CN112031661A - 一种具有防卡钻结构的钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有防卡钻结构的钻头，属于石油天然气钻探技术领域，包括钻头本体、切削本体和防卡钻机构，其中，钻头本体的一端设有公锥螺纹，另一端设有外伸接头。切削本体上布置有若干刀翼，刀翼前端设置有切削齿，后端设置有第一保径齿，相邻两个刀翼之间设有排屑槽，另一端开设有内陷接头，外伸接头与内陷接头焊接相连。防卡钻机构中的牙轮转动安装于牙掌上，牙掌的一侧设置有若干第二保径齿，牙轮的周围均匀的设置有若干牙轮齿，牙轮远离牙掌的一端端部设置有平顶齿。并通牙轮齿对遇卡处的掉块等进行破碎，使破碎的掉块及沉积岩屑等随钻井液返排至地面，从而达到防卡钻的效果,有效降低了钻井成本，提高了钻井效率。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气钻探技术领域，具体而言，涉及一种具有防卡钻结构的钻头。
背景技术
在石油钻井过程中，由于地层结构等因素影响，钻头在钻进过程中，井壁出现掉块和岩屑沉积导致钻具等陷在井内不能自由活动，出现卡钻，目前，在石油钻井过程中，特别是在不稳定地层钻井过程中，卡钻已成为一种常见的事故，为钻井工作带来了巨大阻碍，增加了钻井事故风险，提高了钻井成本，降低了钻井效率。
发明内容
为了弥补以上不足，本发明提供了一种具有防卡钻结构的钻头，旨在改善目前在石油钻井过程中，卡钻事故为钻井工作带来了巨大阻碍，提高了钻井成本，降低了钻井效率等问题。
本发明是这样实现的：本发明提供一种具有防卡钻结构的钻头，包括钻头本体、切削本体和防卡钻机构，其中，切削本体安装在钻头本体上，防卡钻机构安装在切削本体上。
所述钻头本体的一端设置有公锥螺纹，所述钻头本体远离所述公锥螺纹的一端设置有外伸接头。
所述切削本体上布置有若干刀翼，所述刀翼后端设置有若干第一保径齿，相邻两个所述刀翼之间设置有排屑槽，所述刀翼的前端设置有切削齿，所述切削本体远离所述切削齿的一端开设有内陷接头，所述外伸接头能够与所述内陷接头配合通过过盈配合或焊接等方式固连。
所述防卡钻机构设置在所述刀翼后端，相背设置，所述防卡钻机构包括牙掌和牙轮，所述牙轮转动安装于所述牙掌上，所述牙掌的一侧设置有若干第二保径齿，所述牙轮的周围均匀的设置有若干牙轮齿，所述牙轮远离所述牙掌的一端端部设置有平顶齿。
在本发明的一种实施例中，所述钻头本体与所述切削本体既可采用分体式结构，也可采用一体式结构。
在本发明的一种实施例中，所述防卡钻机构所在圆周的周向略小于或等于所述切削本体的直径。
在本发明的一种实施例中，所述防卡钻机构在所述钻头本体的周向至少布置有一个。
在本发明的一种实施例中，所述牙掌的一侧均匀的设置有若干PDC齿。
在本发明的一种实施例中，所述牙轮齿为锥型齿、球形齿或勺形齿中的任意一种。
在本发明的一种实施例中，所述钻头本体上开设有喷嘴，所述喷嘴布置在所述排屑槽靠近钻头顶部位置。
在本发明的一种实施例中，所述牙掌上开设有滚珠注入孔，所述滚珠注入孔内设置有滚珠，所述滚珠与所述牙轮形成轴承副连接。
在本发明的一种实施例中，所述切削本体与所述防卡钻机构之间既可采用焊接方式固定连接，也可采用机械连接方式固定连接。
本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的一种具有防卡钻结构的钻头，防卡钻机构与切削本体背向设置，防卡钻机构可随钻头本体产生沿井筒轴线的周向转动，在遇卡处，其防卡钻原理类似牙轮钻头破岩，其牙轮可绕自身轴线转动，并通过其上的牙轮齿对遇卡处的掉块及沉积岩屑等进行破碎，使破碎的掉块等随钻井液返排至地面，从而达到防卡钻的效果；同时由于较常规钻头增设了防卡钻机构，其保径长度有所增加，降低了钻头振动幅值，进一步增加了钻头在钻进过程中的稳定性，从而大大降低了钻井成本，提高了钻井效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明钻头布齿设计图；
图2为本发明钻头的遇卡工况图；
图3为实施例1的结构示意图；
图4为图3中钻头本体的结构示意图；
