CN114941502A - 一种井下泥包检测与可流量调节自解的pdc智能钻头 - Google Patents

Abstract

本申请属于开采设备技术领域，特别是涉及一种井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头。现有的钻头成本高可实施性较低。本申请提供了一种智能钻头，包括钻头主体，钻头主体内设置有泥浆通道，泥浆通道、流量传感器和流量脉冲调节器依次连接，流量传感器和流量脉冲调节器均与控制器连接；泥浆通道包括连接的密封部和流通部，流量传感器和流量脉冲调节器均设置于密封部；流通部外侧设置有控制短节，控制短节内设置有相互连通的第一仓储腔和第二仓储腔，第一仓储腔与第一压力平衡仓连通，第二仓储腔与第二压力平衡仓连通，第一压力平衡仓和第二压力平衡仓设置于控制短节内，控制器设置于第一仓储腔内，第一压力平衡仓和第二压力平衡仓内均设置有压力平衡组件。防止/解除钻头泥包。

Description

一种井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头

技术领域

本申请属于开采设备技术领域，特别是涉及一种井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头。

背景技术

PDC钻头英文:Polycrystalline Diamond Compact bit聚晶金刚石复合片钻头的简称。随着PDC生产技术的提高和PDC钻头设计制造技术的进步，其应用越来越广泛。据统计，在石油开采中，大约所钻地层中的60％～80％是泥页岩类地层。PDC钻头在水基钻井液的环境下，钻进泥页岩地层时，由于地层粘土矿物含量较高(约30％～60％)，泥质岩屑容易水化膨胀具有粘性，极易粘结于PDC切削齿及钻头表面，频繁地造成钻头泥包现象。钻头发生泥包时，由于切削齿上粘附大量的泥质岩切屑，一方面，切削齿不能直接接触地层，影响破岩效率，导致机械钻速下降；另一方面，钻井液不能有效冷却切削齿，导致切削齿寿命下降；因此，泥包钻头严重影响了钻井及建井周期，导致大量的时间损失和额外材料的浪费，大大增加了钻井成本。另外，钻头泥包会使钻头像油缸内的活塞似地工作，在起下钻时易导致压力波动和抽吸压力，甚至在起钻时诱发井涌或井喷。因此需要在PDC钻头结构上进行智能化改进。

目前对于PDC钻头泥包卡钻问题的有效解决方法，大多数都是在钻井液改进与钻井工艺上来降低泥包钻问题，从钻头出发来防治的方法大多是优化水力参数，一定程度上增加了钻井成本；在PDC钻头结构上处理泥包卡钻一系列问题中，目前研究大多是在钢体位置添加弹簧结构，不仅降低了钻头刚度强度也使其产生了额外的振动，造成PDC钻头的有效寿命大幅度降低，可实施性较低。

发明内容

1.要解决的技术问题

基于目前对于PDC钻头泥包卡钻问题的有效解决方法，大多数都是在钻井液改进与钻井工艺上来降低泥包钻问题，从钻头出发来防治的方法大多是优化水力参数，一定程度上增加了钻井成本；在PDC钻头结构上处理泥包卡钻一系列问题中，目前研究大多是在钢体位置添加弹簧结构，不仅降低了钻头刚度强度也使其产生了额外的振动，造成PDC钻头的有效寿命大幅度降低，可实施性较低的问题，本申请提供了一种井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头。

2.技术方案

为了达到上述的目的，本申请提供了一种井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，包括钻头主体，所述钻头主体内设置有泥浆通道，所述泥浆通道与流量传感器连接，所述流量传感器与流量脉冲调节器连接，所述流量传感器与控制器连接，所述流量脉冲调节器与所述控制器连接；所述泥浆通道包括依次连接的密封部和流通部，所述流量传感器设置于所述密封部，所述流量脉冲调节器设置于所述密封部；所述流通部外侧设置有控制短节，所述控制短节内设置有相互连通的第一仓储腔和第二仓储腔，所述第一仓储腔与第一压力平衡仓连通，所述第二仓储腔与第二压力平衡仓连通，所述第一压力平衡仓设置于所述控制短节内，所述第二压力平衡仓设置于所述控制短节内，所述控制器设置于所述第一仓储腔内，所述第一压力平衡仓内设置有压力平衡组件，所述第二压力平衡仓内设置有所述压力平衡组件。

