CN211081711U - 一种具有扩划眼功能的pdc钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有扩划眼功能的PDC钻头，包括与钻杆连接的上接头，上接头的下方设有向下逐级缩径的上圆柱体、中圆柱体和下圆柱体，下圆柱体的底部设有弧形冠面；上圆柱体的外周均匀分布有多道上刀翼，中圆柱体的外周均匀分布有多道中刀翼，下圆柱体的外周均匀分布有多道领眼刀翼，各领眼刀翼的下端分别沿弧形冠面延伸至下圆柱体的轴线处；各领眼刀翼的上端与各中刀翼的下端之间设有第一环向排屑槽，各中刀翼的上端与各上刀翼的下端之间设有第二环向排屑槽；各上刀翼、中刀翼和领眼刀翼的切削面分别镶嵌有金刚石切削齿。上刀翼上倒角的切削面上镶嵌有倒划眼齿。该钻头的扩划眼效率高，划眼后无需起下钻即可正常钻进，且可避免出现新井眼。

Description

一种具有扩划眼功能的PDC钻头

技术领域

本实用新型涉及一种钻井用钻头，特别涉及一种具有扩划眼功能的PDC钻头，属于石油钻井设备技术领域。

背景技术

钻井施工中，由于地层失稳或特殊工艺需要，经常遇到扩划眼，扩划眼工具选择不当，不仅速度慢，还有可能出现卡钻、断刀翼，出现新井眼及井眼报废等更为严重的复杂情况，造成的损失巨大。

目前扩划眼工具类型较多，如《中国化工贸易》2013年第6期介绍的“自洗式随钻划眼工具”只适合用于直井。专利号ZL201720717822.0 的“三段螺旋式双向随钻扩划眼工具”只能用于处理缩径井段，专利号为ZL201120358479.8 的“一种双向划眼工具”虽然可正划、倒划，但受扭矩影响，施加钻压不能过大，从而影响划眼速度。如果遇到长井段垮塌，采用划眼工具处理，会耽误时间较长，若用常规正常钻进的钻头进行划眼，很容易出新井眼；若采用领眼公锥划眼，扭矩难控制，很容易出现断工具、断钻具等风险。专利号为ZL201820850998.8的“钻井用领眼式划眼工具”使用效果虽然改变了许多，但仍存在速度慢，若在疏松地层划眼，容易出现泥包，更容易出新井眼。专利号为ZL201820851227.0 的“一种钻井划眼扩眼装置”是通过爆破来实现，只能是一个点，因此现在正常情况下，只好先釆取用小尺寸钻头进行通井，正常后，再用常规钻头通井，如果垮塌严重，也很难达到目的。

另外，由于现有工具为扩划眼专用而设计，扩划眼完成后，若需要继续往下钻进，只能起钻换钻头，这样耽误时间，影响施工周期。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，解决现有扩划眼工具只能扩划眼、效率低、易出现断刀翼现象及不能用于正常钻进的问题，提供一种具有扩划眼功能的PDC钻头，扩划眼效率高，划眼后无需起下钻即可正常钻进，且可避免出现新井眼。

为解决以上技术问题，本实用新型的一种具有扩划眼功能的PDC钻头，包括与钻杆连接的上接头，所述上接头的下方设有向下逐级缩径的上圆柱体、中圆柱体和下圆柱体，下圆柱体的底部设有弧形冠面；所述上圆柱体的外周均匀分布有多道上刀翼，所述中圆柱体的外周均匀分布有多道中刀翼，下圆柱体的外周均匀分布有多道领眼刀翼，各领眼刀翼的下端分别沿弧形冠面延伸至下圆柱体的轴线处；各领眼刀翼的上端与各中刀翼的下端之间设有第一环向排屑槽，各中刀翼的上端与各上刀翼的下端之间设有第二环向排屑槽；各上刀翼、中刀翼和领眼刀翼的切削面分别镶嵌有金刚石切削齿。

