CN111827886A - 用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷pdc钻头 - Google Patents

用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷pdc钻头 Download PDF

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李清波
张书磊
葛字家
曹雪然
李省
缪绪樟
李文龙
吕万宏
刘丹丹
张成志
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Abstract

本发明公开了一种用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，包括前钻头，其底部内侧设置有第一台阶，所述第一台阶与卡簧座间隙设置；后钻头，其与所述前钻头的尾部相连，所述后钻头与前钻头的连接处构成第二台阶，其位于前钻头外侧，及第三台阶，其位于后钻头内侧，并设置在所述第一台阶以下；导流孔，其开设在所述后钻头上，具有位于所述第二台阶上的第一端口，以及位于所述第三台阶上的第二端口；其中，后钻头和卡簧座形成的流道与所述导流孔的第二端口相连通。本发明结构巧妙，使用方便，维护成本低，能够最大程度降低或避免清水作为钻井液时对泥化夹层岩心的冲蚀作用，提高泥化夹层岩心的取心品质，满足水利行业对泥化夹层信息鉴定的要求。

Description

用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头
技术领域
本发明涉及PDC钻头技术领域，尤其是涉及一种用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头。
背景技术
泥化夹层多存在于沉积岩地层中，其岩性软弱，水理性差、力学强度低，容易变成建筑物及边坡的潜在滑动面，对地基稳定性破坏性极大，因此，在水利水电工程前期的勘察设计过程中必须查清此项。目前，多通过钻探获取泥化夹层样品，经过分析获取地下信息。上述钻探指通过钻杆的旋转，使钻头深入岩层中进行取心的操作行为。为了避免后期进行地层渗透等试验时，非清水钻井液对试验结果产生影响，因此要求采用清水作为钻探的钻井液。然而，现有钻头不适合清水作为钻井液对泥化夹层进行取样，清水会从卡簧座（伸入钻头内，其内设置有用于卡断岩心的卡簧，）与钻头内壁间隙喷出，对进入钻头内部未进入岩心管以及钻头前面的岩心产生较大的冲蚀作用，使钻探样品的品质降低，由此得到的岩芯会影响地质勘察结论的正确性和准确性。
发明内容
为了避免使用现有钻头取心造成的岩心冲蚀严重、岩心纯洁度差、取心率低等问题，本发明提供一种用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，具体可采取如下技术方案：
本发明所述的用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，包括
前钻头，其底部内侧设置有第一台阶，所述第一台阶与卡簧座间隙设置；
后钻头，其与所述前钻头的尾部相连，所述后钻头与前钻头的连接处构成
第二台阶，其位于前钻头外侧，及
第三台阶，其位于后钻头内侧，并设置在所述第一台阶以下；
导流孔，其开设在所述后钻头上，具有位于所述第二台阶上的第一端口，以及位于所述第三台阶上的第二端口；
其中，后钻头和卡簧座形成的流道与所述导流孔的第二端口相连通；工作时，从所述流道流出的钻井液经导流孔达到所述第一端口后，一部分沿着后钻头与钻孔井壁间隙返回至地面，另一部分绕着前钻头由其外侧向内侧流至所述第二端口形成循环流。
所述第一台阶为环状结构，其上开设有环形缓冲凹槽。
所述第一台阶与卡簧座的间隙为2-5mm。
所述前钻头和后钻头的顶面上分别设置有均匀分布的PDC切削齿，所述PDC切削齿均以相同的倾角与前钻头/后钻头钎焊相连，且位于前钻头和后钻头上的PDC切削齿上下对应设置。
所述PDC切削齿与前钻头/后钻头的镶焊角为-15°。
所述第二台阶上间隔设置有多个安装凸起，所述安装凸起的一侧与PDC切削齿钎焊相连。
所述导流孔的第一端口靠近所述安装凸起设置。
所述前钻头的外侧面上间隔设置有多个螺旋导槽。
所述螺旋导槽的方向与钻头的旋转方向相反，且螺旋导槽的一端与导流孔的第一端口位置相对应，另一端靠近前钻头的PDC切削齿设置。
所述前钻头和后钻头的外侧面上分别设置有均匀分布的竖向保径条。
本发明提供的用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，结构巧妙，使用方便，维护成本低，能够最大程度降低或避免清水作为钻井液时对泥化夹层岩心的冲蚀作用，提高泥化夹层岩心的取心品质，满足水利行业对泥化夹层信息鉴定的要求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的剖面图。
图3是图2中的A部放大图。
图4是本发明的使用状态图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明的技术方案为前提，并给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1-3所示，本发明所述的用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，由一体化设置的前钻头1和后钻头2，以及连通两者的导流孔3构成。前钻头1和后钻头2内安装有卡簧座M，且卡簧座M与后钻头2间隙设置构成钻井液流道N。