本申请提供的另一种实施方式为：密封部与所述流通部之间设置有隔绝板。

本申请提供的另一种实施方式为：所述第二仓储腔内设置有高温电池。

本申请提供的另一种实施方式为：所述压力平衡组件包括依次连接的活塞、弹簧和弹簧座，所述弹簧座与所述控制短节连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述活塞内设置有第三密封件，所述活塞上设置有凹槽，所述凹槽内填充有高温硅脂。

本申请提供的另一种实施方式为：所述第一仓储腔上设置有第一仓储腔盖，所述第一仓储腔盖与所述控制短节之间设置有第一密封件，所述第二仓储腔上设置有第二仓储腔盖，所述第二仓储腔盖与所述控制短节之间设置有第二密封件。

本申请提供的另一种实施方式为：所述泥浆通道上设置有水眼，所述水眼一端与喷嘴连接，所述水眼另一端与所述流量传感器连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述泥浆通道上设置有排屑槽，所述排屑槽与所述流量传感器连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述第一仓储腔盖于所述控制短节通过密封螺钉连接，所述第二仓储腔盖与所述控制短节通过所述密封螺钉连接，所述第一仓储腔上设置有第一油孔，所述第二仓储腔上设置有第二油孔，所述第一油孔与所述第一压力平衡仓连通，所述第二油孔与所述第二压力平衡仓连通。

本申请提供的另一种实施方式为：所述流量传感器为霍尔传感器，声光传感器或压力传感器。

3.有益效果

与现有技术相比，本申请提供的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头的有益效果在于：

本申请提供的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，为一种井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头。

本申请提供的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，时时检测调整各孔位流量情况，随钻过程中有效预防钻头泥包堵塞水眼，并可在泥包情况下调整水力流量方式有效解除钻头泥包，恢复正常钻进；水眼流量及水力参数正常，有效冲刷排屑槽，也有效为钻头上具晶金刚石复合片降温；此过程保障了有效钻进，也避免了钻头泥包停钻或接单根时进行的特殊处理。

本申请提供的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，水眼数据以时间轴方式储存到芯片，可为后续PDC钻头水力参数及机械钻速的研究提供工程数据参考。

本申请提供的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，钻头主体与现应用中PDC钻头基本一致，保持了通用的排屑槽、刀翼等参数设计选取的一致性，可简单加以修改，安装水眼流量传感器、水眼流量脉冲调节器及控制短节等。

本申请提供的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，压力平衡装置的设计结构巧妙，可保障井下电子元器件的压力环境；压力平衡装置结构也可根据具体要求，在强度等参数允许下可改变形状，调整平衡压力的能力。

本申请提供的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，水力流量调节的设计方式可根据需求以编程的方法调整水眼流量脉冲调节器挡位，以不同的挡位组合设计出所需的流量频率，根据井下不同的情况实现不同的流量方式，更好的应对井下复杂环境，提供有效的水力参数，防止/解除钻头泥包。

附图说明

图1是本申请的压力平衡位置剖视示意图；

图2是本申请的水眼位置剖视示意图；

图3是本申请的智能钻头结构示意图；

图4是本申请的流量控制系统电路示意图；

图5是本申请的智能钻头主视示意图；

图6是本申请的压力平衡第二位置示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。

由于易泥包软地层中所选PDC钻头锥角小，具晶金刚石复合片受力不均匀，摩擦热集中，智能化控制水力参数尤为重要。

参见图1～6，本申请提供一种井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，包括钻头主体，所述钻头主体内设置有泥浆通道，所述泥浆通道与流量传感器172连接，所述流量传感器172与流量脉冲调节器173连接，所述流量传感器172与控制器7连接，所述流量脉冲调节器173与所述控制器7连接。

控制器7安装有微机芯片和储存芯片，有数据处理及数据存储功能，配合有信号传输线与其它部分信号传输。

工作中钻井液由泥浆通道流入钻头主体内部，流经流量传感器172时，流量传感器172采集流量信号，并将流量信号传输至控制器7，控制器7对信号进行处理，根据处理后的信号调节流量脉冲调节器173，若泥浆通道处于泥包状态或流量异常，此位置流量脉冲调节器173变换挡位产生既定规律，控制水孔流量大小，产生高压水力，其余位置处于既定挡位的状态。直到泥包解除即出口流量正常。

进一步地，所述泥浆通道包括依次连接的密封部和流通部，所述流量传感器172设置于所述密封部，所述流量脉冲调节器173设置于所述密封部。

流量脉冲调节器173及流量传感器172另一端密封连接隔绝板3上对应孔位，隔绝板3固定安装于钻头主体内置泥浆通道，将钻头主体内置泥浆通道分成两部分，装有流量脉冲调节器173及流量传感器172泥浆通道部分腔体内填满特殊制备胶。

进一步地，所述流通部外侧设置有控制短节4，所述控制短节4内设置有相互连通的第一仓储腔和第二仓储腔，所述第一仓储腔与第一压力平衡仓连通，所述第二仓储腔与第二压力平衡仓连通，所述第一压力平衡仓设置于所述控制短节4内，所述第二压力平衡仓设置于所述控制短节4内，所述控制器7设置于所述第一仓储腔内，所述第一压力平衡仓内设置有压力平衡组件，所述第二压力平衡仓内设置有所述压力平衡组件。

第一仓储腔与第二仓储腔有穿线孔垂直连通。所述的钻头主体与控制短节4固定连接，控制短节4与钻头主体内都有穿线孔，二者连接后穿线孔对应相通。所述控制短节4前端外部有键槽，控制短节4与钻头主体由锥螺纹连接后，控制短节4前端外部键槽与钻头主体外部键槽位置可对应，此时控制短节4穿线孔个数与钻头主体穿线孔个数一致且相通，穿线孔靠近仓储腔位置加工有安装信号传输承压密封件的螺纹段及密封段，由信号传输承压密封件隔绝与仓储腔的连通；所述控制短节4上有两个仓储腔，仓储腔后端有多个油孔，上下均匀布置，油孔与压力平衡仓连通；仓储腔内部注满硅油；所述控制短节4内部为标准泥浆通道；所述控制短节4安装高温电池的仓储腔后端装有信号传输承压密封件，信号传输承压密封件安装处有穿线孔直通控制短节外锥螺纹端面。

进一步地，所述压力平衡组件包括依次连接的活塞10、弹簧12和弹簧座13，所述弹簧座13与所述控制短节4连接。

所述两套压力平衡组件分别装于对应控制短节4压力平衡仓内，所述弹簧12一端固定于活塞10上，活塞10上前端装有高温密封件，活塞10上凹槽填满高温硅脂，弹簧12另一端固定于弹簧座13，弹簧座13由不锈钢螺钉16固定于控制短节4上。

进一步地，所述活塞10内设置有第三密封件11，所述活塞10上设置有凹槽，所述凹槽内填充有高温硅脂。

进一步地，所述第一仓储腔上设置有第一仓储腔盖，所述第一仓储腔盖与所述控制短节4之间设置有第一密封件9，所述第二仓储腔上设置有第二仓储腔盖，所述第二仓储腔盖与所述控制短节4之间设置有第二密封件。这里的第一仓储腔盖与第二仓储腔盖均为仓储腔盖6，仓储腔盖6上安装有高温密封件即第一密封件9或者第二密封件，与控制短节4之间构成密封关系。