相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：由于钻头上的领眼刀翼、中刀翼和上刀翼的尺寸逐渐扩大，具备处理了台阶的功能，为后续工作消除了隐患。正常钻进时，领眼刀翼预先破碎地层，钻出一个较小的井眼，通过中刀翼过渡，使较小的井眼扩大，再通过上刀翼继续破碎，从而使井眼达到正常的尺寸，因此完全满足正常钻进的需要。当井下缩径或垮塌严重时，需要向下扩划眼，可采用本钻头进行长井段划眼，由于领眼刀翼的外径较小，可以起到领眼的作用，岩屑及井壁先被领眼刀翼破碎；上方的中刀翼和上刀翼可以起到扩划眼的作用，同时还具有扶正的作用；领眼刀翼先破碎岩屑，岩屑随着钻井液的上返，先后又被中刀翼和上刀翼破碎，从而提高破岩效率、确保钻头始终在老井眼中，不易出现新井眼。钻头外径从下至上分三个尺寸逐渐扩大，环空阻力小，不易产生憋泵，满足了大排量需求。上刀翼、中刀翼和领眼刀翼的各条刀翼之间形成纵向排屑槽，加上第一环向排屑槽和第二环向排屑槽两道横向排屑槽，同其它划眼工具比，不但加快了划眼速度，而且保证了钻头的稳定性，避免了大扭矩而使钻头受伤，也保证了刀翼及金刚石切削齿的及时清洁，避免了钻头泥包。扩划眼完成后，如果需要继续钻进，只需要把钻进参数调整到正常钻进需要的数值即可，避免起钻。

作为本实用新型的改进，上刀翼的上下两端分别设有上刀翼倒角，中刀翼的上下两端分别设有中刀翼倒角，领眼刀翼的上端分别设有领眼刀翼倒角，其中各上刀翼上倒角的切削面上分别镶嵌有金刚石倒划眼齿。当钻过的新井眼的上部有缩径及垮塌时，上刀翼上倒角切削面上的金刚石倒划眼齿，可以边旋转边上提，实现倒划眼功能；如此钻头具备了双向划眼的能力。如果遇到地层不稳定，在已划过的井眼有垮塌物，也可釆用倒划。

作为本实用新型的进一步改进，上刀翼上倒角与钻头轴线之间的夹角为18°，上刀翼下倒角与钻头轴线之间的夹角为30°；领眼刀翼倒角各中刀翼倒角与钻头轴线之间的夹角均为30°。上刀翼上端不但有金刚石倒划眼齿，而且上刀翼上端的坡度比较小，减少倒划眼的阻力，十分顺畅。

作为本实用新型的进一步改进，各领眼刀翼的齿顶分别镶嵌有多颗领眼刀翼保径齿，各领眼刀翼保径齿的轴线与钻头轴线垂直相交。领眼刀翼保径齿可保证领眼刀翼的划眼孔径。

作为本实用新型的进一步改进，各上刀翼的齿顶分别镶嵌有多颗上刀翼保径齿，各上刀翼保径齿的轴线与上圆柱体的轴线垂直相交。上刀翼保径齿可保证上刀翼划眼后的孔径，保证井眼达到正常的尺寸。

作为本实用新型的进一步改进，所述上刀翼、中刀翼和领眼刀翼在各自的圆柱体外周分别均匀设有五道。

作为本实用新型的进一步改进，所述弧形冠面上设有五个与钻头中心孔相贯通的水眼，各水眼分别位于相邻的两领眼刀翼之间且喷口沿钻头轴线向下。水眼的角度是垂直向下，避免了直接冲刷井壁而产生井壁不稳。

作为本实用新型的进一步改进，所述上刀翼、中刀翼和领眼刀翼的横截面为非对称结构，各切削面分别平行于刀翼自身的轴线，各刀翼背面与相应切削面之间的夹角为25°。各刀翼背面与圆柱体表面之间的角度更大，既可以减少钻头制造的耗材，又可以增大纵向排屑槽的截面积，利于大排量排屑。

作为本实用新型的进一步改进，各上刀翼上还设有上刀翼后备切削齿，上刀翼后备切削齿沿上刀翼的长度方向排列且位于上刀翼金刚石切削齿旋转方向的后侧。当上刀翼金刚石切削齿失效后，上刀翼后备切削齿可以继续起到切削的作用，延长钻头的使用寿命。

作为本实用新型的进一步改进，所述中圆柱体和下圆柱体与上接头共轴线，所述上圆柱体的轴线与上接头轴线偏离1～13mm。采用一定量的偏心设计，当钻头旋转后，可以获得比钻头最大外径更大的圆周运动轨迹，即所钻井眼直径大于钻头最大外径，从而获得更大的扩眼效果，可用于边钻边下的卷管钻进，钻完后导管下到井底，本钻头可以顺利起出。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本实用新型。

图1为本实用新型具有扩划眼功能的PDC钻头的主视图。

图2为图1的仰视图。

图3为图1中沿A-A的上刀翼横截面图。

图4为图1中沿B-B的中刀翼横截面图。

图5为图1中沿C-C的领眼刀翼横截面图。

图中：1.上接头；2.上圆柱体；3.上刀翼；3a.上刀翼金刚石切削齿；3b.上刀翼后备切削齿；3c.金刚石倒划眼齿；3d.上刀翼保径齿；4.第二环向排屑槽；5.中圆柱体；6.中刀翼；6a.中刀翼金刚石切削齿；6b.中刀翼切削面；6c.中刀翼背面；7.第一环向排屑槽；8.下圆柱体；9.领眼刀翼；9a.领眼刀翼金刚石切削齿；9b.领眼刀翼保径齿；10.弧形冠面；10a.水眼；11.钻头中心孔。