具体地，前钻头1的直径小于后钻头2的直径，后钻头2连接在前钻头1的尾部。两者的顶面上分别设置有6个均匀分布的PDC切削齿4，每个PDC切削齿4均以相同的镶焊角（大约为-15°）与前钻头1/后钻头2钎焊相连，且位于前钻头1和后钻头2上的PDC切削齿4上下对应置，即每一个位于前钻头1上的PDC切削齿4与其对应的位于后钻头2上的PDC切削齿4沿同一条半径布设。为了延长钻头使用寿命，保持孔径，前钻头1和后钻头2的外侧面上分别设有6条均匀分布的竖向保径条5。前钻头1的外侧面上间隔设置有6条螺旋导槽6，其内侧面的底部设置有环状的第一台阶7，卡簧座M嵌入第一台阶7内，且其底部与第一台阶7的端面间隔2-5mm。此外，第一台阶7上开设有环形缓冲凹槽8。后钻头2与前钻头1的连接处构成第二台阶9和第三台阶10，其中，第二台阶9位于前钻头1外侧，其上间隔设置有6个用于焊接PDC切削齿4的安装凸起11，上述PDC切削齿4位于安装凸起11的同侧；第三台阶10设置在后钻头2内侧，并位于第一台阶7之下。导流孔3用于连通前钻头1和后钻头2，其位于后钻头2头部，具有位于第二台阶9上的第一端口，以及位于所述第三台阶10上的第二端口，即导流孔3由外向内倾斜设置。上述导流孔3为12条，其第一端口均靠近安装凸起11设置，第二端口则与钻井液流道N相连通。上述螺旋导槽6一端与导流孔3的第一端口相对应，另一端位于前钻头1上PDC切削齿4的切削前端，且每个螺旋导槽6的方向均与钻头的旋转方向相反。
工作时，如图4所示，从流道N流出的钻井液在第三台阶10处进入导流孔3，由第二端口流至第一端口，然后，钻井液在第一端口处分流，一部分沿后钻头2与钻孔井壁的间隙返回地面，另一部分绕着前钻头1由其外侧向内侧流至导流孔3的第二端口形成循环流。
可以看出，与现有钻头相比，上述导流孔3可使来自于卡簧座M与钻头之间流道N内的钻井液改变流向，首先，由于大部分钻井液从导流孔3流出后，由后钻头2与钻孔井壁的间隙返回至地面，不仅能够对后钻头2上的PDC切削齿4进行冷却和冲洗，而且避免了大量钻井液直接冲蚀岩心造成样品质降低；其次，另一部分钻进液在流向第一台阶7时，与其上的环形缓冲凹槽8相接触降低流速后，在前钻头1环空形成正循环，上述钻进液在冷却前钻头1的同时，还可保证正循环钻井液的流速不会过高，降低或避免参与正循环的钻井液对岩心的冲蚀作用；再次，前钻头1上设置有与钻头旋转方向相反的螺旋导槽6，且螺旋导槽6的一端与导流孔3的第一端口相对应，另一端位于前钻头1上PDC切削齿4的切削前端，可适当增大前钻头1上PDC片切削齿4前端钻井液的供应量，从而及时携带岩粉离开，避免泥包钻头事件的发生。
需要说明的是，在本发明的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，其特征在于：包括
前钻头，其底部内侧设置有第一台阶，所述第一台阶与卡簧座间隙设置；
后钻头，其与所述前钻头的尾部相连，所述后钻头与前钻头的连接处构成
第二台阶，其位于前钻头外侧，及
第三台阶，其位于后钻头内侧，并设置在所述第一台阶以下；
导流孔，其开设在所述后钻头上，具有位于所述第二台阶上的第一端口，以及位于所述第三台阶上的第二端口；
其中，后钻头和卡簧座形成的流道与所述导流孔的第二端口相连通；工作时，从所述流道流出的钻井液经导流孔达到所述第一端口后，一部分沿着后钻头与钻孔井壁间隙返回至地面，另一部分绕着前钻头由其外侧向内侧流至所述第二端口形成循环流。
2.根据权利要求1所述的用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，其特征在于：所述第一台阶为环状结构，其上开设有环形缓冲凹槽。
3.根据权利要求1所述的用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，其特征在于：所述第一台阶与卡簧座的间隙为2-5mm。
4.根据权利要求1所述的用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，其特征在于：所述前钻头和后钻头的顶面上分别设置有均匀分布的PDC切削齿，所述PDC切削齿均以相同的倾角与前钻头/后钻头钎焊相连，且位于前钻头和后钻头上的PDC切削齿上下对应设置。
5.根据权利要求4所述的用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，其特征在于：所述PDC切削齿与前钻头/后钻头的镶焊角为-15°。
6.根据权利要求4所述的用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，其特征在于：所述第二台阶上间隔设置有多个安装凸起，所述安装凸起的一侧与PDC切削齿钎焊相连。
7.根据权利要求6所述的用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，其特征在于：所述导流孔的第一端口靠近所述安装凸起设置。
8.根据权利要求1所述的用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，其特征在于：所述前钻头的外侧面上间隔设置有多个螺旋导槽。
9.根据权利要求8所述的用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，其特征在于：所述螺旋导槽的方向与钻头的旋转方向相反，且螺旋导槽的一端与导流孔的第一端口位置相对应，另一端靠近前钻头的PDC切削齿设置。
10.根据权利要求1所述的用于清水钻进泥化夹层取心的双管侧喷PDC钻头，其特征在于：所述前钻头和后钻头的外侧面上分别设置有均匀分布的竖向保径条。
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