[实用新型]垂直钻进钻头

说明书

技术领域

本实用新型属于一种石油、地质用的回转钻进钻头，特别涉及一种具有防斜打直功能的特殊结构的钻头。

背景技术

目前，在石油、地质等领域使用PDC齿作为切削齿的回转钻进钻头（简称PDC钻头）很广泛。PDC钻头具有机械钻速高，钻头进尺寿命长等优点。由于地层有倾角和钻具组合的限制，直井钻进中井斜情况频繁发生，井眼轨迹发生偏离，严重影响钻井质量，甚至会造成井眼报废。常规PDC钻头通常采用力平衡设计，自身不具有自动纠斜能力。通常要保证垂直的井眼质量有两种手段，一种是吊打，即采用较轻的钻压让PDC钻头缓慢钻进，依靠钻头和钻具自身的重力使井眼轨迹恢复到垂直状态，这种方式钻井效率差，效果不理想；另一种方式是使用垂直导向钻进系统，即在钻头和钻具之间增加一套能自动调整钻头钻进方向的工具，该套工具在井眼轨迹发生变化时能及时主动调整钻头钻进方向，始终保持井眼处于垂直状态。这种方式钻井效率高，但是该套工具价格昂贵，钻井成本大。以上两种方式各有利弊，在容易发生井斜的钻井工作中不能得到大面积推广。

发明内容

本实用新型要解决的问题就是针对上述不足而提供一种具有自动纠斜能力，既不需要配套昂贵的的垂直导向钻进系统，又能在正常钻压下保持较高机械钻速的高效低成本钻头。其技术方案如下：

它具有钻头本体，钻头本体为超过2个刀翼的多刀翼钻头，刀翼上钎焊PDC齿。其关键技术是钻头本体分为主动攻击区和被动攻击区，两个区的PDC齿采用不同的切削角度设计使得两个区的切削齿对地层的攻击力不同。

所述主动攻击区包含的刀翼数量等于或多于被动攻击区包含的刀翼数量。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

1、钻头本体分为主动攻击区和被动攻击区，钻头在井眼处于井斜状态下工作时，主动攻击区和被动攻击区受到地层的反作用力不同，由此产生的扭矩使钻头具有向垂直方向扭转的趋势，该趋势保证了钻头具有自动恢复垂直钻进的功能，实现了常规钻头不能自动纠斜恢复到垂直钻进状态的功能。

2、当井斜发生时，避免了常规钻头一定要配合使用钟摆钻具低钻压缓慢钻进的操作。能在常规钻压下快速钻进地层，钻井质量与钻井效率大幅度提高。

3、钻头具有自动纠斜能力，可替代价格昂贵的垂直导向钻进系统，经济效益非常显著。

附图说明

图1，是本实用新型结构示意图；

图2，是本实用新型主动攻击区和被动攻击区PDC齿分布示意图；

图3，是本实用新型在钻进地层时状态图；

图4，是本实用新型主动攻击区紧靠井眼下井壁时状态图；

图5，是本实用新型被动攻击区紧靠井眼下井壁时状态图。

具体实施方式

参见图1、图2，本实用新型具有钻头本体，钻头本体为超过2个刀翼的多刀翼钻头，刀翼上钎焊PDC齿。其特征是钻头本体分为主动攻击区2和被动攻击区1，两个区的PDC齿采用不同的切削角度设计使得两个区的切削齿对地层的攻击力不同。

所述主动攻击区2包含的刀翼数量等于或多于被动攻击区1包含的刀翼数量。

根据PDC齿的切削角度不同则齿对地层的攻击力也不同的原理，调整不同部位的PDC齿的切削角度。如图2所示，钻头内锥部PDC齿2.1在主动攻击区切削仰角采用15度，而在对应的被动攻击区PDC齿1.1切削仰角采用20度；又如钻头鼻部PDC齿2.2在主动攻击区切削仰角采用18度，而在对应的被动攻击区PDC齿1.2切削仰角采用22度；再如钻头外锥部PDC齿2.3在主动攻击区切削仰角采用22度，而在对应的被动攻击区PDC齿1.3切削仰角采用25度。在上述钻头的三个部位，其主动攻击区的切削齿仰角都小于对应的被动攻击区切削齿仰角，较小的仰角设计使主动攻击区的攻击力强于被动攻击区的攻击力。

本实用新型工作过程如下：

参见图1、图2，本实用新型主动攻击区2切削齿设计为比被动攻击区1切削齿具有更强的攻击能力。同时钻头工作时钻头全部切削齿的切削合力会产生一个侧向力F，该侧向力指向主动攻击区2方向。

钻头在钻进地层时，如图3所示，由于主动攻击区2切削齿具有更强的攻击能力，该区切削齿对地层的切削能力强，同时也意味着地层对主动攻击区2的反作用力也更大，钻头的主动攻击区2受到的地层反作用力N₁大于被动攻击区1受到的地层反作用力N₂，两个反作用力的不平衡则对钻头产生一个扭矩M，该扭矩对钻头产生一个转向作用，钻头将向主动攻击区2方向转动，该转向即为钻头的主动纠斜动力。