單牙輪pdc同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及用于石油、天然氣鉆探的一種單牙輪PDC同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，包括PDC鉆頭和單牙輪鉆頭。所述單牙輪鉆頭為領(lǐng)眼鉆頭，PDC鉆頭為擴(kuò)眼鉆頭；單牙輪鉆頭的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與PDC鉆頭的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)重合。本實(shí)用新型由于利用單牙輪鉆頭在小井眼的機(jī)械鉆速高于PDC鉆頭的優(yōu)點(diǎn)，將同心隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)與單牙輪鉆頭的高效破巖結(jié)構(gòu)相結(jié)合，形成單牙輪PDC同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，拓展單牙輪鉆頭在深部地層較大尺寸井眼的鉆井的應(yīng)用范圍，并同時(shí)提高同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭的機(jī)械鉆速。
【專(zhuān)利說(shuō)明】單牙輪PDC同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種石油、天然氣鉆探用隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，特別是一種單牙輪roc同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭。

【背景技術(shù)】
[0002]鉆頭作為石油、天然氣開(kāi)采行業(yè)中一種常用的井下工具。隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)是近年來(lái)興起的一項(xiàng)鉆井新技術(shù)，其采用的是隨鉆擴(kuò)眼工具邊鉆邊擴(kuò)原理，最終實(shí)現(xiàn)井眼尺寸比領(lǐng)眼鉆頭尺寸大，以達(dá)減小開(kāi)眼尺寸，增大完井尺寸的目的。目前，為了配合膨脹管技術(shù)及非常規(guī)井深結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，在國(guó)外同心隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)發(fā)展迅速。同心隨鉆擴(kuò)眼能夠提高鉆速是由兩個(gè)方面因素控制，一是擴(kuò)眼臺(tái)階處巖石應(yīng)力集中，容易破碎；二是領(lǐng)眼鉆頭較小，能獲得足夠的機(jī)械能量。因此在相同的井底面積下采用隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)比直接采用較大尺寸的鉆頭鉆進(jìn)效果好。
[0003]鉆頭是影響深部地層鉆井機(jī)械鉆速的主要因素，現(xiàn)在深部地層鉆井常用的鉆頭有三牙輪鉆頭、PDC鉆頭和單牙輪鉆頭，其中三牙輪鉆頭的明顯缺點(diǎn)是軸承壽命小，它主要靠沖擊、壓碎和小距離刮擠方式破巖，鉆頭接觸井底的牙齒數(shù)變化大，牙齒受力不均勻，軸承壽命短；PDC鉆頭由于結(jié)構(gòu)和工作原理的限制，不僅工作時(shí)候扭矩大，牙齒的沖洗和冷卻困難，而且它對(duì)地層巖性的敏感性較強(qiáng)，不適合鉆進(jìn)礫石地層和軟硬交錯(cuò)的地層；單牙輪比三牙輪鉆頭更適合塑性和強(qiáng)度同時(shí)都大的地層，同時(shí)又適合于PDC鉆頭難以對(duì)付的硬夾層和其它復(fù)雜地層，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸承空間大，使用安全可靠。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭使用的領(lǐng)眼鉆頭(外徑較小的鉆頭)均為PDC鉆頭，對(duì)深部的復(fù)雜地層的適應(yīng)性較差，機(jī)械鉆速較高但是不穩(wěn)定，使用壽命較短。但是由于單牙輪鉆頭制造工藝水平的局限性和單牙輪鉆頭在小井眼鉆進(jìn)的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在單牙輪鉆頭外徑都較小，通常為4-1/8寸至7寸(104.8mm-177.8mm)。在深部地層大井眼，井眼尺寸為8-1/2寸至10寸(215.9mm-254mm)，還不能直接使用單牙輪鉆頭，限制了單牙輪鉆頭在大井眼的應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的是提供單牙輪roc同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，將同心隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)與單牙輪鉆頭的高效破巖結(jié)構(gòu)相結(jié)合，拓展單牙輪鉆頭在深部地層較大尺寸井眼的鉆井的應(yīng)用范圍，并同時(shí)提高同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭的機(jī)械鉆速。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:本實(shí)用新型的單牙輪PDC同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，包括PDC鉆頭和單牙輪鉆頭，其特征在于:單牙輪鉆頭為領(lǐng)眼鉆頭，PDC鉆頭為擴(kuò)眼鉆頭，其中所述的單牙輪鉆頭的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與PDC鉆頭的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)重合。單牙輪鉆頭鉆進(jìn)破碎巖石獲得內(nèi)徑較小的井眼，PDC鉆頭鉆進(jìn)將單牙輪鉆頭鉆進(jìn)的井眼擴(kuò)大。
[0007]由于有單牙輪鉆頭作為領(lǐng)眼鉆頭的存在，用于噴射鉆井液、冷卻PDC鉆頭切屑齒和沖洗井底巖屑的PDC鉆頭的水力結(jié)構(gòu)空間受到影響。故在PDC鉆頭相鄰刀翼之間的排屑槽上都均勻設(shè)置有一個(gè)固定水眼。固定水眼與可調(diào)的活動(dòng)水眼相比，固定水眼所占用的空間較小，對(duì)于同樣內(nèi)徑的水眼，常規(guī)可調(diào)的活動(dòng)水眼的外徑為25—27_，固定水眼的尺寸一般在15mm以下。作為優(yōu)選，所述固定水眼的內(nèi)徑為8-15mm。
[0008]在上述技術(shù)方案中，可以將單牙輪鉆頭的鉆頭體通過(guò)螺紋連接固定在PDC鉆頭上；為了增加單牙輪鉆頭與PDC鉆頭的連接強(qiáng)度，同時(shí)使用氣體保護(hù)焊焊接單牙輪鉆頭的鉆頭體與PDC鉆頭的排屑槽的相交形成的U型剖口。
[0009]作為本實(shí)用新型上述同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述單牙輪鉆頭的鉆頭體與PDC鉆頭成為一體，為整體式結(jié)構(gòu)，無(wú)需再用螺紋連接，減少因螺紋連接失效的井底事故風(fēng)險(xiǎn)。
[0010]通常單牙輪鉆頭在小井眼鉆進(jìn)中可以獲得比三牙輪鉆頭和PDC鉆頭更高的機(jī)械鉆速，且具有較高的地層適應(yīng)能力?，F(xiàn)有小井眼的常規(guī)尺寸為4-1/8寸、5-7/8寸、6寸、6-1/2寸或6-5/8寸。因此在本實(shí)用新型同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭中作為領(lǐng)眼鉆頭的單牙輪鉆頭外徑為4-1/8寸至7寸(104.8mm-177.8mm)。更進(jìn)一步,作為優(yōu)選，所述單牙輪鉆頭的外徑為 4-1/8 寸、5-7/8 寸、6 寸、6-1/2 寸或 6-5/8 寸。
[0011]PDC鉆頭將單牙輪鉆頭所鉆的井眼擴(kuò)大，通常深部地層的大井眼尺寸為8-1/2寸、8-3/4寸、9-1/2寸、9-7/8寸或10寸。因此在本實(shí)用新型同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭中作為擴(kuò)眼鉆頭的PDC鉆頭外徑為8-1/2寸一 10寸(215.9mm-254mm)。更進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述PDC鉆頭的外徑為8-1/2寸、8-3/4寸、9-1/2寸、9-7/8寸或10寸。
[0012]因此，在上述技術(shù)方案中，本實(shí)用新型的單牙輪roc同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭有益效果是:采用同心隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)，將小尺寸的單牙輪鉆頭應(yīng)用到深部地層大尺寸井眼的鉆井工程中，增加了鉆頭對(duì)地層的適應(yīng)性，同時(shí)提高了機(jī)械鉆速。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本實(shí)用新型第一種實(shí)施方式的PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是本實(shí)用新型第一種實(shí)施方式未裝配牙輪時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4是本實(shí)用新型第二種實(shí)施方式的剖視圖。
[0017]圖5是本實(shí)用新型的三維外觀(guān)圖。
[0018]圖6是圖5的俯視圖。
[0019]圖中標(biāo)記:1-PDC鉆頭、2-單牙輪鉆頭、3-連接螺紋、4-U型剖口、11-刀翼、12-排屑槽、13-固定水眼、21-單牙輪鉆頭的鉆頭體、22-牙輪、31-PDC鉆頭的鏈接螺紋。

【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定發(fā)明。
[0021]本實(shí)用新型單牙輪roc同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭的第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭包括roc鉆頭I和單牙輪鉆頭2，所述單牙輪鉆頭2為領(lǐng)眼鉆頭，PDC鉆頭I為擴(kuò)眼鉆頭，PDC鉆頭I的回轉(zhuǎn)半徑大于單牙輪鉆頭2的回轉(zhuǎn)半徑，且PDC鉆頭I的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與單牙輪鉆頭2的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)重合。
[0022]為了連接固定PDC鉆頭I與單牙輪鉆頭2，如圖2所示，在PDC鉆頭I上部設(shè)置有連接螺紋31，用于固定連接單牙輪鉆頭2。如圖3所示，為了加強(qiáng)單牙輪鉆頭2與PDC鉆頭I之間的連接強(qiáng)度，使用氣體保護(hù)焊焊接單牙輪鉆頭2的鉆頭體21與PDC鉆頭I的排屑槽12的相交形成的U型剖口 4。對(duì)于本實(shí)用新型的同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭采用第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，需要分別對(duì)PDC鉆頭I和單牙輪鉆頭2的鉆頭體21進(jìn)行機(jī)械加工，然后組裝在一起，組裝后的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0023]如圖2所示，示意的表示出了本實(shí)用新型同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭中PDC鉆頭的水力結(jié)構(gòu)。在PDC鉆頭I相鄰刀翼11之間的排屑槽12上都均勻設(shè)置有一個(gè)固定水眼13。固定水眼13與可調(diào)的活動(dòng)水眼相比，固定水眼13所占用的空間較小，對(duì)于同樣內(nèi)徑的水眼，常規(guī)可調(diào)的活動(dòng)水眼的外徑為25— 27mm，固定水眼的尺寸一般在15mm以下。因此，作為優(yōu)選，所述固定水眼13的內(nèi)徑為8-15mm。
