CN207048680U - 随钻扩眼钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种随钻扩眼钻头，随钻扩眼钻头主要由钻头本体、扶正块、扩眼牙轮、牙轮喷嘴、领眼钻头、领眼喷嘴组成。随钻扩眼钻头安装在钻具组合底部，由牙轮钻头与PDC钻头组合而成，PDC钻头钻领眼，牙轮钻头进行扩眼，这种步进式的钻进，既有利于降低井底岩石抗破碎强度，提高扩眼效率，又能发挥两种钻头的技术优势，降低振动对钻头的影响。随钻扩眼钻头适用于软硬交错、夹层等多种地层，集牙轮钻头与PDC钻头破岩优势于一体，具有高钻压、低扭矩、振动小等特点，可用于深井、超深井、复杂结构井的钻井施工。同时，随钻扩眼钻头还具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点，便于批量制造和大范围推广应用。

Description

随钻扩眼钻头

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探工具领域，尤其是一种随钻扩眼钻头。

背景技术

在石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探的过程中，随钻扩眼技术能够在钻进的同时扩大井眼直径，不仅有利于提高固井质量，而且有助于增强井控的安全性，因而得到了广泛的应用。但是石油勘探开发领域不断扩大，随着深井、超深井、水平分支井、套管开窗侧钻井、小井眼井等复杂钻井技术的应用，对井下扩眼工具有了更高的要求。国内外目前普遍采用的双心扩眼钻头在钻井过程中表现为钻头扭矩大、憋跳钻严重、对钻头和钻柱造成了不同程度的损害，主要原因在于领眼钻头和扩眼钻头均采用一体式PDC结构，使得钻头整体对地层适应能力差，受力状态复杂，极易钻出螺旋形井眼，造成井身质量较差，给后续工作带来安全和质量隐患；而常规牙轮扩眼装置具有成本低、加工制造工艺成熟、牙轮钻头可适用于地层范围广等特点，但由于受到牙轮尺寸的限制，使得扩眼作业难度较大。

目前国内外除采用一体式钻头进行随钻扩眼外，还主要采用专用的随钻扩眼工具，其驱动扭矩全部来源于井口或井下动力钻具，即要占用领眼钻头的一部分扭矩，其结果必然导致领眼钻头破岩扭矩减少，降低扩眼破岩速率，且扩眼器旋转速度较慢，难以发挥切削齿的高效破岩能力，影响了扩眼破岩作业效率。由此可见，目前国内外的随钻扩眼装置仍不能有效满足深井、超深井钻井、复杂结构井的工艺要求，因此急需设计研发一种既能降低扩眼破岩负载，即降低井底岩石的抗破碎强度，提高钻井效率，又能同时发挥牙轮钻头和PDC钻头的技术优势，满足直井、侧钻井等各种类型井的随钻扩眼工艺要求，同时还要结构简单，性能可靠，维护操作方便的随钻扩眼钻头，这对于提升我国深层油气藏高效开发的钻井工艺技术水平，增强国际竞争力具有重要的经济价值和社会价值。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了最大限度的发挥扩眼过程中钻头切削齿的高效破岩能力，降低钻头粘滑振动的影响，提高随钻扩眼作业的效率，提高深井、超深井等复杂结构井的固井质量及井控安全性，提供随钻扩眼钻头。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

随钻扩眼钻头，包括钻头本体1和与钻头本体一体连接的领眼钻头6、领眼喷嘴7，钻头本体1轴向加工中心孔2，领眼喷嘴7安装在领眼钻头6内，并与中心孔2连通，其中：在钻头本体1外部还设有扶正块3和扩眼牙轮4、牙轮喷嘴5；所述扩眼牙轮4主要由牙轮和牙掌组成，其牙掌就是钻头本体的一部分，扩眼牙轮4位于扶正块3和领眼钻头6之间；所述牙轮喷嘴5安装在扩眼牙轮4下部的钻头本体1上，与中心孔2连通，并向上斜对扩眼牙轮4的工作面。

上述方案进一步包括：

所述扶正块3为3-5块，并均布钻头本体1外周，扶正块3外表面镶嵌防磨片。

所述扩眼牙轮4为3-5个，并均布在钻头本体1外周，每个扩眼牙轮4对应至少一个牙轮喷嘴5。

所述扩眼牙轮4的轴线与钻头本体1轴线呈25-75°夹角。

领眼钻头优选领眼PDC钻头。

本实用新型的随钻扩眼钻头工作原理和技术优势主要体现在：

钻井作业时，随钻扩眼钻头连接在钻具组合的下端，由钻具组合施加钻压和扭矩驱动旋转，领眼PDC钻头首先接触井底岩石并开始破岩，由于其外径小，根据力学原理，造成领眼PDC钻头底面单位面积上的压强大，由于PDC钻头的破岩机理是犁削式与剪切式相结合的破岩方式，因此在高钻压高转速的条件下，领眼PDC钻头的破岩效率非常高，很快就在井底先钻出一个小导眼。随着钻进过程的进行，扩眼牙轮随之接触井底，由于井底部分岩石已经被清除，因此扩眼牙轮只破碎剩余的台阶体岩石，由于牙轮的破岩机理是压碎与剪切相结合，钻压越高转速越快，牙轮的破岩效率也越快。与此同时，由于领眼PDC钻头在井底先钻出一个小导眼，释放了岩石的部分内应力，降低了其抗破碎强度，更加有助于提高扩眼牙轮破碎台阶体岩石的效率。

随钻扩眼钻头并不是牙轮钻头与PDC钻头结构的简单组合，而是将两者的特点进行了有机融合，且PDC钻头作为领眼部分，牙轮钻头作为扩眼部分，从而充分发挥两者的技术优势；领眼PDC钻头尺寸小，在高钻压高转速条件下，破岩效率更高，且不易产生粘滑振动，扩眼牙轮不同于常规牙轮钻头扩眼装置，常规牙轮钻头均采用牙掌在外牙轮在内的结构，而随钻扩眼装置的扩眼牙轮则采用了反向结构设计，即牙轮在外，而牙掌就是钻头本体，这种结构能够在充分发挥牙轮破岩优势的基础上，缩小牙轮结构的整体尺寸，提高安全可靠性，且更便于加工与组装；在随钻扩眼钻头的钻头本体上安装有牙轮喷嘴，并与每个扩眼牙轮一一对应，喷射方向是倾斜向上，这样产生的钻井液射流不仅能够直接冲击扩眼牙轮与岩石的接触面，清洗降温扩眼牙轮并冲刷岩屑，而且还能加快岩屑的上返速度，避免了岩屑的重复破碎。

随钻扩眼钻头结构简单，施工效率高，结构尺寸短小，因此对井下钻具组合的造斜率影响更小，可满足各种类型复杂结构井的扩眼工艺要求。现场试验结果表明，利用随钻扩眼钻头能够平均提高扩眼钻井效率68.5%-89.6%，且钻井质量符合设计标准，实现了低能耗、高效率的钻井目的，为深层油气资源的高效开发提供了有力技术支撑。

附图说明

图1是本实用新型的随钻扩眼钻头结构示意图。

图2是本实用新型的随钻扩眼钻头A-A截面结构示意图。

图中：1-钻头本体、2-中心孔、3-扶正块、4-扩眼牙轮、5-牙轮喷嘴、6-领眼钻头（即领眼PDC钻头）、7-领眼喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图来详细描述本实用新型。

参照附图1和附图2，随钻扩眼钻头主要由钻头本体1、扶正块3、扩眼牙轮4、牙轮喷嘴5、领眼PDC钻头6、领眼喷嘴7组成。钻头本体1中部加工中心孔2，钻头本体1外部加工扶正块4，扩眼牙轮5安装在钻头本体1上，位于扶正块4的下面，牙轮喷嘴5安装在钻头本体1上，与中心孔3连通，领眼PDC钻头6安装在钻头本体1的下端，领眼PDC钻头6内安装领眼喷嘴7，并与中心孔2连通。

作为优选：

所述扶正块3为3-5块，并均布钻头本体1外周，扶正块3外表面镶嵌防磨片。

所述扩眼牙轮4为3-5个，并均布在钻头本体1外周，每个扩眼牙轮4对应至少一个牙轮喷嘴5。

所述扩眼牙轮4的旋转轴线与钻头本体1轴线呈25-75°夹角。

Claims (4)

1.随钻扩眼钻头，包括钻头本体（1）和与钻头本体一体连接的领眼钻头（6）、领眼喷嘴（7），钻头本体（1）轴向加工中心孔（2），领眼喷嘴（7）安装在领眼钻头（6）内，并与中心孔（2）连通，其特征是：在钻头本体（1）外部还设有扶正块（3）和扩眼牙轮（4）、牙轮喷嘴（5）；所述扩眼牙轮（4）包括牙轮和牙掌，其牙掌就是钻头本体的一部分，扩眼牙轮（4）位于扶正块（3）和领眼钻头（6）之间；所述牙轮喷嘴（5）安装在扩眼牙轮（4）下部的钻头本体（1）上，与中心孔（2）连通，并向上斜对扩眼牙轮（4）的工作面。

2.根据权利要求1所述的随钻扩眼钻头，其特征是：所述扶正块（3）为3-5块，并均布钻头本体（1）外周，扶正块（3）外表面镶嵌防磨片。

3.根据权利要求1或2所述的随钻扩眼钻头，其特征是：所述扩眼牙轮（4）为3-5个，并均布在钻头本体（1）外周，每个扩眼牙轮（4）对应至少一个牙轮喷嘴（5）。

4.根据权利要求3所述的随钻扩眼钻头，其特征是：所述扩眼牙轮（4）的轴线与钻头本体（1）轴线呈25-75°夹角。