进一步地，所述泥浆通道上设置有水眼，所述水眼一端与喷嘴15连接，所述水眼另一端与所述流量传感器172连接。

钻头主体内置泥浆通道、上置泥浆水眼若干，水眼出口处螺纹连接喷嘴15，水眼入口处连接流量脉冲调节器173及流量传感器172，流量脉冲调节器173及流量传感器172由信号传输线连接此信号传输线由钻头主体内穿线孔连接至控制短节4穿线孔，并与信号传输承压密封件一端连接；所述信号传输承压密封件安装于控制短节4穿线孔与末端，信号传输承压密封件两端分别由连接信号传输线连接，一端连接至流量脉冲调节器173及流量传感器172，一端连接至控制器7；所述控制短节4上设有两仓储腔，两仓储腔有穿线孔相同，两仓储腔分别安装的控制器7及高温电池由高温漆包线相接，两仓储腔位置安装有仓储腔盖6，安装高温电池的仓储腔有穿线孔至控制短节4端面并安装有信号传输承压密封件，所述控制短节4上设有两压力平衡仓，压力平衡仓有油孔与仓储腔相通，所述的压力平衡组件安装于压力平衡仓内。

所述流量传感器172及流量脉冲调节器173固定连接，数量与钻头主体水眼数量对应相同，流量传感器172出口固定于钻头主体水眼入口处，流量传感器172入口固定于流量脉冲调节器173出口处，流量脉冲调节器173入口外圈有高温密封件与隔绝板3密封配合安装，安装及布线完成后，钻头主体内部与隔绝板3之间剩余空腔填满特殊制备胶以固定各流量传感器172及流量脉冲调节器173位置；所述流量传感器172可为霍尔传感器，声光传感器或压力传感器等，位置不限于水眼位置，如排屑槽位置等，功能为检测是否钻头产生泥包或将产生泥包的信号转为电信号。

工作中钻井液由泥浆通道流入钻头主体内部，流经隔绝板3时分流到每个流量传感器172入口，采集流量信号，由信号传输线传输到控制短节4内的控制器7，储存芯片将数据存储，微机芯片根据既定的程序将数字信号处理输出到数模转换器，从而调节每个流量脉冲调节器173挡位。此时若某水眼处于泥包状态或流量异常，此位置流量脉冲调节器173变换挡位产生既定规律，控制水孔流量大小，产生高压水力，其余各孔位处于既定挡位的状态。直到泥包解除即出口流量正常方完全打开所有水眼。

进一步地，所述泥浆通道上设置有排屑槽，所述排屑槽与所述流量传感器12连接。

钻头主体包括钢体2、冠部1，所述冠部1镶装具晶金刚石复合片，侧面镶装保径材料，其上有排屑槽、水眼，喷嘴15安装于水眼出水口；所述钢体2内部有泥浆通道，另一端为外锥螺纹与控制短节4螺纹连接，并加不可拆连接；隔绝板3安装于钢体2内部，有与冠部1水眼相对应孔，隔绝板3外沿与钢体2内部孔连接。

进一步地，所述第一仓储腔盖于所述控制短节4通过密封螺钉8连接，所述第二仓储腔盖与所述控制短节通过所述密封螺钉8连接，所述第一仓储腔上设置有第一油孔，所述第二仓储腔上设置有第二油孔，所述第一油孔与所述第一压力平衡仓连通，所述第二油孔与所述第二压力平衡仓连通。

仓储腔盖6上有可安装锥面螺纹的螺纹孔位，安装特质锥面密封螺钉8、安装注油嘴，控制短节4上仓储腔内外压差在5MPa时，特质锥面密封螺钉可断裂，打开此孔，遇到不可控压力差时，具体如，内部与外部压力差大于5MPa时候，密封螺钉8强度失效或者断裂，密封失效，内外液体交互，内外压力达到平衡，起到保护整体结构不被压坏的作用。所述的仓储腔盖四个边角处有沉孔，仓储腔盖6安装于控制短节4时以螺钉固定。

