CN105317377B - 中心差压式钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种中心差压式钻头。中心差压式钻头包括扩眼钻头、压力调节弹簧、分流传力总成、领眼钻头；领眼钻头与分流传力总成连接成一体，安装于扩眼钻头的轴向传扭孔内，领眼钻头凸出于扩眼钻头冠部；压力调节弹簧设于分流传力总成顶端与扩眼钻头接头下端之间；扩眼钻头可以设置一级或者多级。本发明原理及结构简单，适用范围广，可应用于各种地层，其使用效果在多夹层地层中更佳；可以与脉冲射流发生装置一起使用，进一步提高钻井速度；钻井过程中，操作施工跟常规钻井完全相同，对地面设施、钻井管柱、钻头类型没有特殊要求，有利于钻头的推广和使用。
Description
技术领域
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种中心差压式钻头。
背景技术
钻井现场实践表明，提前释放井底地层应力可以有效提高钻头的破岩效率，进而提高钻井速度。为此，国内外学者提出了两种方法用于提前释放井底应力，一种是以水力能量为基础的释放地层应力的方法，以脉冲空化射流提速技术、超高压脉冲射流提速技术、磨料射流提速技术等为代表；另一种是通过改变井底形状改变井底应力场从而释放地层应力的方法，以随钻扩眼技术、双级PDC钻头钻井技术等为代表。用水力能量释放地层应力需要在钻头上方连接专用工具，这不仅改变了井底钻具组合构成，并在一定程度上消耗了钻井液水力能量，且不能广泛应用于各种井型，限制了其应用场合；利用改变井眼形状改变井底应力场的方法仅需要通过优化设计钻头形状或者钻具组合即可达到释放地层应力提高钻井速度的效果，其发展前景广阔。然而，现有随钻扩眼钻具组合及双级PDC钻头不具备钻压的自动分配功能及钻速的自动调节功能，未能将提速效果提至最佳。因此，亟需一种能够在均匀地层中具备钻压自适应分配及在多夹层地层中钻速自动调节的钻头以满足不同地层、不同井型井眼钻井提速的需要。
发明内容
为克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种中心差压式钻头，利用钻头的内部弹簧弹力实现领眼钻头与扩眼钻头间钻压的自动合理分配，利用领眼钻头与扩眼钻头间可实现的相对轴向运动实现两个钻头间钻速的自动调节，自动将领眼钻头与扩眼钻头钻压分配调整至最佳、将钻进速度控制至最合理，进而达到提高钻进速度的目的。
为实现上述目的，本发明采用下述方案：
中心差压式钻头，包括：扩眼钻头、压力调节弹簧、分流传力总成、领眼钻头；领眼钻头与分流传力总成连接成一体，安装于扩眼钻头的轴向传扭孔内，领眼钻头凸出于扩眼钻头冠部；压力调节弹簧设于分流传力总成顶端与扩眼钻头接头下端之间；扩眼钻头可以设置一级或者多级。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、原理及结构简单，不需要安装其他工具，不影响其它钻井工序的实施；
2、适用范围广，可用于直井、定向井等各种井型，可以直接连接于钻铤，亦可以与动力钻具、脉冲射流发生装置等工具配合使用；
3、可应用于各种地层，其使用效果在多夹层地层中更佳；
4、可以与脉冲射流发生装置一起使用，利用脉冲射流为领眼钻头提供周期性震荡的力，从而实现领眼钻头旋转冲击钻井效果，进一步提高钻井速度；
5、钻井过程中，操作施工跟常规钻井完全相同，对地面设施、钻井管柱、钻头类型没有特殊要求，有利于钻头的推广和使用。
附图说明
图1是中心差压式钻头(双级)结构示意图；
图2是图1中A-A剖面图；
图3是中心差压式钻头(三级)结构示意图；
图中：1、扩眼钻头，2、压力调节弹簧，3、分流传力总成，4、领眼钻头，101、扩眼钻头接头，102、扩眼钻头冠部，103、扩眼钻头喷嘴，301、分流盘，302、整流腔，401、领眼钻头接头，402、领眼钻头冠部，11、一级领眼钻头，111、一级分流传力总成，112、一级压力调节弹簧，113、一级扩眼钻头，211、二级分流传力总成，212、二级压力调节弹簧。213、二级扩眼钻头。
具体实施方式
如图1所示，中心差压式钻头，包括：扩眼钻头1、压力调节弹簧2、分流传力总成3、领眼钻头4；领眼钻头4与分流传力总成3螺纹连接成一体，安装于扩眼钻头1的轴向传扭孔内，领眼钻头4凸出于扩眼钻头1冠部；压力调节弹簧2设于分流传力总成3顶端与扩眼钻头接头101下端之间；扩眼钻头可以设置一级或者多级，图1设置一级扩眼钻头，图3设置二级扩眼钻头；中心差压式钻头利用其内部压力调节弹力实现领眼钻头与扩眼钻头间钻压的自动合理分配，利用领眼钻头与扩眼钻头间可以实现相对轴向运动实现两个钻头间钻速的自动调节，将领眼钻头与扩眼钻头钻压分配自动调整至最佳、将钻进速度控制至最合理，进而达到提高钻进速度的目的。
扩眼钻头1，包括：扩眼钻头接头101、扩眼钻头冠部102，扩眼钻头接头101、扩眼钻头冠部102固接为一体。
扩眼钻头接头101外侧上部为钻具连接螺纹、中部为带有上扣钳口的接头本体、下部为固接连接面，钻具连接螺纹用于钻头与上部钻具连接，接头本体用于拆装钻头时为钻头施加扭矩，固接连接面为扩眼钻头接头101、扩眼钻头冠部102固接提供界面；扩眼钻头接头101的内侧自上而下依次为：钻井液流道、弹簧承压台阶面、弹簧外部保护筒；钻井液流道用于为钻井液提供过流空间，弹簧承压台阶面用于为弹簧提供受力支撑，弹簧外部保护筒为弹簧活动空间限位。
扩眼钻头冠部102外侧顶端为扩眼钻头固接连接面，底端为钻头冠；扩眼钻头固接连接面与扩眼钻头接头101的固接连接面形状互补，实现扩眼钻头冠部102与扩眼钻头接头101的固接；钻头冠形状根据地层特征变化，与普通钻头相同；扩眼钻头冠部102轴向内侧上端为圆孔，下端为传扭孔；扩眼钻头冠部102上端圆形孔直径与扩眼钻头接头101的弹簧外部保护筒直径相同；扩眼钻头冠部102下端传扭孔贯通扩眼钻头冠部102底部，传扭孔横截面形状为多方结构或者键型结构；扩眼钻头冠部102内侧上端圆孔至扩眼钻头冠部102底端钻头刀翼根部开有喷嘴流道，喷嘴流道底端安装有扩眼钻头喷嘴103。
分流传力总成3安装于扩眼钻头冠部102内部的圆形孔孔内，可沿扩眼钻头轴线方向相对于扩眼钻头上下小幅活动，但周向上不产生相对转动；分流传力总成3外侧上部为扶正密封面，中部为分流承力短节限位面，底端为传扭承扭面；扶正密封面与扩眼钻头冠部102内侧上端的圆孔配合，保证扩眼钻头冠部102与分流传力总成3不产生径向晃动；扶正密封面上开有密封槽，密封槽内安装有密封；分流承力短节限位面直径小于扶正密封面，但大于传扭承扭面外接圆直径，分流承力短节限位面与传扭承扭面之间构成的台阶限制分流传力总成3与扩眼钻头冠部102间相对轴向位移大小，并防止分流传力总成3脱出扩眼钻头冠部102；传扭承扭面与分流传力总成3下端传扭孔间隙配合，用于将扩眼钻头冠部102扭矩传递给分流传力总成3；分流传力总成3内侧上部为分流盘301，中部为领眼钻头钻井液流道，下部为领眼钻头钻具连接扣；分流盘301与扶正密封面及分流承力短节限位面构成的台阶面之间开有扩眼钻头钻井液过流孔，用于将部分钻井液传递到钻井液整流腔302；领眼钻头钻井液流道用于为分流给领眼钻头的钻井液提供流道，分流传力总成3的领眼钻头钻具连接扣用于连接领眼钻头总成。
弹簧2位于扩眼钻头体内，安装分流传力总成3顶端与扩眼钻头接头101内侧下端的台阶面之间。
领眼钻头4，包括：领眼钻头接头401、领眼钻头冠部402，领眼钻头接头401、领眼钻头冠部402固接为一体；
领眼钻头接头401外侧的上部为领眼钻头连接螺纹、中部为领眼钻头接头本体、下部为领眼钻头固接连接面，领眼钻头钻具连接螺纹用于连接领眼钻头冠部402与分流传力总成3，领眼钻头接头本体用于拆装领眼钻头时为领眼钻头施加扭矩，领眼钻头固接连接面为领眼钻头接头401、领眼钻头冠部402固接提供空间；领眼钻头接头401的内侧有钻井液流道，该流道用于为钻井液提供过流空间。
领眼钻头冠部402外侧上端为领眼钻头固接连接面，下端为领眼钻钻头冠；领眼钻头固接连接面与领眼钻头接头401的固接连接面形状互补，用于实现领眼钻头冠部402与领眼钻头接头401的固接；钻头冠形状根据地层特征变化，与普通钻头相同；领眼钻头冠部402内侧上端为钻井液过流孔，领眼钻头冠部402内侧上端钻井液过流孔与领眼钻头刀翼根部间开有钻头喷嘴流道，领眼钻头喷嘴流道底端安装有领眼钻头喷嘴。
如图3所示，将图1中心差压式钻头(双级)的领眼钻头更换为小直径中心差压式钻头(双级)构成三级中心差压式钻头；依照上述方式，将三级中心差压式钻头的领眼钻头更换为更小直径的中心差压式钻头(双级)，可形成四级中心差压式钻头。根据该方法可以构造出多级中心差压式钻头。
Claims (7)
1.一种中心差压式钻头，包括：扩眼钻头、压力调节弹簧、分流传力总成、领眼钻头；其特征在于：领眼钻头与分流传力总成连接成一体，安装于扩眼钻头的轴向传扭孔内，领眼钻头凸出于扩眼钻头冠部；压力调节弹簧设于分流传力总成顶端与扩眼钻头接头下端之间；扩眼钻头可以设置一级或者多级；
扩眼钻头包括扩眼钻头接头和扩眼钻头冠部，扩眼钻头接头、扩眼钻头冠部固接为一体；
扩眼钻头接头外侧上部为钻具连接螺纹、中部为带有上扣钳口的接头本体、下部为固接连接面；扩眼钻头接头的内侧自上而下依次为：钻井液流道、弹簧承压台阶面、弹簧外部保护筒；
扩眼钻头冠部外侧顶端为扩眼钻头固接连接面，底端为钻头冠；扩眼钻头固接连接面与扩眼钻头接头的固接连接面形状互补，实现扩眼钻头冠部与扩眼钻头接头的固接；钻头冠形状根据地层特征变化，扩眼钻头冠部轴向内侧上端为圆孔，下端为传扭孔；扩眼钻头冠部上端圆形孔直径与扩眼钻头接头的弹簧外部保护筒直径相同；扩眼钻头冠部下端传扭孔贯通扩眼钻头冠部底部，传扭孔横截面形状为多方结构或者键型结构；扩眼钻头冠部内侧上端圆孔至扩眼钻头冠部底端钻头刀翼根部开有喷嘴流道，喷嘴流道底端安装有扩眼钻头喷嘴。
2.根据权利要求1所述的中心差压式钻头，其特征在于：分流传力总成安装于扩眼钻头冠部内部的圆形孔孔内，可沿扩眼钻头轴线方向相对于扩眼钻头上下小幅活动，但周向上不产生相对转动；分流传力总成外侧上部为扶正密封面，中部为分流承力短节限位面，底端为传扭承扭面；扶正密封面与扩眼钻头冠部内侧上端的圆孔配合，保证扩眼钻头冠部与分流传力总成不产生径向晃动；扶正密封面上开有密封槽，密封槽内安装有密封；分流承力短节限位面直径小于扶正密封面，但大于传扭承扭面外接圆直径，分流承力短节限位面与传扭承扭面之间构成的台阶限制分流传力总成与扩眼钻头冠部间相对轴向位移大小，并防止分流传力总成脱出扩眼钻头冠部；传扭承扭面与分流传力总成下端传扭孔间隙配合，将扩眼钻头冠部扭矩传递给分流传力总成；分流传力总成内侧上部为分流盘，中部为领眼钻头钻井液流道，下部为领眼钻头钻具连接扣；分流盘与扶正密封面及分流承力短节限位面构成的台阶面之间开有扩眼钻头钻井液过流孔，用于将部分钻井液传递到钻井液整流腔；领眼钻头钻井液流道用于为分流给领眼钻头的钻井液提供流道，分流传力总成的领眼钻头钻具连接扣用于连接领眼钻头。
3.根据权利要求2所述的中心差压式钻头，其特征在于：压力调节弹簧位于扩眼钻头体内，安装分流传力总成顶端与扩眼钻头接头内侧下端的台阶面之间。
4.根据权利要求3所述的中心差压式钻头，其特征在于：领眼钻头，包括：领眼钻头接头、领眼钻头冠部，领眼钻头接头、领眼钻头冠部固接为一体。
5.根据权利要求4所述的中心差压式钻头，其特征在于：领眼钻头接头外侧的上部为领眼钻头连接螺纹、中部为领眼钻头接头本体、下部为领眼钻头固接连接面，领眼钻头接头的内侧有钻井液流道。
6.根据权利要求5所述的中心差压式钻头，其特征在于：领眼钻头冠部外侧上端为领眼钻头固接连接面，下端为领眼钻钻头冠；领眼钻头固接连接面与领眼钻头接头的固接连接面形状互补，实现领眼钻头冠部与领眼钻头接头的固接；钻头冠形状根据地层特征变化，领眼钻头冠部内侧上端为钻井液过流孔，领眼钻头冠部内侧上端钻井液过流孔与领眼钻头刀翼根部间开有钻头喷嘴流道，领眼钻头喷嘴流道底端安装有领眼钻头喷嘴。
7.根据权利要求6所述的中心差压式钻头，其特征在于：将双中心差压式钻头的领眼钻头更换为小直径中心差压式钻头构成三级中心差压式钻头；依照上述方式，将三级中心差压式钻头的领眼钻头更换为更小直径的双级中心差压式钻头，可形成四级中心差压式钻头。
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Inventor after: Guan Zhichuan Inventor after: Liu Yongwang Inventor after: Hu Huaigang Inventor after: Li Jingjiao Inventor before: Guan Zhichuan Inventor before: Liu Yongwang Inventor before: Li Jingjiao |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |