CN202325250U - 一种塑性地层钻井钻具结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种塑性地层钻井钻具结构，包括依次连接的双心PDC钻头、螺旋钻铤、随钻震击器、加重钻杆和钻杆，所述的双心PDC钻头包括领眼钻头和扩眼刀翼，所述的灵验钻头和扩眼刀翼是同轴的，扩眼刀翼包括本体和切削部，切削部偏心布置在本体的侧面，扩眼刀翼的轴心是所述双心PDC钻头的通过轴心，偏离扩眼刀翼的本体轴心，在领眼钻头和扩眼刀翼的底面布置有PDC切削单元，在领眼钻头和扩眼刀翼的侧面布置有保径齿，在扩眼刀翼的顶部与侧面转角部位布置哟1-2个切削齿作为倒划眼齿。本实用新型采用PDC钻头可以大大提高机械钻速。从而提高钻井时效和安全性，在塑性地层厚度很大时还可以减少套管层次。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种在矿物勘探开发钻井中，在塑性地层中安全钻进的下部钻具结构。
背景技术
在矿物勘探和开发钻井中，下部钻具结构一般由钻头、接头（或稳定器）、钻铤、（稳定器）、钻铤、接头、加重钻杆、钻杆从下而上顺次连接构成。在塑性地层钻进中，新钻出的井眼的直径等于或略大于钻头直径。当钻进一段时间后，由于地层塑性以及井筒内外力学平衡关系变化，已经钻成的井眼会缩径，直径变小，从而导致上提遇阻和卡钻，严重时可能导致井眼报废。所以在塑性地层钻进中，为保证安全，一般采用切削部件可活动、通过能力强的牙轮钻头，与接头、螺旋钻铤、接头、加重钻杆、钻杆从下而上连接构成的下部钻具结构，采用高密度钻井液平衡井筒压力条件下试钻、反复划眼、短起下钻、定期扩眼、缩短裸眼段长和裸眼时间等办法钻井。
由于不采用无活动部件、通过能力差但适合塑性地层快速钻进的PDC钻头，高钻井液密度压持应力高，因此机械钻速低；采取试钻、反复划眼、短起下钻、定期扩眼等工艺措施，需要花费大量作业时间，有效进尺时效低，钻进效率低；采用牙轮钻头因缩径上提遇阻时，倒划眼没有切削能力，难以破坏缩径，容易卡钻，乃至报废井眼；缩短裸眼段长需要更多的套管层次，钻井成本高。因此，塑性地层钻井一直是钻井界的难题。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种矿物勘探开发钻井中，在塑性地层中能安全钻进的下部钻具结构，本实用新型能克服常用的钻具结构所钻的井眼接近钻头尺寸，已钻井眼的地层发生塑性变形后容易缩径，造成阻卡的技术问题，还能解决为防止阻卡而采用高密度钻井液、试钻、反复划眼、短起下钻、定期扩眼，遇阻卡时没有倒划眼能力，容易造成卡钻和井眼报废，不能一次钻穿长段塑性地层的技术问题。
本实用新型是通过采用下述技术方案实现的：
一种塑性地层钻井钻具结构，其特征在于：包括依次连接的双心PDC钻头、螺旋钻铤、随钻震击器、加重钻杆和钻杆，所述的双心PDC钻头包括领眼钻头和扩眼刀翼，所述的领眼钻头和扩眼刀翼是同轴的，扩眼刀翼包括本体和切削部，切削部偏心布置在本体的侧面，扩眼刀翼的轴心是所述双心PDC钻头的通过轴心，偏离扩眼刀翼的本体轴心，在领眼钻头和扩眼刀翼的底面布置有PDC切削单元，在领眼钻头和扩眼刀翼的侧面布置有保径齿，在扩眼刀翼的顶部与侧面转角部位布置哟1-2个切削齿作为倒划眼齿。
所述领眼钻头和扩眼刀翼是一体的。
所述的领眼钻头和扩眼刀翼是两个独立的部件，领眼钻头和扩眼刀翼之间通过钻杆螺纹连接。
所述的领眼钻头和扩眼刀翼是两个独立的带螺纹的部件，领眼钻头和扩眼刀翼之间通过有钻杆螺纹的接头连接。
在起下钻和划眼时，钻头绕公转轴心旋转，其直径为公称（通过）直径D；当钻进时，领眼钻头先钻出领眼d后，受到领眼井壁的限制，钻头只能绕领眼钻头的轴心偏心旋转，迫使扩眼刀翼在旋转中侧向切削地层形成稳定井底，在钻压和转速作用下，扩眼刀翼底部的切削齿稳定地切削地层，钻出比公称直径更大的井眼D1；倒划眼时，扩眼刀翼顶部的倒划眼齿可以切削地层，破坏缩径，使井眼恢复到公称直径D，保证钻头通过。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果表现在：
本实用新型使用了适合塑性地层的PDC钻头，钻井速度快，所钻出的井眼比钻头公称直径大，具有倒划眼能力，钻具通过能力强，阻卡和报废几率降低，钻井安全性和效率大大提高。在遇到塑性地层时，可以给地层塑性变形留有一定的井眼空间，让地层产生一定的缩径释放应力，而不至于发生阻卡。因此可以使用密度略低的钻井液，减少压持效应和三轴围压，提高钻井速度。可以省去试钻的等待时间、减少划眼时间、延长短起下钻和扩眼周期，从而提高进尺时效。使用PDC钻头，提高钻井速度，缩短钻井时间，也就缩短了地层塑性变形时间，在保证安全的情况下可以钻出更长的井段，可以减少套管层次。钻头上有倒划眼齿，提高遇阻时的处理能力，减少井眼报废几率。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明，其中：
图1为本实用新型的结构示意图
图2为图1中双心PDC钻头的具体结构示意图
图中标记：
1、双心PDC钻头；2、螺旋钻铤；3、随钻震击器；4、加重钻杆；5、钻杆；6、领眼钻头；7、扩眼刀翼；8、倒划眼齿，9、实际钻井井眼，10、通过轴心，11、井眼轴心。
具体实施方式
如图1所示，本实施例由双心PDC钻头1、螺旋钻铤2、随钻震击器3、加重钻杆4、钻杆5由下而上顺次连接构成。
其中的双心PDC钻头1、螺旋钻铤2、随钻震击器3、加重钻杆4、钻杆5都制作有标准的钻杆螺纹，连接时按照常规的钻具上扣方式连接。
双心PDC钻头1由领眼钻头6和扩眼刀翼7组成。领眼钻头6和扩眼刀翼7可以是一体的，也可以是两个独立结构用螺纹连接。其中的扩眼刀翼7的本体与领眼钻头6是同轴的，但其切削部件偏心布置在本体侧面，其整体轴心是双心PDC钻头1的通过轴心，偏离领眼钻头轴心即其本体轴心。领眼钻头6的直径为d，扩眼刀翼与其本体形成的截面直径为D，也是双心PDC钻头1的通过直径。领眼钻头6和扩眼刀翼7的底面布置有PDC切削单元，在其侧面布置有保径齿，在扩眼刀翼7的顶部与侧面转角部位布置1~2个切削齿作为倒划眼齿8。
如图1所示，本实施例的安装过程是：
1、将双心PDC钻头1的领眼朝下竖立，上端接头螺纹与螺旋钻铤2的下端螺纹连接，上扣到规定扭矩。如果双心PDC钻头1和螺旋钻铤2的螺纹扣型不同，则增加一个配合接头将两者连接。
2、将双心PDC钻头1下放入井，按照钻井工艺要求，下入足够长度的螺旋钻铤2；在螺旋钻铤2后面连接随钻震击器3。如果两者的螺纹扣型不同，可以增加配合接头。
3、在随钻震击器3后面连接加重钻杆4。加重钻杆4的长度由钻井工艺要求确定。
4、在加重钻杆后面连接钻杆。下钻到双心PDC钻头1能够触及井底，然后接上方钻杆或顶驱，完成装配。
