CN104563891A - 柔性自减震钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钻井装置领域，特别涉及一种柔性自减震钻头，包括钻头体，钻头体包括钻头端和连接端，钻头端上设置钻头喷嘴，连接端与活塞连接，活塞与连接端的连接端面处设置凸沿，连接端外部套装扭力传送体，扭力传送体位于活塞凸沿与钻头端之间，扭力传送体内侧面与钻头体连接端外侧面设置为相对应的防转面，扭力传送体与接头主体连接，接头主体位于活塞外周，且接头主体与活塞之间有空腔，该空腔为液压仓，对应液压仓在活塞上部分布有补偿口，活塞下部内侧有变径喷嘴。利用钻井液的水击能量和泥浆的不可压缩性将钻杆对PDC钻头的刚性冲击转换为液体的高频柔性冲击，极大限度的吸收了钻杆的冲击震动，提高机械钻速和PDC钻头的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性自减震钻头，属于钻井装置领域。
背景技术
PDC钻头具有较高的机械钻速和较长的使用寿命，已经成为现场使用最多的石油钻头，PDC钻头对地层条件极为敏感，比较适合钻进软到中硬的均质地层，当PDC钻头在硬地层或者特殊地层(如砾岩中)钻进时切削齿容易受到较大的冲击载荷发生崩齿而失去切削能力。由于井底条件复杂，特别是在大斜度井、水平井及小井眼的作业中钻柱所承受的作业工况非常恶劣，一定会产生震动，特别是钻柱的纵向震动极易导致PDC钻头崩齿进而导致钻头的早期失效，增加了钻井成本。现在市场上也有类似功能的减震器或水力加压器，也取得了不错的效果，但是它们结构一般比较复杂、尺寸比较大、制造成本高而且影响上部钻具的组合。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种结构简单、制造成本低、延长使用寿命，可解决钻头跳钻现象，提高减震效果的柔性自减震钻头。
本发明所述的柔性自减震钻头，包括钻头本体，钻头本体包括钻头端和连接端，钻头端上设置钻头喷嘴，钻头本体连接端与活塞连接，活塞与连接端的连接端面处设置凸沿，钻头本体连接端外部套装扭力传送体，扭力传送体位于活塞凸沿与钻头本体钻头端之间，扭力传送体内侧面与钻头本体连接端外侧面设置为相对应的防转面，扭力传送体与接头主体连接，接头主体位于活塞外周，且接头主体与活塞之间有空腔，该空腔为液压仓，对应液压仓在活塞上部分布有补偿口，活塞下部内侧有变径喷嘴，接头主体的上部为进液通道。
高压钻井液通过进液通道向下流，高速钻井液流经活塞内的变径喷嘴时产生压降，瞬时的压降使得钻井液在活塞内内产生水击，强大的水击能量推动钻头本体和活塞整体向下运动，向下运动的同时一部分钻井液通过补偿口注满液压仓，钻柱的震动和压力使得扭力传送体与接头主体向下运动，使得活动间隙减小的同时补偿口关闭，补偿口关闭后液压仓形成一个金属密封的空间，由于钻井液的不可压缩性，使得钻柱的压力和震动转化为液体的比较柔和的压力作用在钻头上、液压仓内钻井液减少后在活塞内的和连接端内的水击能量下推动活塞，上下运动时随时补满，这样发明的钻头就成了一个钻头和脉冲钻具和水力加压器的结合体，并且成本低、结构简单比较适合大批量生产。活塞的凸沿可以起到定位作用。
所述的活塞与连接端之间、扭力传送体与接头主体之间均为螺纹连接，活塞内部包括上部的圆柱形空腔和下部的圆锥形空腔，圆柱形空腔底部为变径喷嘴，圆柱形空腔与变径喷嘴之间形成第一冲击仓，圆锥形空腔为第二冲击仓，连接端内腔设置为圆锥形空腔，连接端内的圆锥形空腔为第三冲击仓，第二冲击仓和第三冲击仓中均是上部的直径小于下部直径。螺纹连接方便实现与安装。
所述的进液通道顶部为硬质合金进水口，变径喷嘴上部的材质为硬质合金。提高耐磨度，延长使用寿命。
防转面可设置为八方形状或者六方形状,容易制作，便于定位，且有效防止相互转动。
本发明的有益效果是：
利用钻井液的水击能量和泥浆的不可压缩性将钻杆对PDC钻头的刚性冲击转换为液体的高频柔性冲击，极大限度的吸收了钻杆的冲击震动，避免了PDC钻头的崩齿现象和在钻进特殊地层(如砾岩)的“跳钻”现象，提高机械钻速和PDC钻头的使用寿命，本发明结构简单、制造成本低、长度和普通PDC钻头尺寸相似、完全不影响钻头上部的钻具组合，可以用来替代现有的减震器和水力加压器。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中钻头本体与活塞的连接的结构示意图。
图3是图1中A-A的截面结构示意图。
图4是图1中B-B的截面结构示意图。
图中：1、硬质合金进水口 2、接头主体 3、补偿口 4、液压仓 5、活塞 6、硬质合金喷嘴 7、变径喷嘴 8、扭力传送体 9、连接端 10、钻头端 11、钻头喷嘴 12、活动间隙 13、第三冲击仓 14、第二冲击仓 15、第一冲击仓 16、进液通道 17、凸沿 18、防转面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
如图1～图4所示，本发明所述的柔性自减震钻头，包括钻头本体，钻头本体包括钻头端10和连接端9，钻头端10上设置钻头喷嘴11，钻头本体连接端9与活塞5连接，活塞5与连接端9的连接端面处设置凸沿17，钻头本体连接端9外部套装扭力传送体8，扭力传送体8位于活塞凸沿17与钻头本体钻头端10之间，扭力传送体8内侧面与钻头本体连接端9外侧面设置为相对应的防转面18，扭力传送体8与接头主体2连接，接头主体2位于活塞5外周，且接头主体2与活塞5之间有空腔，该空腔为液压仓4，对应液压仓4在活塞5上部分布有补偿口3，活塞5下部内侧有变径喷嘴7，接头主体2的上部为进液通道16。活塞5与连接端9之间、扭力传送体8与接头主体2之间均为螺纹连接，活塞5内部包括上部的圆柱形空腔和下部的圆锥形空腔，圆柱形空腔底部为变径喷嘴7，圆柱形空腔与变径喷嘴之间形成第一冲击仓15，圆锥形空腔为第二冲击仓14，连接端9内腔设置为圆锥形空腔，连接端9内的圆锥形空腔为第三冲击仓13，第二冲击仓14和第三冲击仓13中均是上部的直径小于下部直径。防转面18设置为八方形状。进液通道16顶部为硬质合金进水口1，变径喷嘴7上部为硬质合金喷嘴6。
高压钻井液通过进液通道16向下流，高速钻井液流经第一冲击仓15内的变径喷嘴7时产生压降，瞬时的压降使得钻井液在第一冲击仓15内产生水击，同理也在第二冲击仓14和第三冲击仓13内产生水击，强大的水击能量推动钻头本体和活塞5整体向下运动，向下运动的同时一部分钻井液通过补偿口3注满液压仓4，钻柱的震动和压力使得扭力传送体8与接头主体2向下运动，使得活动间隙12减小，同时补偿口3关闭，补偿口3关闭后液压仓4形成一个金属密封的空间，由于钻井液的不可压缩性，使得钻柱的压力和震动转化为液体的比较柔和的压力作用在钻头上，液压仓4内钻井液减少后在三个冲击仓的水击能量下推动活塞5上下运动时随时补满，这样发明的钻头就成了一个钻头和脉冲钻具和水力加压器的结合体，并且成本低、结构简单比较适合大批量生产。
Claims (3)
1.一种柔性自减震钻头，包括钻头本体，钻头本体包括钻头端(10)和连接端(9)，钻头端(10)上设置钻头喷嘴(11)，其特征在于：钻头本体连接端(9)与活塞(5)连接，活塞(5)与连接端(9)的连接端面处设置凸沿(17)，钻头本体连接端(9)外部套装扭力传送体(8)，扭力传送体(8)位于活塞凸沿(17)与钻头本体钻头端(10)之间，扭力传送体(8)内侧面与钻头本体连接端(9)外侧面设置为相对应的防转面(18)，扭力传送体(8)与接头主体(2)连接，接头主体(2)位于活塞(5)外周，且接头主体(2)与活塞(5)之间有空腔，该空腔为液压仓(4)，对应液压仓(4)在活塞(5)上部分布有补偿口(3)，活塞(5)下部内侧有变径喷嘴(7)，接头主体(2)的上部为进液通道(16)。
2.根据权利要求1所述的柔性自减震钻头，其特征在于：活塞(5)与连接端(9)之间、扭力传送体(8)与接头主体(2)之间均为螺纹连接，活塞(5)内部包括上部的圆柱形空腔和下部的圆锥形空腔，圆柱形空腔底部为变径喷嘴(7)，圆柱形空腔与变径喷嘴(7)之间形成第一冲击仓(15)，圆锥形空腔为第二冲击仓(14)，连接端(9)内腔设置为圆锥形空腔，连接端(9)内的圆锥形空腔为第三冲击仓(13)，第二冲击仓(14)和第三冲击仓(13)中均是上部的直径小于下部直径。
3.根据权利要求1或2所述的柔性自减震钻头，其特征在于：进液通道(16)顶部为硬质合金进水口(1)，变径喷嘴(7)上部的材质为硬质合金。
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