專利名稱：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井pdc鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于石油天然氣定向井PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。
技術(shù)背景在定向井技術(shù)的發(fā)展中，PDM曾經(jīng)起到了重要作用。但隨著井眼井底位移的不斷增大及井深剖面的越來越復(fù)雜，使PDM顯示出工作效率低的缺陷。利用PDM進(jìn)行鉆井，在對井眼方位和井斜角進(jìn)行調(diào)整時(shí)，整個(gè)鉆柱不旋轉(zhuǎn)，處于滑動(dòng)工作狀態(tài)，因而影響了鉆井效率。對于鉆頭而言，由于PDM承受扭矩的能力有限，所以限制了鉆頭的攻擊性，因而降低了鉆頭的切削效率和可導(dǎo)性。在當(dāng)今許多大位移井中，水平位移與垂深之比超過了2.0，PDM的滑動(dòng)鉆井方式是很困難的，甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的。為從根本上提高定向井、水平井或大位移井的鉆井效率，鉆井業(yè)研制開發(fā)出了全新的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。這種鉆井系統(tǒng)在鉆井過程中全部采用旋轉(zhuǎn)鉆井方式，克服了PDM在對井眼方位和井斜角調(diào)整時(shí)必須采用滑動(dòng)鉆井方式的缺陷，從而提高了鉆井效率。利用這種鉆井系統(tǒng)鉆井，在調(diào)整方位和井斜角時(shí)，只是在鉆頭上方離鉆頭很近的位置沿需要的方向施加一個(gè)側(cè)向力，使鉆頭沿著預(yù)定的方向鉆進(jìn)。這種鉆井方式對鉆頭的切削扭矩沒有限制，因而可以使鉆頭具有較強(qiáng)的攻擊性，以提高可導(dǎo)性和機(jī)械鉆速，從而提高鉆井效率?，F(xiàn)有的用于定向井、水平井及大位移井的PDC鉆頭均是為PDM鉆井方式設(shè)計(jì)的，其攻擊性太差，因而不適應(yīng)于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井方式。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為石油天然氣定向井、水平井及大位移井提供一種適應(yīng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井方式的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向PDC鉆頭，具有較強(qiáng)的攻擊性、側(cè)切削能力和可導(dǎo)性，機(jī)械鉆速快、穩(wěn)定性好、壽命長，從而提高鉆井效率。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型主要由鉆頭體、刀翼、大尺寸PDC復(fù)合片、小尺寸PDC復(fù)合片、噴嘴、排屑槽、保徑塊、側(cè)切削PDC復(fù)合片、耐磨元件組成。鉆頭的冠部輪廓較平坦，刀翼為螺旋狀且在周向上非均勻分布，保徑塊為螺旋狀。鉆頭采用多噴嘴、大排屑槽水力結(jié)構(gòu)。鉆頭工作端面上的主切削元件采用大尺寸PDC復(fù)合片，且后傾角較小，大尺寸PDC復(fù)合片后面鑲有一定數(shù)量的小尺寸PDC復(fù)合片。鉆頭的有效保徑較短，總長度也較短。保徑塊上的側(cè)切削PDC復(fù)合片為整圓形，且有較大的出刃，其縱向覆蓋系數(shù)稍微大于1.0。保徑塊上側(cè)切削PDC復(fù)合片的后面鑲有無切削作用的耐磨元件。
本實(shí)用新型采用這樣的結(jié)構(gòu)后，由于鉆頭工作端面上采用大尺寸PDC復(fù)合片為主切削元件，且后傾角較小以及保徑塊上鑲裝了出刃較大的側(cè)切削PDC復(fù)合片，所以增大了鉆頭的攻擊性，提高了切削效率，提高了機(jī)械鉆速。鉆頭采用多噴嘴、大排屑槽水力結(jié)構(gòu)，能夠及時(shí)將巖屑排出，防止鉆頭泥包，所以本實(shí)用新型能夠獲得較快的機(jī)械鉆速。保徑塊上鑲裝的整圓形側(cè)切削PDC復(fù)合片出刃較大，且縱向覆蓋系數(shù)較小，顯著增大了側(cè)切削能力，提高了鉆頭的導(dǎo)向能力。同時(shí)較平坦的鉆頭冠部輪廓、較短的有效保徑以及較短的鉆頭總長度也提高了鉆頭的導(dǎo)向能力。鉆頭采用較平坦的冠部輪廓、在周向上非均勻分布的螺旋狀刀翼，以及螺旋狀保徑塊結(jié)構(gòu)，減小了鉆頭發(fā)生振動(dòng)的幾率，提高了鉆頭的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性的提高、鉆頭工作端面上的小尺寸PDC復(fù)合片以及保徑塊上的耐磨元件延長了鉆頭的使用壽命。鉆頭的機(jī)械鉆速快、可導(dǎo)性好、穩(wěn)定性好、壽命長滿足了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井方式對鉆頭的要求，因而有利于提高鉆井效率。


圖1是本實(shí)用新型的工作端面示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的切削包絡(luò)線示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的保徑塊示意圖。