图5为图3中切削本体结构示意图；
图6为图3中防卡钻机构的结构示意图；
图7为图6的全剖示图；
图8为实施例2防卡钻机构的结构示意图；
图9为实施例2切削本体的结构示意图；
图10为实施例3防卡钻机构的结构示意图；
图11为实施例3切削本体的结构示意图；
图12为实施例4防卡钻机构的结构示意图。
图中：100-钻头本体；110-公锥螺纹；120-外伸接头；200-切削本体；210-刀翼；211-第一保径齿；212-T型连接槽；213-燕尾连接槽；220-切削齿；230-排屑槽；240-内陷接头；250-喷嘴；300-防卡钻机构；310-牙掌；311-第二保径齿；312-滚珠注入孔；3121-滚珠；313-T型连接块；314-燕尾连接块；315-PDC齿；320-牙轮；321-牙轮齿；322-平顶齿。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为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设备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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1
请参阅图3，本发明提供一种技术方案：一种具有防卡钻结构的钻头，包括钻头本体100、切削本体200和防卡钻机构300，其中，切削本体200安装在钻头本体100上，防卡钻机构300安装在切削本体200上。
请参阅图4，钻头本体100的一端设置有公锥螺纹110，公锥螺纹110实现钻头本体100与其他钻具(如钻柱、钻铤、水力振荡器等)的连接，从而钻具带动钻头整体旋转运动，钻头本体100远离公锥螺纹110的一端设置有外伸接头120。
请参阅图5，切削本体200布置有若干刀翼210，刀翼210后端设置有若干第一保径齿211，相邻两个刀翼210之间设置有排屑槽230，排屑槽230用来排出切削的岩屑等杂质，切削本体200的前端设置有切削齿220(如图1)，切削本体200远离切削齿220的一端开设有内陷接头240，外伸接头120能与内陷接头240配合，外伸接头120与内陷接头240过盈配合或焊接固连，进而实现钻头本体100与切削本体200之间的固定连接。需要说明的是，钻头本体100与切削本体200既可采用分体式结构，也可采用一体式结构。具体地，钻头本体100上开设有喷嘴250或水眼，喷嘴250或水眼布置在排屑槽230上。工作时，钻井液通过喷嘴250或水眼输送到钻头本体100的顶端，起到降温散热、排除排屑槽230中的岩屑作用。
请参阅图6和图7，防卡钻机构300设置在刀翼210后端一侧，防卡钻机构300包括牙掌310和牙轮320，牙掌310通过焊接固定在刀翼210后端，相背设置，牙轮320转动安装于牙掌310上，牙掌310的一侧均匀的设置有若干第二保径齿311，牙轮320的周围均匀的设置有若干牙轮齿321，需要说明的是，牙轮齿321为锥型齿、球形齿或勺形齿中的任意一种。牙轮320远离牙掌310的一端端部设置有平顶齿322；
请参阅图6和图7，具体的，防卡钻机构300所在圆周的直径略小于或等于切削本体200的直径。防卡钻机构300在钻头本体100的周向至少布置有一个提高防卡钻的效果。在具体设置时，牙掌310内开设有滚珠注入孔312，滚珠注入孔312内设置有滚珠3121，滚珠3121与牙轮320抵触，进而牙掌310与牙轮320之间通过滚珠3121形成轴承副连接，进而牙轮320可绕自身轴线转动并通过其上的牙轮齿321对遇卡处的掉块及沉积岩屑等进行破碎，使破碎的掉块等随钻井液返排至地面，从而达到防卡钻的效果(如图2)。
实施例2
请参阅图8和图9，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：刀翼210上开设有T型连接槽212，牙掌310上一体成型有T型连接块313，牙掌310上的T型连接块313与刀翼210上的T型连接槽212过盈配合或连接后焊接固结。
实施例3
