[发明专利]一种内外翻转式防卡钻钻头

说明书

一种内外翻转式防卡钻钻头，通过螺纹配合与钻杆连接，由螺纹管头、连接底座和钻头本体组成，钻头本体由偶数数量的钻体单元构成。钻头本体于正常钻进和上提时呈直筒状，当卡钻现象发生时，钻柱系统中的钻具旋转监测感应器连动控制器分批次启动间隔的钻体单元从滑轨外限位卡槽沿滑轨做径向向内滑动，经滑轨中间卡槽，至滑轨内限位卡槽处完成180度内外翻转后再反向滑动返回至滑轨外限位卡槽，转换后的钻头本体外形呈鼓状。钻体单元滑动和内外翻转的过程中，借助钻头本体外形及侧面楔形体沟槽的变化，充分利用活动、振动、摩擦、刮削、缩径以及缓冲的原理实现有效解卡，具有较高的工程实际应用价值。

技术领域

本发明涉及一种内外翻转式防卡钻钻头，即一种通过螺纹连接于钻杆的钻井工具，属于石油工程钻井工具设计制造与技术领域。

背景技术

钻井钻头是用来破碎岩石以形成井眼的工具，是钻探及相关行业常用的一种钻井工具。钻头按类型主要分为刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头及PDC钻头。刮刀钻头以切削方式破碎岩石；牙轮钻头凭借整体围绕钻头轴线旋转及牙轮自转产生的周期性纵向振动使钻柱不断压缩与伸张，下部钻柱把这种周期性变化的弹性变形通过牙齿转化为对地层的冲击作用力用以破损岩石；金刚石钻头利用镶嵌在钻头胎体上的金刚石颗粒，以犁削、压碎或磨削的方式破碎不同性质的岩石；PDC钻头则是利用能自锐的PDC切削齿切入地层，以切削的方式破碎岩石。

实际钻井工程中，钻头类型的合理选择、钻压和钻速的合理控制是保证各类型钻头使用寿命以及钻井操作得以顺利进行的基本要点。然而，即使保证了基本要点，在钻头钻进及上提过程中，由于各种原因也可能造成钻具陷在井内不能自由活动（卡钻），如沉砂卡钻、井塌卡钻、落物卡钻、砂桥卡钻、泥包卡钻等。目前，为了消除和防止钻井卡钻现象的发生，除了通过活动、震击、倒扣、套铣、浸泡、磨蚀和爆炸的方式进行解卡外，很多工程技术人员和研究者从钻井钻头的结构和设计上进行了开发和创新。

发明内容

就卡钻形成的原因结合现行外加解卡方式，本发明提供一种内外翻转式防卡钻钻头，从钻头的结构和运行方法上来解决钻井卡钻的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在钻铤下部的钻杆上安装一种内外翻转式防卡钻钻头。该钻头由螺纹管头、连接底座和钻头本体组成，钻头本体由若干钻体单元构成，连接底座分布有径向滑轨。钻井过程中，钻头本体在正常钻进和上提时呈直筒状，当卡钻现象发生时，控制器触发钻头本体的钻体单元交替沿滑轨向中心滑动，钻体单元完成内外翻转后再沿滑轨向外滑动，使钻头本体呈鼓状。解卡后，钻体单元经滑轨通过翻转使钻头本体由鼓状恢复为直筒状。钻头本体内外翻转的外形变化，使钻头在卡钻发生时，充分利用活动、振动、摩擦、刮削、缩径以及缓冲的原理消除沉砂卡钻、井塌卡钻、落物卡钻、砂桥卡钻以及泥包卡钻等问题，实现有效解卡。

上述螺纹管头与钻杆的螺纹配合用于连接钻铤和钻头，内部中空，垂直投影面呈圆环形。

上述连接底座为中空圆柱体，垂直投影面呈圆环，与螺纹管头具有相同中轴线。连接底座垂直于中轴线的一端圆环面与螺纹管头的圆环面一体化连接，另一端圆环面以中心点为源点呈放射状分布有滑轨，以保证钻体单元在控制器作用下沿滑轨做径向滑动。滑轨数量为偶数，每根滑轨带有1个内限位卡槽、1个外限位卡槽及多个中间卡槽。钻体单元滑至滑轨的内限位卡槽处完成180度内外翻转；钻体单元滑至滑轨的外限位卡槽处时，钻头本体具有最大外径尺寸。钻体单元的内外翻转使得钻头本体的侧面外形发生变化，钻头本体鼓状侧面形成区域缩径。当处于特殊地层结构或空间受阻时，钻头本体以较小外形尺寸对地层岩石进行磨削，可以避免卡钻现象的发生。钻体单元交替沿滑轨做径向滑动至中间卡槽的操作，可以调整相邻钻体单元之间形成的沟槽大小，使得原本夹杂在沟槽内易产生卡钻的物质从钻头本体上脱落下来，实现解卡。