在使用前需要对其内部注油，注满油后将注油嘴拿掉换上密封螺钉8。

实施例

钻头主体与控制短节4通过锥螺纹连接，根据具体密封性要求将其焊接连接，控制短节4与钻头主体内都有穿线孔，二者连接后穿线孔对应相通，钻头主体内置泥浆通道、钻头钢体2置泥浆水眼若干，水眼出口处螺纹连接喷嘴15，水眼入口处连接流量脉冲调节器173及流量传感器172，流量脉冲调节器173及流量传感器172另一端密封连接隔绝板3上对应孔位，隔绝板3固定安装于钻头主体内置泥浆通道，将钻头主体内置泥浆通道分成两部分，装有流量脉冲调节器173及流量传感器172泥浆通道部分腔体内填满特殊制备胶，流量脉冲调节器173及流量传感器172由信号传输线连接，此信号传输线由钻头主体内穿线孔连接至控制短节4穿线孔，并与信号传输承压密封件一端连接；所述信号传输承压密封件安装于控制短节穿线孔与末端，信号传输承压密封件两端分别由连接信号传输线连接，一端连接至流量脉冲调节器173及流量传感器172，一端连接至控制器7；所述控制短节4上设有两仓储腔，两仓储腔有穿线孔相同，两仓储腔分别安装的控制器7及高温电池由高温漆包线相接，两仓储腔位置安装有仓储腔盖6，安装高温电池的仓储腔有穿线孔至控制短节端面并安装有信号传输承压密封件，所述控制短节4上设有两压力平衡仓，压力平衡仓有油孔与仓储腔相通，所述的压力平衡组件安装于压力平衡仓内。

所述钻头主体的钢体2水眼入口处可通过固定连接眼流量脉冲调节器173及流量传感器172，此流量脉冲调节器173及流量传感器172信号传输线由钢体2穿入钢体2的穿线孔。将控制短节4与钻头主体螺纹连接，距离旋紧剩余一扣时将此信号传输线与控制短节4孔内信号传输线焊接并在焊点外部热缩一定长度热缩管进行绝缘，进一步地旋紧两件。

所述信号传输线在控制短节4孔位与信号传输承压密封件一端焊接，此时应测量绝缘性，信号传输承压密封件另一端用信号传输线连接至控制器7；控制器7包含微机芯片(如单片机，由时钟提供单片机工作频率)、储存芯片、数字电源、模拟电源、数模转换器等电子元器件，由程序处理采集的信号来发出预期的信号控制流量脉冲调节器173挡位，实现流量脉冲调节器173出口流量，实现预期水力流量；

安装完成流量脉冲调节器173及流量传感器172后，将隔绝板3内部孔位对准流量脉冲调节器173入口处安装，同时尽量填满特殊制备胶以固封，隔绝板3边沿与钻头钢体2内孔边沿焊接以隔绝。

所述的仓储腔盖6上安装有高温密封件，与控制短节4之间构成密封关系，仓储腔盖6上有可安装锥面螺纹的螺纹孔位，安装特质锥面密封螺钉/安装注油嘴，控制短节4上仓储腔内外压差在5MPa时，特质锥面密封螺钉可断裂，打开此孔，仓储腔盖6四个边角处有沉孔，仓储腔盖6安装于控制短节时以螺钉固定。

所述两套压力平衡组件分别装于对应控制短节4压力平衡仓内，包括活塞10、弹簧12、高温密封件、弹簧座13及高温硅脂；所述弹簧12一端固定于活塞10上，活塞10上前端装有高温密封件，活塞10上凹槽填满高温硅脂，弹簧12另一端固定于弹簧座13，弹簧座13由不锈钢螺钉16固定于控制短节4上。