具体实施方式

如图1至图5所示，本实用新型的具有扩划眼功能的PDC钻头包括与钻杆连接的上接头1，上接头1的下方设有向下逐级缩径的上圆柱体2、中圆柱体5和下圆柱体8，下圆柱体8的底部设有弧形冠面10；上圆柱体2的外周均匀分布有多道上刀翼3，中圆柱体5的外周均匀分布有多道中刀翼6，下圆柱体8的外周均匀分布有多道领眼刀翼9，各领眼刀翼9的下端分别沿弧形冠面10延伸至下圆柱体8的轴线处；各领眼刀翼9的上端与各中刀翼6的下端之间设有第一环向排屑槽7，各中刀翼6的上端与各上刀翼3的下端之间设有第二环向排屑槽4。各上刀翼3的切削面分别镶嵌有上刀翼金刚石切削齿3a，各中刀翼6的切削面分别镶嵌有中刀翼金刚石切削齿6a，各领眼刀翼9的切削面分别镶嵌有领眼刀翼金刚石切削齿9a。

上刀翼3、中刀翼6和领眼刀翼9在各自的圆柱体外周分别均匀设有五道。

由于钻头上的领眼刀翼9、中刀翼6和上刀翼3的尺寸逐渐扩大，具备处理了台阶的功能，为后续工作消除了隐患。正常钻进时，领眼刀翼9预先破碎地层，钻出一个较小的井眼，通过中刀翼6过渡，使较小的井眼扩大，再通过上刀翼3继续破碎，从而使井眼达到正常的尺寸，因此完全满足正常钻进的需要。

当井下缩径或垮塌严重时，需要向下扩划眼，可采用本钻头进行长井段划眼，由于领眼刀翼9的外径较小，可以起到领眼的作用，岩屑及井壁先被领眼刀翼9破碎；上方的中刀翼6和上刀翼3可以起到扩划眼的作用，同时还具有扶正的作用；领眼刀翼9先破碎岩屑，岩屑随着钻井液的上返，先后又被中刀翼6和上刀翼3破碎，从而提高破岩效率、确保钻头始终在老井眼中，不易出现新井眼。钻头外径从下至上分三个尺寸逐渐扩大，环空阻力小，不易产生憋泵，满足了大排量需求。

上刀翼3、中刀翼6和领眼刀翼9的各条刀翼之间形成纵向排屑槽，加上第一环向排屑槽7和第二环向排屑槽4两道横向排屑槽，同其它划眼工具比，不但加快了划眼速度，而且保证了钻头的稳定性，避免了大扭矩而使钻头受伤，也保证了刀翼及金刚石切削齿的及时清洁，避免了钻头泥包。扩划眼完成后，如果需要继续钻进，只需要把钻进参数调整到正常钻进需要的数值即可，避免起钻。

上刀翼3的上下两端分别设有上刀翼倒角，中刀翼6的上下两端分别设有中刀翼倒角，领眼刀翼9的上端分别设有领眼刀翼倒角，其中各上刀翼上倒角的切削面上分别镶嵌有金刚石倒划眼齿3c。当钻过的新井眼的上部有缩径及垮塌时，上刀翼上倒角切削面上的金刚石倒划眼齿3c，可以边旋转边上提，实现倒划眼功能；如此钻头具备了双向划眼的能力。如果遇到地层不稳定，在已划过的井眼有垮塌物，也可釆用倒划。

上刀翼上倒角与钻头轴线之间的夹角为18°，上刀翼下倒角与钻头轴线之间的夹角为30°；领眼刀翼倒角各中刀翼倒角与钻头轴线之间的夹角均为30°。上刀翼上端不但有金刚石倒划眼齿3c，而且上刀翼3上端的坡度比较小，减少倒划眼的阻力，十分顺畅。

各领眼刀翼9的齿顶分别镶嵌有多颗领眼刀翼保径齿9b，各领眼刀翼保径齿9b的轴线与钻头轴线垂直相交。领眼刀翼保径齿9b可保证领眼刀翼9的划眼孔径。

各上刀翼3的齿顶分别镶嵌有多颗上刀翼保径齿3d，各上刀翼保径齿3d的轴线与上圆柱体2的轴线垂直相交。上刀翼保径齿3d可保证上刀翼3划眼后的孔径，保证井眼达到正常的尺寸。

弧形冠面10上设有五个与钻头中心孔11相贯通的水眼10a，各水眼10a分别位于相邻的两领眼刀翼9之间且喷口沿钻头轴线向下。水眼10a的角度是垂直向下，避免了直接冲刷井壁而产生井壁不稳。

上刀翼3、中刀翼6和领眼刀翼9的横截面为非对称结构，各切削面分别平行于刀翼自身的轴线，各刀翼背面与相应切削面之间的夹角为25°。以中刀翼6为例，中刀翼背面6c与中刀翼切削面6b之间的夹角为25°。各刀翼背面与圆柱体表面之间的角度更大，既可以减少钻头制造的耗材，又可以增大纵向排屑槽的截面积，利于大排量排屑。

各上刀翼3上还设有上刀翼后备切削齿3b，上刀翼后备切削齿3b沿上刀翼3的长度方向排列且位于上刀翼金刚石切削齿3a旋转方向的后侧。当上刀翼金刚石切削齿3a失效后，上刀翼后备切削齿3b可以继续起到切削的作用，延长钻头的使用寿命。

中圆柱体5和下圆柱体8与上接头1共轴线，上圆柱体2的轴线与上接头轴线偏离1～13mm。采用一定量的偏心设计，当钻头旋转后，可以获得比钻头最大外径更大的圆周运动轨迹，即所钻井眼直径大于钻头最大外径，从而获得更大的扩眼效果，可用于边钻边下的卷管钻进，钻完后导管下到井底，本钻头可以顺利起出。

以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种具有扩划眼功能的PDC钻头，包括与钻杆连接的上接头，其特征在于：所述上接头的下方设有向下逐级缩径的上圆柱体、中圆柱体和下圆柱体，下圆柱体的底部设有弧形冠面；所述上圆柱体的外周均匀分布有多道上刀翼，所述中圆柱体的外周均匀分布有多道中刀翼，下圆柱体的外周均匀分布有多道领眼刀翼，各领眼刀翼的下端分别沿弧形冠面延伸至下圆柱体的轴线处；各领眼刀翼的上端与各中刀翼的下端之间设有第一环向排屑槽，各中刀翼的上端与各上刀翼的下端之间设有第二环向排屑槽；各上刀翼、中刀翼和领眼刀翼的切削面分别镶嵌有金刚石切削齿。

2.根据权利要求1所述的具有扩划眼功能的PDC钻头，其特征在于：上刀翼的上下两端分别设有上刀翼倒角，中刀翼的上下两端分别设有中刀翼倒角，领眼刀翼的上端分别设有领眼刀翼倒角，其中各上刀翼上倒角的切削面上分别镶嵌有金刚石倒划眼齿。

3.根据权利要求2所述的具有扩划眼功能的PDC钻头，其特征在于：上刀翼上倒角与钻头轴线之间的夹角为18°，上刀翼下倒角与钻头轴线之间的夹角为30°；领眼刀翼倒角各中刀翼倒角与钻头轴线之间的夹角均为30°。

4.根据权利要求1所述的具有扩划眼功能的PDC钻头，其特征在于：各领眼刀翼的齿顶分别镶嵌有多颗领眼刀翼保径齿，各领眼刀翼保径齿的轴线与钻头轴线垂直相交。

5.根据权利要求1所述的具有扩划眼功能的PDC钻头，其特征在于：各上刀翼的齿顶分别镶嵌有多颗上刀翼保径齿，各上刀翼保径齿的轴线与上圆柱体的轴线垂直相交。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的具有扩划眼功能的PDC钻头，其特征在于：所述上刀翼、中刀翼和领眼刀翼在各自的圆柱体外周分别均匀设有五道。

7.根据权利要求6所述的具有扩划眼功能的PDC钻头，其特征在于：所述弧形冠面上设有五个与钻头中心孔相贯通的水眼，各水眼分别位于相邻的两领眼刀翼之间且喷口沿钻头轴线向下。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的具有扩划眼功能的PDC钻头，其特征在于：所述上刀翼、中刀翼和领眼刀翼的横截面为非对称结构，各切削面分别平行于刀翼自身的轴线，各刀翼背面与相应切削面之间的夹角为25°。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的具有扩划眼功能的PDC钻头，其特征在于：各上刀翼上还设有上刀翼后备切削齿，上刀翼后备切削齿沿上刀翼的长度方向排列且位于上刀翼金刚石切削齿旋转方向的后侧。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的具有扩划眼功能的PDC钻头，其特征在于：所述中圆柱体和下圆柱体与上接头共轴线，所述上圆柱体的轴线与上接头轴线偏离1～13mm。

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