本实施例的工作原理是：在下钻、起钻和划眼时，由于钻具的弹性变形，钻头沿扩眼刀翼7的型心运动，其通过直径D为扩眼刀翼7的整体外径，也是双心PDC钻头的公称直径。即，在不小于D的井眼里，可以下入双心PDC钻头1。
当下钻到井底，旋转钻具开始钻进后，只要进尺超过领眼钻头6到扩眼刀翼7下端面的距离，形成新的井底，因领眼钻头6所钻出的新井眼井壁，与领眼钻头6的侧面保径部分紧贴，产生侧向力，强迫整个双心PDC钻头1绕着领眼钻头6的轴心旋转。而扩眼刀翼7绕领眼钻头6的轴心转动时，就对井壁进行侧向切削，形成一个大于通过直径D的井眼D1。当形成了台阶形的新井眼后，在钻压作用下，领眼钻头6和扩眼钻头7的主要受力和切削部位都转移到各自的底面的切削单元上，从而使钻进过程接近一般的PDC钻头，实现快速钻进。而钻出的井眼直径大于双心PDC钻头1的通过直径D，保证井眼与钻具、钻头的间隙较大。
在塑性地层被钻开后，因原有的应力，会造成井壁发生塑性变形，发生井眼缩径。缩径速度与地层泊松比、应力大小、井眼尺寸、钻井液密度有关。缩径量大小与缩径速度和变形时间有关。如果用常规方式钻进，井眼扩大量小、尺寸与钻头接近，在很短的时间里，缩径量就可以达到井眼扩大量，使钻头起出困难，发生遇阻和卡钻。因此在钻遇塑性地层时，要钻进一定进尺，上提钻具，等待一段时间，下放钻具试探，估计地层的变形速度；每次钻进一小段时间就需要上提钻具进行划眼或扩眼。这些措施都需要牺牲钻井时间，降低钻井时效。另外，因为PDC钻头的通过能力较差，一般在塑性地层不使用PDC钻头。而牙轮钻头在塑性地层中的机械钻速低。由于钻井速度慢、时效低，在厚层塑性地层钻井时，安全难保证，往往需要更多的套管层次。
用本实用新型钻进时，所钻出的井眼D1远大于钻头的通过直径D，（D1=D+1/2(D-d)）,钻开塑性地层后，虽然井壁仍然发生塑性变形，发生井眼缩径，但保证安全起下钻的允许缩径量要大得多，所以可以用来安全钻进的时间就长得多，不需要试钻，划眼和扩眼周期延长，使用PDC钻头可以大大提高机械钻速。从而提高钻井时效和安全性，在塑性地层厚度很大时还可以减少套管层次。
Claims (4)
1.一种塑性地层钻井钻具结构，其特征在于：包括依次连接的双心PDC钻头、螺旋钻铤、随钻震击器、加重钻杆和钻杆，所述的双心PDC钻头包括领眼钻头和扩眼刀翼，所述的领眼钻头和扩眼刀翼是同轴的，扩眼刀翼包括本体和切削部，切削部偏心布置在本体的侧面，扩眼刀翼的轴心是所述双心PDC钻头的通过轴心，偏离扩眼刀翼的本体轴心，在领眼钻头和扩眼刀翼的底面布置有PDC切削单元，在领眼钻头和扩眼刀翼的侧面布置有保径齿，在扩眼刀翼的顶部与侧面转角部位布置哟1-2个切削齿作为倒划眼齿。
2.根据权利要求1所述的塑性地层钻井钻具结构，其特征在于：所述领眼钻头和扩眼刀翼是一体的。
3.根据权利要求1所述的塑性地层钻井钻具结构，其特征在于：所述的领眼钻头和扩眼刀翼是两个独立的部件，领眼钻头和扩眼刀翼之间通过钻杆螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的塑性地层钻井钻具结构，其特征在于：所述的领眼钻头和扩眼刀翼是两个独立的带螺纹的部件，领眼钻头和扩眼刀翼之间通过有钻杆螺纹的接头连接。
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