1.鉆頭體2.刀翼3.大尺寸PDC復(fù)合片4.小尺寸PDC復(fù)合片5.噴嘴6.排屑槽7.保徑塊8.側(cè)切削PDC復(fù)合片9.耐磨元件具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合說明書附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述在采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)進(jìn)行定向井、水平井或大位移井的鉆井時(shí)，首先將本實(shí)用新型與導(dǎo)向裝置、測量裝置、鉆鋌、穩(wěn)定器及鉆桿等井下工具連接起來，下到井底，然后開泵循環(huán)鉆井夜并加壓旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。正常鉆進(jìn)時(shí)，本實(shí)用新型類似于常規(guī)PDC鉆頭。PDC鉆頭切削理論指出，PDC鉆頭機(jī)械鉆速的快慢在很大程度上取決于PDC復(fù)合片尺寸的大小，PDC復(fù)合片尺寸愈大，鉆頭的機(jī)械鉆速愈快。因?yàn)楸緦?shí)用新型工作端面上以大尺寸PDC復(fù)合片3為主切削元件，因而有利于提高機(jī)械鉆速。而大尺寸PDC復(fù)合片3的后傾角較小，使鉆頭更具有攻擊性，所以進(jìn)一步提高了切削效率。再加上多噴嘴5及大排屑槽6結(jié)構(gòu)有利于及時(shí)將巖屑移走，所以本實(shí)用新型可以獲得較快的機(jī)械鉆速。當(dāng)需要對井眼方位或井斜角進(jìn)行調(diào)整時(shí)，導(dǎo)向裝置就會在需要的方向上給鉆頭一個(gè)橫向推力。由于本實(shí)用新型的保徑塊7上鑲裝了側(cè)切削PDC復(fù)合片8，且出刃較大，因而側(cè)切削能力很強(qiáng)。再加上鉆頭的冠部輪廓較平坦、有效保徑較短、鉆頭的總長度較短等結(jié)構(gòu)特征，使鉆頭的可導(dǎo)性有很大提高，所以很容易實(shí)現(xiàn)對井眼方位角或井斜角的調(diào)整。由于本實(shí)用新型在結(jié)構(gòu)上采用了較平坦的冠部輪廓、在周向上非均勻分布的螺旋狀刀翼2及螺旋狀保徑塊7等措施，提高了鉆頭的穩(wěn)定性，減輕了鉆頭沖擊損壞的程度。再加上鉆頭工作端面上布置了一定數(shù)量的小尺寸PDC復(fù)合片4，增加了總的金剛石含量，提高了鉆頭的耐磨性。另外，保徑塊7上鑲裝的耐磨元件9確保了鉆頭的直徑不會變小。這些均延長了本實(shí)用新型的使用壽命。研究證明，本實(shí)用新型能夠很好地與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)匹配，有利于提高定向井、水平井或大位移井的鉆井效率。
權(quán)利要求1.一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井PDC鉆頭，主要由鉆頭體(1)、刀翼(2)、大尺寸PDC復(fù)合片(3)、小尺寸PDC復(fù)合片(4)、噴嘴(5)、排屑槽(6)、保徑塊(7)、側(cè)切削PDC復(fù)合片(8)和耐磨元件(9)組成，其特征是保徑塊(7)上鑲裝整圓形側(cè)切削PDC復(fù)合片(8)，且出刃較大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井PDC鉆頭，其特征是側(cè)切削PDC復(fù)合片(8)在縱向上的覆蓋系數(shù)稍微大于1.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井PDC鉆頭，其特征是保徑塊(7)上側(cè)切削PDC復(fù)合片(8)后面鑲裝無切削作用的耐磨元件(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井PDC鉆頭，其特征是鉆頭工作端面上的主切削元件采用大尺寸PDC復(fù)合片(3)，且后傾角較小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井PDC鉆頭，其特征是鉆頭工作端面上大尺寸PDC復(fù)合片(3)的后面鑲裝一定數(shù)量的小尺寸PDC復(fù)合片(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井PDC鉆頭，其特征是鉆頭采用較平坦的冠部輪廓、在周向上非均勻分布的螺旋狀刀翼(2)及螺旋狀保徑塊(7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井PDC鉆頭，其特征是鉆頭的有效保徑和總長度都較短。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井PDC鉆頭，屬于石油天然氣定向井PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。其主要特點(diǎn)是保徑塊上鑲裝了側(cè)切削能力很強(qiáng)的PDC復(fù)合片，有效保徑和總長度都較短，工作端面上鑲裝大小兩種尺寸的PDC復(fù)合片，還采用較平坦的冠部輪廓、螺旋狀刀翼及螺旋狀保徑等結(jié)構(gòu)。因而本實(shí)用新型具有機(jī)械鉆速快、可導(dǎo)性好、穩(wěn)定性好、壽命長的優(yōu)點(diǎn)，與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)配合使用，有利于提高定向井、水平井或大位移井的鉆井效率。
文檔編號E21B10/46GK2608670SQ03215800
公開日2004年3月31日 申請日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月20日
發(fā)明者王福修, 于建賓, 田京燕, 張崇硯 申請人:勝利石油管理局鉆井工藝研究院