所述流量传感器172及流量脉冲调节器173固定连接，数量与钻头主体水眼数量对应相同，流量传感器172出口固定于钻头主体水眼入口处，流量传感器172入口固定于流量脉冲调节器173出口处，流量脉冲调节器173入口外圈有高温密封件与隔绝板3密封配合安装，安装及布线完成后，钻头主体内部与隔绝板3之间剩余空腔填满特殊制备胶以固定各流量传感器172及流量脉冲调节器位置173。

所述控制短节4前端外部有键槽，控制短节4与钻头主体由锥螺纹连接后，控制短节4前端外部键槽与钻头主体外部键槽位置可对应，此时控制短节4穿线孔个数与钻头主体穿线孔个数一致且相通，穿线孔靠近仓储腔位置加工有安装信号传输承压密封件的螺纹段及密封段，由信号传输承压密封件隔绝与仓储腔的连通；所述控制短节4上有两个仓储腔，仓储腔后端有多个油孔，上下均匀布置，油孔与压力平衡仓连通；仓储腔内部注满硅油；所述控制短节4内部为标准泥浆通道；所述控制短节4安装高温电池的仓储腔后端装有信号传输承压密封件，信号传输承压密封件安装处有穿线孔直通控制短节外锥螺纹端面。

钻头主体包括钢体2、冠部1，所述冠部1镶装具晶金刚石复合片，侧面镶装保径材料，其上有排屑槽、水眼，喷嘴15安装于水眼出水口；所述钢体2内部有泥浆通道，另一端为外锥螺纹与控制短节4螺纹连接，并加不可拆连接；隔绝板3安装于钢体2内部，有与冠部1水眼相对应孔，隔绝板3外沿与钢体2内部孔连接。

钻头主体与控制短节4固定连接并为流量传感器172及流量脉冲调节器173布线，其具体过程如下：

S101、控制短节4线孔设计：根据PDC钻头使用环境选择具体参数进行钻头主体加工，根据所选水眼数量，于钻头主体端面分度加工所需穿线孔；于扭力机上，根据设计扭矩将钻头主体与尚未加工穿线孔的控制短节对接安装，并于钻头主体外壁与控制短节4外壁一体加工键槽，用于定位；拆下控制短节4，根据键槽位置，按照钻头主体端面的孔位于控制短节4上分度加工所需穿线孔；

S102、控制短节4与钻头主体安装：控制短节4与钻头主体于扭力机上以设计扭矩安装，而后安装流量传感器172及流量脉冲调节器173并为流量传感器172及流量脉冲调节器173布线，线一端与信号传输承压密封件连接，而后于钻头主体内孔处填充特殊制备胶，选取高温密封件，对应孔位安装隔绝板3，并将隔绝板3外沿与钻头主体内壁固定连接；

控制器7及高温电池设计安装，其具体过程如下：

S201、控制器7设计安装：为控制器7焊装所需电子元器件，根据钻头泥包前后，各水眼流量控制的既定实现功能，设计信号处理程序存入到控制器7上的微机芯片，并为控制器7布线，最终安装于控制短节4中的仓储腔内；

S202、高温电池及其余部件安装：根据控制器7及随钻发电装置设计所需高温电池，并布线安装，仓储腔盖6选取合适高温密封件，最终固定安装仓储腔盖6；

压力平衡组件安装，其具体过程如下：

S301、压力平衡组件安装：压力平衡组件组装后在活塞10凹槽处填满所选硅脂，安装所选高温密封件，最后将压力平衡组件固定安装于控制短节4内；随钻时，外部泥浆可进入压力平衡仓孔，对活塞10进行调节，进而调节内部压力；高温硅油热膨胀性计算选取，从而确定弹簧12长度及刚度等参数，若对弹簧12刚度要求不同，可将弹簧座13改小，端面加孔，将弹簧座13固定于压力平衡仓内壁上，将活塞10上弹簧12固定柱修改至密封圈端，此时选用间距小，线径大弹簧12，注油完成时弹簧12处于拉伸状态，弹簧12注油完成时弹簧12处于略压缩状态。

S302、根据控制短节4内外设计压差、钻头工作的地质环境及压力平衡活塞10滑道选取所注入的硅油，整体结构在常温常压下平放，仓储腔一上一下，从上部仓储腔盖孔排气抽真空，下部仓储腔盖孔注油，并循环至无气泡，进一步地将上部孔安装特质锥面密封螺钉，螺钉需在螺纹部缠绕一定的生料带(下部螺钉同)，下部继续注油至活塞10到达指定行程，安装特质锥面密封螺钉。此特质锥面密封螺钉中径根据内外压差设计，起到保险作用。

在钻井时钻头主体首先下入井内，外锥螺纹部与其它钻具相连接。钻井液由内部泥浆流道流入，当流经隔绝板3时分流到6个流量脉冲调节器173的入口(此处举例为6个水眼)，入口位置流量传感器172可将其转换为电信号，此信号由信号传输线经过钻头主体穿线孔及控制短节穿线孔传输到信号传输承压密封件5(此处选用陶瓷焊接密封插针)，陶瓷焊接密封插针5另一端由信号传输线连接控制器7，此时控制器7中的储存芯片以时间轴形式储存此信息，控制器7上的微机芯片根据既定的程序将数字信号时时处理并输出到数模转换器，若某孔位或某几个孔位流量较小甚至泥包堵塞时，此时的精准的控制6个分别有多个挡位的流量脉冲调节器173(此处选取8挡位电磁阀)，未发生堵塞水孔处电磁阀到第4挡位，为其余水口产生水力高压准备，堵塞处水孔以程序所设置的频率调节电磁阀8个挡位，进而产生高压水力脉冲由喷嘴15流出，清除泥包堵塞，若钻头完全泥包堵塞，则随机选取一个水眼产生高压水力，首先清除一个泥包堵塞水眼，在逐步解堵，直至所有水眼流量恢复正常。

所述压力平衡组件主要作用为保障控制短节4及仓储腔内部所安装部件不被外部钻井泥浆压溃。具体的弹簧12一端固定于活塞10，另一端固定于弹簧座13，弹簧座13由特制不锈钢螺钉16固定于控制短节4的压力平衡仓底部，活塞10上由第三密封件11(此处选取氟橡胶密封圈)隔绝两端流体，活塞10上凹槽填满高温硅脂18保障压力调解时的顺畅性。压力平衡仓前端由油孔与仓储腔连通，仓储腔与孔道由信号传输陶瓷焊接密封插针相隔绝，盛放控制器的仓储腔与盛放电池的仓储腔由垂直孔道相连接。仓储腔盖6由不锈钢螺钉固定于控制短节上，仓储腔盖6上安装第一密封件9(此处选取氟橡胶密封圈)以隔绝仓储腔内部高温硅油及外部钻井泥浆，仓储腔盖6上有锥面密封螺纹孔，用于下井前常温常压环境下注入高温硅油，另一孔排除空气，注入完毕旋紧特质锥面密封螺钉8，此特质锥面密封螺钉螺纹处缠绕一定量生料带，此特质锥面密封螺钉中径根据内外压差设计，起到保险作用，当特殊压力情况时可自行断裂打通孔道，达到内外压力平衡。下井前注满硅油时压力应把弹簧12略微压缩至设计范围，此时活塞10处于初始位置，当井下泥浆压力与内部压力不等时，外部泥浆由钻铤短节上泥浆孔流入推动活塞向前移动，压缩高温硅油为内部提供压力以平衡掉外部压力，保障控制短节内部所有器件不被破坏。可以理解，此处所述高温硅油可为二甲基硅油等；所述活塞滑行距离可由井下环境及硅油热膨胀系数等数据确定，不限制本专利应用范围；所述压力平衡组件可根据离心力要求设置为环形等，此处形状不限制本专利应用范围；所述弹簧刚度及材料等参数亦不限制本专利应用范围，特别说明本申请主要介绍了注油完成时弹簧10处于压缩状态(参照图1)，若对弹簧刚度要求不同，可参照图6所示，将弹簧座13结构改变，端面加孔，将弹簧座13固定于压力平衡仓内，将活塞10上弹簧12固定柱修改至与仓储腔相通孔道一端，此时选用用间距小，线径大弹簧，注油完成时弹簧处于拉伸状态。

