果，然而，直到目前为止，卸荷井底应力的钻头及工具结构复杂、安装繁琐且钻井效率不高。用超高压射流辅助破岩提速技术至今仅有井下钻柱减振增压技术达到了现场应用的要求，并进行了推广应用，但该种方法需要在钻头上方增压井下减振增压装置方能实现其目标，限制了其应用范围，本发明提供一种具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头及钻井方法，既能够达到自动释放井底应力的目标，发挥井底应力诱导卸荷提高钻井速度效果，又能够提高钻井破岩钻进速度。

发明内容

为了能够提高钻井破岩效率，本发明提供一种具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头及钻井方法，可达到仅利用钻头即可诱导卸荷井底应力提高井底破岩钻进速度的效果。

一种具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头，所述钻头包括钻头体、聚能弹簧和优势攻击总成，所述优势攻击总成安装于钻头体内部且优势攻击总成底端的聚能攻击齿凸出于钻头体底面切削齿，所述聚能弹簧安装于钻头体内部且设置于优势攻击总成上方，所述优势攻击总成与钻头体可轴向相对运动但不能相对旋转。

进一步地，所述钻头体由上部钻具连接接头和钻头体冠部组成。

进一步地，所述上部钻具连接接头外侧上部为钻具连接扣，外侧中部为圆柱面，外侧底端为接头焊接坡口，上部钻具连接接头内侧上部为钻井液流道，内侧中部为聚能弹簧安装腔，内侧下部为聚能弹簧扶正面。

进一步地，所述钻头体冠部顶端为钻头体焊接坡口，所述钻头体焊接坡口与所述接头焊接坡口相匹配，钻头体冠部外侧上部为钻头冠部外表面，所述钻头冠部外表面为圆柱面，其直径与上部钻具连接接头外侧中部的圆柱面直径相等，所述钻头冠部还包括钻头钢体、钻头刀翼和钻头切削齿，所述钻头切削齿安装在钻头刀翼顶部，钻头体冠部内侧上部为优势攻击总成安装腔，优势攻击总成安装腔的腔体直径与所述聚能弹簧扶正面直径相同，所述优势攻击总成外侧的钻头钢体内设有贯穿钻头钢体的喷嘴流道，喷嘴流道顶端安装有喷嘴，优势攻击总成传力轴的安装孔贯穿优势攻击总成安装腔与钻头刀翼。

进一步地，所述优势攻击总成顶端为聚能承压面，优势攻击总成外侧上部为扶正密封面，所述扶正密封面与优势攻击总成安装腔上端的圆周面配合，优势攻击总成中部外围设有储流腔，优势攻击总成下部为优势攻击总成传力轴，优势攻击总成传力轴底端安装有聚能攻击齿，所述优势攻击总成传力轴之间设有聚能攻击限位块，优势攻击总成内侧上部为分流盘，分流盘与储流腔之间开有钻井液过流孔，所述储液腔与所述喷嘴流道贯通。

进一步地，所述钻头体冠部安装有高效破岩齿，所述高效破岩齿前端为斧形结构，底端为压入圆柱面，两侧为侧翼保形面。

一种采用具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头的钻井方法，其特征在于，所述钻进方法包括以下步骤：

1)所述具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头下入井底，优势攻击总成底端的聚能攻击齿优先接触井底，在钻压及扭矩的作用下将井底提前破碎出一道圆环槽；

2)钻头体冠部底端的钻头切削齿接触到井底，在压力和扭矩下破岩；

3)钻头体冠部底端的钻头切削齿破岩时，优势攻击总成底端的聚能攻击齿领先于钻头体冠部底端的钻头切削齿继续破碎井底形成圆环槽井底，之后钻头体冠部底端的钻头切削齿在压力和扭矩下持续破岩，实现整个钻井过程。

有益效果：本发明利用聚能攻击卸荷井底应力钻头及提高破岩钻进速度方法能够实现了安装于优势攻击总成传力轴底端的聚能攻击齿领先于钻头体冠部底端的钻头切削齿破碎井底形成圆环槽井底，释放井底应力，之后钻头体冠部底端的钻头切削齿在压力和扭矩下破岩，通过先释放应力，再井底全面破岩，实现整个破岩提高钻进速度过程，具有以下优势：

1)可达到仅利用钻头即可诱导卸荷井底应力提高井底破岩钻进速度的效果，提速思路独特；

2)本发明的钻头原理及结构简单，容易制造，使用过程不需要安装其他工具，不影响其它钻井工序的实施；

3)适用范围广，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；

4)钻井过程中，操作施工跟常规钻井完全相同，对地面设施、钻井管柱、钻头类型没有特殊要求，有利于推广和应用。

附图说明

图1为本发明具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头结构示意图；

图2为高效破岩齿前视图；

图3为高效破岩齿左视图；

图4为高效破岩齿俯视图。

图中，1、上部钻具连接接头，2、钻头体冠部，3、喷嘴，4、聚能弹簧，5、优势攻击总成，6、聚能攻击齿，7、储流腔，8、传力轴，9、喷嘴流道，10、聚能攻击限位块，11、分流盘，12、聚能承压面，001、斧形结构，002、压入圆柱面，003、侧翼保形面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见附图1-4，一种利用聚能攻击卸荷井底应力钻头，所述钻头包括钻头体、聚能弹簧4及优势攻击总成5；所述优势攻击总成5安装于钻头体内部，优势攻击总成5底端的聚能攻击齿6凸出于钻头体底面切削齿以下；优势攻击总成5上方、钻头体内腔中安装有聚能弹簧4；优势攻击总成5与钻头体可轴向相对活动，但不能相对旋转。所述钻头体包括上部钻具连接接头1，钻头体冠部2。所述上部钻具连接接头外侧上部为钻具连接扣，外侧中部为圆柱面，外侧底端为接头焊接坡口，上部钻具连接接头内侧上部为钻井液流道，内侧中部为聚能弹簧4安装腔体，内侧下部为聚能弹簧4扶正面。

所述钻头体冠部2顶端为钻头体焊接坡口，所述钻头体焊接坡口与所述接头焊接坡口相配合，钻头体冠部2外侧上部为钻头冠部外表面，所述钻头冠部外表面为圆柱面，其直径与上部钻具连接接头外侧中部的圆柱面直径相等，所述钻头冠部还包括钻井钻头钢体、钻头刀翼和钻头切削齿，钻头切削齿安装在钻头刀翼顶部；钻头内侧上部为优势攻击总成5安装腔，腔体直径与聚能弹簧4扶正面直径相同；所述优势攻击总成外侧的钻头钢体内设有贯穿钻头钢体的喷嘴流道9，喷嘴流道9顶端安装有喷嘴3；优势攻击总成5安装腔内侧开有贯穿优势攻击总成5安装腔与钻头刀翼的优势攻击总成5的传力轴8安装孔。

进一步地，所述优势攻击总成5顶端为聚能承压面12，优势攻击总成5外侧上部为扶正密封面，扶正密封面与优势攻击总成5安装腔内侧上端的圆孔配合；优势攻击总成5中部外围设有储流腔7，优势攻击总成5下部为优势攻击总成5传力轴8，优势攻击总成5传力轴底端安装有聚能攻击齿6；优势攻击总成5传力轴之间为聚能攻击限位块10。优势攻击总成5内侧上部为分流盘11，分流盘11与储流腔7之间开有钻井液过流孔，所述储液腔7与所述喷嘴流道9贯通。

进一步地，所述一种利用聚能攻击卸荷井底应力钻头安装有高效破岩齿，所述高效破岩齿前端为斧形结构001，用于破碎井底岩石；高效破岩齿底端为压入圆柱面002，用于实现施加钻压时高效破岩齿压入岩石；高效破岩齿两侧为侧翼保形面003，用于高效破岩齿磨损时，仍能够保持高效破岩结构。

一种利用具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头进行钻井的方法，所述钻井方法为：

1)所述具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头下入井底，利用安装于优势攻击总成5传力轴底端的聚能攻击齿6接触井底，在钻压及扭矩的作用下将井底提前破碎出一道圆环槽；

2)钻头体冠部2底端的钻头切削齿接触到井底，在压力和扭矩下破岩；

3)钻头体冠部2底端的钻头切削齿破岩时，安装于优势攻击总成5传力轴底端的聚能攻击齿6领先于钻头体冠部2底端的钻头切削齿继续破碎井底形成圆环槽井底，之后钻头体冠部2底端的钻头切削齿在压力和扭矩下持续破岩，实现整个破岩提高钻进速度过程。

本发明利用聚能攻击卸荷井底应力钻头及钻井方法能够实现了安装于优势攻击总成5传力轴底端的聚能攻击齿6领先于钻头体冠部2底端的钻头切削齿破碎井底形成圆环槽井底，释放井底应力，之后钻头体冠部2底端的钻头切削齿在压力和扭矩下破岩，通过先释放应力，再井底全面破岩，实现整个破岩提高钻进速度过程。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头，其特征在于：所述钻头包括钻头体、聚能弹簧和优势攻击总成，所述优势攻击总成安装于钻头体内部且优势攻击总成底端的聚能攻击齿凸出于钻头体底面切削齿，所述聚能弹簧安装于钻头体内部且设置于优势攻击总成上方，所述优势攻击总成与钻头体可轴向相对运动但不能相对旋转,所述钻头体由上部钻具连接接头和钻头体冠部组成，所述上部钻具连接接头外侧上部为钻具连接扣，外侧中部为圆柱面，外侧底端为接头焊接坡口，上部钻具连接接头内侧上部为钻井液流道，内侧中部为聚能弹簧安装腔，内侧下部为聚能弹簧扶正面，所述钻头体冠部顶端为钻头体焊接坡口，所述钻头体焊接坡口与所述接头焊接坡口相匹配，钻头体冠部外侧上部为钻头冠部外表面，所述钻头冠部外表面为圆柱面，其直径与上部钻具连接接头外侧中部的圆柱面直径相等，所述钻头冠部还包括钻头钢体、钻头刀翼和钻头切削齿，所述钻头切削齿安装在钻头刀翼顶部，钻头体冠部内侧上部为优势攻击总成安装腔，优势攻击总成安装腔的腔体直径与所述聚能弹簧扶正面直径相同，所述优势攻击总成外侧的钻头钢体内设有贯穿钻头钢体的喷嘴流道，喷嘴流道顶端安装有喷嘴，优势攻击总成传力轴的安装孔贯穿优势攻击总成安装腔与钻头刀翼。

2.根据权利要求1所述的一种具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头，其特征在于，所述优势攻击总成顶端为聚能承压面，优势攻击总成外侧上部为扶正密封面，所述扶正密封面与优势攻击总成安装腔上端的圆周面配合，优势攻击总成中部外围设有储流腔，优势攻击总成下部为优势攻击总成传力轴，优势攻击总成传力轴底端安装有聚能攻击齿，所述优势攻击总成传力轴之间设有聚能攻击限位块，优势攻击总成内侧上部为分流盘，分流盘与储流腔之间开有钻井液过流孔，所述储流腔与所述喷嘴流道贯通。

3.根据权利要求2所述的一种具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头，其特征在于，所述钻头体冠部安装有高效破岩齿，所述高效破岩齿前端为斧形结构，底端为压入圆柱面，两侧为侧翼保形面。

4.一种采用权利要求1所述的一种具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头的钻井方法，其特征在于，所述钻井方法包括以下步骤：

1)所述具有聚能攻击卸荷井底应力的钻头下入井底，优势攻击总成底端的聚能攻击齿优先接触井底，在钻压及扭矩的作用下将井底提前破碎出一道圆环槽；

2)钻头体冠部底端的钻头切削齿接触到井底，在压力和扭矩下破岩；

3)钻头体冠部底端的钻头切削齿破岩时，优势攻击总成底端的聚能攻击齿领先于钻头体冠部底端的钻头切削齿继续破碎井底形成圆环槽井底，之后钻头体冠部底端的钻头切削齿在压力和扭矩下持续破岩，实现整个钻井过程。

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