[发明专利]一种旋冲-扩孔复合钻头

说明书

技术领域

本发明涉及的是在石油天然气工程领域中钻井使用的钻头，具体涉及的是一种旋冲-扩孔复合钻头。

二、背景技术：

随着油气勘探的不断深入，勘探难度日益增加，勘探开发中的“低、深、难”的矛盾日益突出，如大庆深部地层，由于地层硬 (2000～5000MPa)，研磨性强，可钻性极值高（2700米以下登娄库组为6～8.5级，其中砾石层达10.38级），钻进困难且跳钻严重，影响钻头和钻具使用寿命，牙轮钻头经常出现断齿、掉齿、磨尖、缩径等现象，造成钻速慢，建井周期长，严重影响了该地区的勘探和开发。钻井速度慢，主要是深层（泉二段以下），二开泉二段到登娄库地层，牙轮钻头平均机械钻速仅1.1-1.3米/小时；三开致密火山岩地层，牙轮钻头平均机械钻速仅1.3-1.5米/小时。而现行的冲击钻井，虽然大幅度提高钻速，但井眼易缩颈，井壁不规则，需要后期划眼作业，牺牲了很多钻时。因此，为加快该地区深层勘探开发步伐，针对该类地层设计一种高效节能个性化钻头，进一步提高深层机械钻速，缩短钻井周期，是非常迫切和重要的。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种旋冲-扩孔复合钻头，它用于解决现有钻头在深部硬质地层和大井眼段钻进效率低的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种旋冲-扩孔复合钻头，由旋冲钻头、液动冲击器、减震器和扩孔钻头依次连接构成，旋冲钻头上部连接液动冲击器，液动冲击器上部连接减震器，减震器上部连接扩孔钻头；旋冲钻头为领眼钻头，由排屑槽、喷嘴、柱状齿和旋转切割齿组成，旋冲钻头的前端分布有柱状齿和旋转切割齿，柱状齿的出露高度略高于旋转切割齿；扩孔钻头在钻头一侧设置刀翼，刀翼上布置聚晶金刚石复合片齿。

上述方案中扩孔钻头采用偏轴设计，平衡刀翼偏心产生的离心力。

上述方案中柱状齿的出露高度高于旋转切割齿的出露高度级差在0.2-0.4mm之间。

上述方案中排屑槽与喷嘴对应设置，二者均布在柱状齿和旋转切割齿之间。

上述方案中扩孔钻头的水眼布置方向沿井身向上。

上述方案中扩孔钻头在钻头一侧布置4个刀翼。

上述方案中旋冲钻头设计直径较小，旋冲钻头的直径小于扩孔钻头的直径，旋冲钻头和扩孔钻头布齿在井底轴线方向投影，应布满井底接触母线，保证井底岩石不遗留未破碎区域。

有益效果：

1、本发明通过将旋冲钻头和PDC扩孔钻头复合，利用小尺寸的领眼旋冲钻头，充分利用液动冲击器的冲击能量，形成较大比钻压，提高了破岩效率。同时扩孔钻头，协同领眼钻头边钻进，边扩孔和修整井壁，节省了冲击钻井的后期划眼作业时间。

2、本发明扩孔钻头水眼，利用下部减震器和液动冲击器的较大水力压降，形成向上的喷射射流，降低了井底压差，甚至可能实现局部欠平衡钻井，更进一步提高了破岩效率。

3、本发明上部扩孔钻头相当于扶正器功能，提高了井身质量，避免了井斜。

四、附图说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中旋冲钻头的示意图；

图3为本发明中扩孔钻头的结构示意图；

图4为本发明的仰视图。

1.旋冲钻头  2.液动冲击器   3.减振器  4.扩孔钻头  5.排屑槽  6.喷嘴   7.柱状齿  8.旋转切割齿   9.刀翼  10.金刚石复合片  11.水眼  12.井眼形态。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，这种旋冲-扩孔复合钻头由旋冲钻头1、液动冲击器2、减震器3和扩孔钻头4依次连接构成，旋冲钻头1作为领眼钻头，钻进过程中除了要随钻柱旋转外，还要受到安装在钻头上端液动冲击器2的冲击作用，在冲击动载荷和静压旋转联合作用下破碎岩石，由于领眼钻头设计直径较小，可充分利用冲击能量形成较大的比钻压，提高破岩效率。旋冲钻头1上部连接液动冲击器2，通过钻井液交替进入液动冲击器2内活塞缸的上下腔，驱动活塞往复运动，活塞带动冲锤反复冲击外花键的轴的顶端，同时传递转盘传递的扭矩，实现旋转冲击钻井。液动冲击器2上部连接减震器3，进一步吸收下部工具引发的振动，避免上部扩孔钻头承受冲击载荷和较大的集中应力。减震器3上部连接扩孔钻头4，扩孔钻头4协同领眼钻头边钻进，边扩孔和修整井壁，同时利于下部领眼钻头产生的岩屑，在此处顺利携带，避免重复破碎；扩孔钻头4的水眼布置方向沿井身向上，利用下部减震器和液动冲击器的较大水力压降，形成向上的喷射射流，即冷却了扩孔钻头，同时降低了井底压差，改变了井底岩石受力状态，进一步提高了破岩效率。