本申请中的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，具备钻头水眼流量检测及参数存储的功能，兼具各水眼精准水力流量控制的功用，相比现有解除及预防钻井中泥包钻头的方案，提供了一种智能化自解钻头泥包方法。整体结构与现有PDC钻头兼容性好，降低了成本；也为进一步研究钻头泥包时的井下真实水力流量参数提供了数据来源，水力流量参数可用程序实现更准确控制。

尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。

Claims (10)

1.一种井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，其特征在于：包括钻头主体，所述钻头主体内设置有泥浆通道，所述泥浆通道与流量传感器连接，所述流量传感器与流量脉冲调节器连接，所述流量传感器与控制器连接，所述流量脉冲调节器与所述控制器连接；所述泥浆通道包括依次连接的密封部和流通部，所述流量传感器设置于所述密封部，所述流量脉冲调节器设置于所述密封部；所述流通部外侧设置有控制短节，所述控制短节内设置有相互连通的第一仓储腔和第二仓储腔，所述第一仓储腔与第一压力平衡仓连通，所述第二仓储腔与第二压力平衡仓连通，所述第一压力平衡仓设置于所述控制短节内，所述第二压力平衡仓设置于所述控制短节内，所述控制器设置于所述第一仓储腔内，所述第一压力平衡仓内设置有压力平衡组件，所述第二压力平衡仓内设置有所述压力平衡组件。

2.如权利要求1所述的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，其特征在于：密封部与所述流通部之间设置有隔绝板。

3.如权利要求2所述的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，其特征在于：所述第二仓储腔内设置有高温电池。

4.如权利要求3所述的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，其特征在于：所述压力平衡组件包括依次连接的活塞、弹簧和弹簧座，所述弹簧座与所述控制短节连接。

5.如权利要求4所述的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，其特征在于：所述活塞内设置有第三密封件，所述活塞上设置有凹槽，所述凹槽内填充有高温硅脂。

6.如权利要求3所述的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，其特征在于：所述第一仓储腔上设置有第一仓储腔盖，所述第一仓储腔盖与所述控制短节之间设置有第一密封件，所述第二仓储腔上设置有第二仓储腔盖，所述第二仓储腔盖与所述控制短节之间设置有第二密封件。

7.如权利要求1所述的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，其特征在于：所述泥浆通道上设置有水眼，所述水眼一端与喷嘴连接，所述水眼另一端与所述流量传感器连接。

8.如权利要求1所述的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，其特征在于：所述泥浆通道上设置有排屑槽，所述排屑槽与所述流量传感器连接。

9.如权利要求3所述的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，其特征在于：所述第一仓储腔盖于所述控制短节通过密封螺钉连接，所述第二仓储腔盖与所述控制短节通过所述密封螺钉连接，所述第一仓储腔上设置有第一油孔，所述第二仓储腔上设置有第二油孔，所述第一油孔与所述第一压力平衡仓连通，所述第二油孔与所述第二压力平衡仓连通。

10.如权利要求1～9中任一项所述的井下泥包检测与可流量调节自解的PDC智能钻头，其特征在于：所述流量传感器为霍尔传感器，声光传感器或压力传感器。

Images