请参阅图10和图11，本实施例与实施例1、2基本相同，不同之处在于：刀翼210上开设有燕尾连接槽213，牙掌310上一体成型有燕尾连接块314，牙掌310上的燕尾连接块314与刀翼210上的燕尾连接槽213过盈配合或连接后焊接固结。
实施例4
请参阅图12，本示例与前述实施例基本相同，不同之处在于：牙掌310的一侧均匀的设置有若干PDC齿315。增加PDC齿315既可以有助于清除掉块还能达到规整井壁的效果。
前述本发明实施例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合，在此不再一一列举。
具体的，该具有防卡钻结构的钻头的工作原理：防卡钻机构300与切削本体200背向设置，防卡钻机构300可随钻头本体100产生沿井筒轴线的周向转动，在遇卡处，其防卡钻原理类似牙轮钻头破岩，其牙轮320可绕自身轴线转动，并通过其上的牙轮齿321对遇卡处的掉块及沉积岩屑等进行破碎，使破碎的掉块等随钻井液返排至地面，从而达到防卡钻的效果，减小钻井事故的发生风险；
同时由于较常规钻头增设了防卡钻机构300，其保径长度有所增加，可有效降低钻头在钻进过程中的振动幅值，进一步增加了钻头稳定性，从而大大降低了钻井成本，提高了钻井效率。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具有防卡钻结构的钻头，其特征在于，包括
钻头本体(100)，所述钻头本体(100)的一端设置有公锥螺纹(110)，所述钻头本体(100)远离所述公锥螺纹(110)的一端设置有外伸接头(120)；
切削本体(200)，所述切削本体(200)上布置有若干刀翼(210)，所述刀翼(210)后端设置有若干第一保径齿(211)，相邻两个所述刀翼(210)之间设置有排屑槽(230)，所述刀翼(210)的前端设置有切削齿(220)，所述切削本体(200)远离所述切削齿(220)的一端开设有内陷接头(240)，所述外伸接头(120)能够与所述内陷接头(240)配合连接；
防卡钻机构(300)，所述防卡钻机构(300)设置在所述刀翼(210)后端，相背设置，所述防卡钻机构(300)包括牙掌(310)和牙轮(320)，所述牙轮(320)转动安装于所述牙掌(310)上，所述牙掌(310)的一侧设置有若干第二保径齿(311)，所述牙轮(320)的周围均匀的设置有若干牙轮齿(321)，所述牙轮(320)远离所述牙掌(310)的一端端部设置有平顶齿(322)。
2.根据权利要求1所述的一种具有防卡钻结构的钻头，其特征在于，所述钻头本体(100)与所述切削本体(200)既可采用分体式结构，也可采用一体式结构。
3.根据权利要求1所述的一种具有防卡钻结构的钻头，其特征在于，所述防卡钻机构(300)所在圆周的周向略小于或等于所述切削本体(200)的直径。
4.根据权利要求1所述的一种具有防卡钻结构的钻头，其特征在于，所述防卡钻机构(300)在所述钻头本体(100)的周向至少布置有一个。
5.根据权利要求1所述的一种具有防卡钻结构的钻头，其特征在于，所述牙掌(310)的一侧均匀的设置有若干PDC齿(221)。
6.根据权利要求1所述的一种具有防卡钻结构的钻头，其特征在于，所述牙轮齿(321)为锥型齿、球形齿或勺形齿中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种具有防卡钻结构的钻头，其特征在于，所述钻头本体(100)上开设有喷嘴(250)，所述喷嘴(250)布置在所述排屑槽(230)靠近钻头顶部位置。
8.根据权利要求1所述的一种具有防卡钻结构的钻头，其特征在于，所述牙掌(310)上开设有滚珠注入孔(312)，所述滚珠注入孔(312)内设置有滚珠(3121)，所述滚珠(3121)与所述牙轮(320)形成轴承副连接。
9.根据权利要求1所述的一种具有防卡钻结构的钻头，其特征在于，所述切削本体(200)与所述防卡钻机构(300)之间既可采用焊接方式固定连接，也可采用机械连接方式固定连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |