CN209261489U - 双级钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双级钻头，属于钻井工具领域，包括主钻头；以及连接在所述主钻头的前端的领眼钻头，所述领眼钻头的截面的直径小于所述主钻头的截面的直径；其中，所述领眼钻头上设置有朝向所述主钻头的反向水眼。本实用新型通过组合不同直径的钻头形成双级钻头，在领眼钻头上设置反向水眼，实现对主钻头破岩面的直接射流冲击，提高主钻头的破岩效率和岩屑上返效率。

Description

双级钻头

技术领域

本实用新型涉及一种双级钻头，尤其是具有反向射流功能的组合的双级钻头，属于钻井工具领域。

背景技术

石油钻井作业由钻杆带动钻头旋转，通过机械力作用进行破岩。钻杆为管状结构，将若干根钻杆连接，组成能够到达井底的钻柱。钻头连接在钻柱的最下端，并且在钻头上设置了不同类型的切削齿，用于切削岩石，钻头内部设置了若干水眼。机械破岩同时，由钻柱内向井底高压泵送钻井液，钻井液通过钻头内部的水眼射到井底岩石上，再由钻柱和井眼的环空返回地面。钻井液的主要作用是携带岩屑、冷却和润滑钻头及钻柱、稳定井壁、平衡(控制)地层压力、水力破碎岩石等。

在石油钻井中，压持效应是影响机械钻速的主要原因之一。压持效应分为静压持和动压持效应。静压持效应由于井底正压差过大产生，使岩屑难以脱离井底上返。动压持效应是由钻井液柱压力和流动阻力作用造成井底流场差，使岩屑滞留在井底。受钻头结构限制，现有的钻头无法有效解决岩屑压持效应、进一步提高钻井液能量利用率和钻井效率。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出了一种双级钻头，通过组合不同直径的钻头形成双级钻头，在领眼钻头上设置反向水眼，实现对主钻头破岩面的直接射流冲击，提高主钻头的破岩效率和岩屑上返效率。

实用新型提出了一种双级钻头，包括：

主钻头；以及

连接在所述主钻头的前端的领眼钻头，所述领眼钻头的直径小于所述主钻头的直径；

其中，所述领眼钻头上设置有朝向所述主钻头的反向水眼。

本实用新型的进一步改进在于，所述主钻头的中部沿轴向设置有第一内孔，所述领眼钻头的中部设置有第二内孔，所述第二内孔与所述第一内孔相连通。

本实用新型的进一步改进在于，所述第二内孔为盲孔，其中，所述第二内孔开口端连通所述第一内孔，另一端的内壁连通所述反向水眼。

本实用新型的进一步改进在于，所述反向水眼设置在所述领眼钻头的侧壁上，所述反向水眼的入口端连通所述所述第二内孔，并且出口端连通所述领眼钻头的外壁上；

其中，所述反向水眼的出口方向与所述领眼钻头的轴线的反向方向之间的夹角小于90度。

本实用新型的进一步改进在于，所述领眼钻头的侧壁上位于所述反向水眼前方的位置上设置有若干径向水眼。

本实用新型的进一步改进在于，所述领眼钻头的前端设置有若干轴向水眼，所述轴向水眼的方向与所述领眼钻头的中心轴的方向相平行。

本实用新型的进一步改进在于，所述领眼钻头的前端还设置有若干斜向水眼，所述斜向水眼的方向与所述领眼钻头的中心轴的方向之间存在小于90度的夹角。

本实用新型的进一步改进在于，所述主钻头的底部设置有锥形连接孔，所述领眼钻头的上部设置有锥形连接体，所述锥形连接体与所述锥形连接孔通过螺纹连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述主钻头和所述领眼钻头的外壁上设置有若干钻齿，所述钻齿之间形成排屑槽；其中，所述反向水眼和所述径向水眼均设置在所述排屑槽内。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型所述的双级钻头，通过组合不同直径的钻头形成双级钻头，在领眼钻头上设置反向水眼，实现对主钻头破岩面的直接射流冲击，提高主钻头的破岩效率和岩屑上返效率。

本实用新型所述的双级钻头，通过在领眼钻头上设置径向和轴向水眼，使领眼内及领眼周围岩土内部压力升高，使主井眼底部岩土受到负向压差，达到提升破岩及岩屑上返效率的效果。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个实施方案的双级钻头的结构示意图；

图2是根据本实用新型的一个实施方案的双级钻头的截面结构的剖视图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下：1、主钻头，2、领眼钻头，3、地层，11、第一内孔，12、连接孔，13、钻齿，14、排屑槽，21、第二内孔，22、反向水眼，23、径向水眼，24、轴向水眼，25、斜向水眼，26、连接体，31、主井眼，32、领眼，33、高孔隙压力区。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本实用新型的一个实施例的双级钻头。根据本实用新型的双级钻头，通过组合不同直径的钻头形成双级钻头，在领眼钻头上设置反向水眼，实现对主钻头破岩面的直接射流冲击，提高主钻头的破岩效率和岩屑上返效率。