[0024]如圖4所示，是對(duì)本實(shí)用新型同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭第一種實(shí)施方式更進(jìn)一步的改進(jìn)，降低PDC鉆頭I與單牙輪鉆頭2因?yàn)檫B接失效造成井底事故的風(fēng)險(xiǎn)。因此，作為本實(shí)用新型的第二種實(shí)施方式將PDC鉆頭I和單牙輪鉆頭2的鉆頭體21通過(guò)機(jī)械加工成為一個(gè)整體，無(wú)需再用螺紋連接，提高了鉆頭的整體強(qiáng)度，最后只需要將牙輪22裝配到鉆頭體21上。
[0025]本實(shí)用新型單牙輪roc同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭的整體結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示，其中PDC鉆頭I的外徑大于單牙輪鉆頭2的外徑，所述PDC鉆頭I外徑為8-1/2寸至10寸(215.9mm-254mm)。更進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述I3DC鉆頭I的外徑為8-1/2寸、8-3/4寸、9-1/2寸、9-7/8寸或10寸。所述單牙輪鉆頭2的外徑為4-1/8寸至7寸(104.8mm-177.8mm)。更進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述單牙輪鉆頭2的外徑為4-1/8寸、5-7/8寸、6寸、6-1/2寸或6-5/8寸。
[0026]采用本實(shí)用新型上述實(shí)施方式的單牙輪roc同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，拓展單牙輪鉆頭在深部地層較大尺寸井眼的鉆井的應(yīng)用范圍，并同時(shí)提高同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭的機(jī)械鉆速。本【技術(shù)領(lǐng)域】中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型，而并非用作為對(duì)本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.單牙輪PDC同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，包括roc鉆頭(I)和單牙輪鉆頭(2)，其特征在于:單牙輪鉆頭(2)為領(lǐng)眼鉆頭，PDC鉆頭(I)為擴(kuò)眼鉆頭；其中所述的單牙輪鉆頭(2)的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與PDC鉆頭(I)的回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單牙輪roc同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，其特征在于:所述PDC鉆頭(I)上設(shè)有數(shù)個(gè)刀翼(11)，所述刀翼(11)之間設(shè)有排屑槽(12)，其中在每個(gè)排屑槽(12)上均設(shè)置有一個(gè)固定水眼(13);其中所述固定水眼的內(nèi)徑為8-15mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單牙輪roc同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，其特征在于:所述單牙輪鉆頭(2)的鉆頭體(21)通過(guò)螺紋(3)固定連接在PDC鉆頭(I)上；并用氣體保護(hù)焊焊接單牙輪鉆頭(2)的鉆頭體(21)與PDC鉆頭的排屑槽(12)的相交形成的U型剖口(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單牙輪roc同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，其特征在于:所述單牙輪鉆頭(2)的鉆頭體(21)與PDC鉆頭成為一體，為整體式結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單牙輪roc同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，其特征在于:所述單牙輪鉆頭(2)的外徑為4-1/8寸至7寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單牙輪roc同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，其特征在于:所述單牙輪鉆頭(2)的外徑為5-7/8寸、6寸、6-1/2寸或6-5/8寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單牙輪roc同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，其特征在于:所述PDC鉆頭(I)的外徑為8-1/2寸一 10寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單牙輪roc同心隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，其特征在于:所述PDC鉆頭(I)的外徑為8-1/2寸、8-3/4寸、9-1/2寸、9-7/8寸或10寸。
【文檔編號(hào)】E21B10/28GK204082011SQ201420439785
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】陳元, 楊國(guó)輝, 方進(jìn)珠 申請(qǐng)人:四川萬(wàn)吉金剛石鉆頭有限公司