如图1和图2所示，本实施例所述的一种双级钻头，包括主钻头1。所述主钻头1为圆柱形的结构。所述主钻头1的前端设置有领眼钻头2，所述领眼钻头2为与所述主钻头1同轴的圆柱形或圆锥形或半球形结构。所述领眼钻头2与所述主钻头1中心轴在同一直线上，并且所述领眼钻头2的截面直径小于所述主钻头1的截面直径。其中，所述领眼钻头2上设置有若干朝向所述主钻头1方向的反向水眼22。

在根据本实施例所述的双级钻头中，所述主钻头1用于在地层3中钻进，并能够扩大领眼32，形成主井眼31。所述领眼钻头2用于辅助破岩并钻进形成领眼32，所述领眼钻头2还能够对整体钻头进行冲洗、携屑等。所述主钻头1和所述领眼钻头2组合形成不同直径的双级钻头，通过领眼钻头2先钻小直径领眼32，增加地应力释放面积，提高破岩和钻进效率。其中，领眼钻头2上设置有反向水眼22，实现对主钻头1破岩面的直接射流冲击，提高主钻头1的破岩效率和岩屑上返效率。

在一个实施例中，所述主钻头1的中部沿轴向设置有第一内孔11，所述第一内孔11为圆柱形的孔，所述第一内孔11沿所述主钻头1的轴向方向设置，贯通在所述主钻头1中部。所述领眼钻头2的中部设置有第二内孔21，所述第二内孔21与所述第一内孔11相连通。所述第一内孔11和所述第二内孔21用于输送钻井液，所述钻井液通过第一内孔11和第二内孔21并在井眼中流出。在一个优选的实施例中，所述主钻头1为台阶状结构，上端通过螺纹结构连接上游组件。

在一个实施例中，所述第二内孔21为盲孔，所述第二内孔21的一端开口，另一端的端部封闭在所述领眼钻头2的端部，通过水眼连通领眼钻头2的外部。在本实施例中，所述第二内孔21开口端连通所述第一内孔11，另一端的内壁连通所述反向水眼22。

在使用根据本实施例所述双级钻头时，第二内孔21的开口端的入口直径较大，另一端的主体密封，留有若干水眼。这样，使钻井液流入第二内孔21时形成一定的压力，在水眼中流出时具有合适的流速，从而能够更好地冲洗和破岩。

在一个实施例中，所述反向水眼22设置在所述领眼钻头2的侧壁上，并且所述反向水眼22沿所述领眼钻头2的周向上均匀排布一圈。所述反向水眼22的入口端连通所述所述第二内孔21，并且出口端连通所述领眼钻头2的外壁上。其中，所述反向水眼22的出口方向与所述领眼钻头2的轴线的反向方向之间的夹角小于90度，领眼钻头2的轴线的正向为钻头钻进的方向，轴线的反向方法是与正向相反的方向。通过根据本实施例所述双级钻头中反向水眼22的设置方式能够使所述反向水眼22的出口正对所述主钻头1，从而减少了钻井液能量损失，提高了能量利用率。

在一个实施例中，所述领眼钻头2的侧壁上位于所述反向水眼22前方的位置上设置有若干径向水眼23。本实施例所述的领眼钻头2的前方是指的领眼钻头2钻进的方向，而后方指的是领眼钻头2连接所述主钻头1的方向。所述径向水眼23设置在靠近所述领眼钻头2的前端，所述反向水眼22相对靠近所述主钻头1的一端。这样，在径向水眼23中流出的钻井液与所述反向水眼22中流出的钻井液相互之间不会影响。根据本实施例中的径向水眼23主要用于对领眼32井壁射流破岩，并在领眼32及附近的岩土内形成相对周围区域较高孔隙压力。

在一个实施例中，述领眼钻头2的前端设置有若干轴向水眼24，所述轴向水眼24的方向与所述领眼钻头2的中心轴的方向相平行。钻井液在第一内孔11和第二内孔21流入后经过轴向水眼24流动到领眼钻头2的前端，所述轴向水眼24的主要用于辅助领眼钻头2破岩，冲洗冷却领眼钻头2及岩屑。

在一个实施例中，所述领眼钻头2的前端还设置有若干斜向水眼25，所述斜向水眼25的方向与所述领眼钻头2的中心轴的前方的方向之间存在小于90度的夹角。所述斜向水眼25与所述轴向水眼24相配合，保证前端钻进的方向上钻井液能够均匀流出。

在一个实施例中，所述主钻头1的底部设置有锥形连接孔12，所述锥形连接孔12，所述领眼钻头2的上部设置有锥形连接体26，所述锥形连接体26与所述锥形连接孔12通过螺纹连接。

在根据本实施例所述的双级钻头，通过设置轴向水眼24和斜向水眼25能够将钻井液压力传导到主钻头1下部的地层3内，通过地层3反向压力，达到提高破岩效率、降低岩屑压持效应的效果。

在一个实施例中，所述主钻头1的底部设置有连接孔12，所述领眼钻头2的上部设置有与所述连接孔12相配合的连接体26，所述连接体26固定连接在所述连接孔12内。在本实施例中所述的连接孔12可以是圆形孔、方形孔或锥形孔等，所述连接体26的形状与所述连接孔12的形状相匹配。

在一个优选的实施例中，所述连接孔12为内凹的锥形孔结构，所述领眼钻头2的连接体26为外凸的锥形结构，所述连接体26与所述连接孔12通过螺纹连接。通过螺纹连接的方式连接稳固，并且在钻进时能够保持连接稳定，同时便于拆装。

在一个实施例中，所述主钻头1和所述领眼钻头2的外壁上设置有若干钻齿13，所述钻齿13之间形成排屑槽14。其中，所述反向水眼22和所述径向水眼23均设置在所述排屑槽14内。

在使用根据本实施例所述双级钻头时，所述领眼钻头2先在地层3中钻出领眼32。钻井液通过斜向水眼25和轴向水眼24高速射到领眼32井底上，起到辅助破岩、冷却钻头、携带岩屑的作用。由于领眼钻头2直径较小，所述斜向水眼25和轴向水眼24的直径设置较小，从而分配较小的钻井液能量。随着钻进的过程，当径向水眼23的钻井液射向领眼32的井壁上，起到水力破岩的作用。

当主钻头1作用于地层3时，反向水眼22的射流作用于主井眼31的井底，对主钻头1进行冷却，携带岩屑上返。由于反向水眼22的方向与岩屑碎裂脱离井底并上返的方向交角为锐角，通过的射流能量损失小，提高了辅助破岩、携带岩屑、冷却钻头的效率。

在根据本实施例所述双向钻头工作时，由于领眼钻头2和领眼32井壁的间隙较小，通过斜向水眼25、轴向水眼24、径向水眼23的钻井液上返阻力较大，导致钻井液进入邻近的地层3，形成高孔隙压力区33。高孔隙压力区33内的流体对主井眼31井底的岩石施加向上的压力，降低岩土破碎力，提高主钻头1的破岩效率。从而达到提高钻井液能量利用率，提高破岩效率，改善井底流场，提升岩屑上返效率的目的。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种双级钻头，其特征在于，包括：

主钻头(1)；以及

连接在所述主钻头(1)的前端的领眼钻头(2)，所述领眼钻头(2)的截面的直径小于所述主钻头(1)的截面的直径；

其中，所述领眼钻头(2)上设置有朝向所述主钻头(1)的反向水眼(22)。

2.根据权利要求1所述的双级钻头，其特征在于，所述主钻头(1)的中部沿轴向设置有第一内孔(11)，所述领眼钻头(2)的中部设置有第二内孔(21)，所述第二内孔(21)与所述第一内孔(11)相连通。

3.根据权利要求2所述的双级钻头，其特征在于，所述第二内孔(21)为盲孔，其中，所述第二内孔(21)开口端连通所述第一内孔(11)，另一端的内壁连通所述反向水眼(22)。

4.根据权利要求3所述的双级钻头，其特征在于，所述反向水眼(22)设置在所述领眼钻头(2)的侧壁上，所述反向水眼(22)的入口端连通所述第二内孔(21)，并且出口端连通所述领眼钻头(2)的外壁上；

其中，所述反向水眼(22)的出口方向与所述领眼钻头(2)的轴线的反向方向之间的夹角小于90度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的双级钻头，其特征在于，所述领眼钻头(2)的侧壁上位于所述反向水眼(22)前方的位置上设置有若干径向水眼(23)。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的双级钻头，其特征在于，所述领眼钻头(2)的前端设置有若干轴向水眼(24)，所述轴向水眼(24)的方向与所述领眼钻头(2)的中心轴的方向相平行。

7.根据权利要求6所述的双级钻头，其特征在于，所述领眼钻头(2)的前端还设置有若干斜向水眼(25)，所述斜向水眼(25)的方向与所述领眼钻头(2)的中心轴的方向之间存在小于90度的夹角。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的双级钻头，其特征在于，所述主钻头(1)的底部设置有连接孔(12)，所述领眼钻头(2)的上部设置有与所述连接孔(12)相配合的连接体(26)，所述连接体(26)固定连接在所述连接孔(12) 内。

9.根据权利要求8所述的双级钻头，其特征在于，所述连接孔(12)为内凹的锥形孔结构，所述领眼钻头(2)的连接体(26)为外凸的锥形结构，所述连接体(26)与所述连接孔(12)通过螺纹连接。

10.根据权利要求5所述的双级钻头，其特征在于，所述主钻头(1)和所述领眼钻头(2)的外壁上设置有若干钻齿(13)，所述钻齿(13)之间形成排屑槽(14)；其中，所述反向水眼(22)和所述径向水眼(23)均设置在所述排屑槽(14)内。