自斷式微取芯鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種自斷式微取芯鉆頭，包括接頭、基體、刀翼和切削齒，接頭與基體的后端連接，刀翼為多個，分布于基體前部的圓周上，相鄰的刀翼之間形成排屑通道，切削齒設(shè)于刀翼中前段的表面；基體前端端面的中心前方設(shè)置有用于獲取微小巖心的取芯空間，取芯空間的周圍為刀翼和切削齒，所有的切削齒中，最靠近取芯空間的切削齒上靠近取芯空間的表面設(shè)有切削刃，切削刃用于維持微小巖心的圓度并在微取芯鉆頭橫向振動時使微小巖心斷裂。本實用新型利用取芯空間獲取微小巖心并利用切削刃使巖心維持圓度并使其斷裂，結(jié)構(gòu)簡單，不需另設(shè)斷裂結(jié)構(gòu)和深排屑槽，保證了鉆頭的強(qiáng)度，確保鉆井安全。
【專利說明】自斷式微取芯鉆頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種鉆頭，尤其涉及一種在復(fù)雜的鉆井環(huán)境中能夠提高切削效率，并在探測井中具備取芯功能的自斷式微取芯鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，各個油田對石油天然氣的開發(fā)周期和安全性的要求越來越高，與之相配套的的各種工具在性能上有了很大的提高，在鉆進(jìn)過程中對HXXPDC是聚晶金剛石的簡稱)鉆頭的機(jī)械鉆速和進(jìn)尺的要求也越來越高。地質(zhì)錄井需要識別巖屑和完成井下地質(zhì)剖面，但是PDC鉆頭在硬地層中鉆進(jìn)時巖屑細(xì)小，給巖屑識別帶來困難。當(dāng)前，市場中已經(jīng)出現(xiàn)了一種能在鉆進(jìn)過程中完成取芯的微取芯鉆頭，該鉆頭的結(jié)構(gòu)特點是鉆頭心部沒有切削齒參與切削，鉆頭某兩個刀翼之間的水道較其它水道較深，在水道側(cè)壁設(shè)置一巖心斷裂結(jié)構(gòu)，在鉆進(jìn)過程中會形成巖心，巖心與斷裂結(jié)構(gòu)接觸后會自動斷裂。這種結(jié)構(gòu)提高了鉆頭的機(jī)械鉆速，通過鉆井液攜帶出的巖心可進(jìn)行地層巖性檢測，但是結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，需要斷芯結(jié)構(gòu)和深排屑槽，水道較深的刀翼，在扭矩較大的情況下會存在斷刀翼的風(fēng)險。因此提高鉆頭的鉆井效率和安全性十分關(guān)鍵，缺一不可。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種高安全性的自斷式微取芯鉆頭。[0004]本實用新型通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的:
[0005]本實用新型所述自斷式微取芯鉆頭包括接頭、基體、刀翼和切削齒，所述接頭與所述基體的后端連接，所述刀翼為多個，分布于所述基體前部的圓周上，所述切削齒設(shè)于所述刀翼中前段的表面，相鄰的所述刀翼之間形成排屑通道，所述排屑通道的底部對應(yīng)的所述基體上設(shè)有水眼；其特征在于:所述基體前端端面的中心前方設(shè)置有用于獲取微小巖心的取芯空間，所述取芯空間的周圍為所述刀翼和所述切削齒，所有的所述切削齒中，最靠近所述取芯空間的切削齒上靠近所述取芯空間的表面設(shè)有切削刃，所述切削刃用于維持所述微小巖心的圓度并在所述微取芯鉆頭橫向振動時使所述微小巖心斷裂。
[0006]在鉆頭鉆進(jìn)過程中，鉆頭中心部位因為取芯空間的存在而使總的切削面積減小，切削效率和速度得到提高；同時，隨著鉆進(jìn)的進(jìn)行，鉆頭心部會形成具有一定半徑和一定高度的巖心，最靠近取芯空間的切削齒的切削刃能夠維持巖心的圓度；由于鉆頭井下運動特點和巖石力學(xué)特性，鉆頭會產(chǎn)生與鉆頭基體軸線垂直的橫向振動，該振動使切削刃對巖心產(chǎn)生切削力，使巖心剪切斷裂，巖心隨著鉆井液一起排出。
[0007]作為優(yōu)選，所述取芯空間的直徑M的取值范圍為3mm≤M≤10mm。取芯空間的具體直徑根據(jù)所需獲取的巖心直徑而定，但取芯長度不應(yīng)過長，避免掉入井底重復(fù)切削。
[0008]具體地，所述取芯空間下方的所述水眼的直徑大于所述微小巖心的直徑。該水眼用于排出斷裂的巖心，既可做成可變噴嘴也可做成固定噴嘴。[0009]根據(jù)實際需要，所述微取芯鉆頭為全面鉆進(jìn)PDC胎體鉆頭、全面鉆進(jìn)roc鋼體鉆頭或全面鉆進(jìn)孕鑲鉆頭。
[0010]本實用新型的有益效果在于:
[0011]本實用新型通過在鉆頭中心位置設(shè)置取芯空間，使取芯空間不參與切削地層，總的切削面積減小，切削效率和速度得到提高；本實用新型利用取芯空間獲取微小巖心并利用切削刃使巖心維持圓度并使其斷裂，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約了鉆頭制造周期和成本，不需另設(shè)斷裂結(jié)構(gòu)和深排屑槽，保證了鉆頭的強(qiáng)度，確保鉆井安全；形成的巖心可以切削試驗和穿孔試驗，檢測所鉆地層巖石的強(qiáng)度、密度、孔隙度和破碎比功等，對后續(xù)鉆井工作具有重要指導(dǎo)意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型所述自斷式微取芯鉆頭的軸向剖視圖，圖中只示出了鉆頭一半的結(jié)構(gòu)；
[0013]圖2是本實用新型所述切削刃使巖心斷裂的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是本實用新型所述自斷式微取芯鉆頭的俯視圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明:
[0016]如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型所述自斷式微取芯鉆頭包括接頭1、基體8、刀翼5和切削齒4，接頭I與基體8的后端(圖1中的下端)連接，基體8上靠近接頭I的位置設(shè)有卸扣槽2，刀翼5為6個，按設(shè)計成一定角度分布于基體8前部的圓周上，刀翼5的后段設(shè)有保徑3，多個切削齒4按其布齒線7設(shè)于刀翼5的中前段的表面，相鄰的刀翼5之間形成排屑通道(圖中未標(biāo)記)，排屑通道的底部對應(yīng)的基體8上設(shè)有水眼6 ;基體8的前端端面的中心前方設(shè)置有用于獲取微小巖心的取芯空間10 (圖中的取芯空間10只是一個表示其位置的示意)，取芯空間10的直徑M(即圖1中左右方向的直徑)的取值范圍為3mmIOmm,取芯空間10的周圍為刀翼5和切削齒4，所有的切削齒4中，最靠近取芯空間10的切削齒4上靠近取芯空間10的表面設(shè)有切削刃9 (最靠近取芯空間10的切削齒4有多個時，設(shè)切削刃9的切削齒4可以為一個或多個，本例為3個)，切削刃9用于維持微小巖心(圖中未示出)的圓度并在微取芯鉆頭橫向振動時使微小巖心斷裂，所以切削刃9的長度和切削面的面積應(yīng)滿足維持微小巖心的圓度和易于使巖心斷裂的要求；取芯空間10下方的水眼6的直徑大于微小巖心的直徑，以便于排出巖心，可做成可變噴嘴或固定噴嘴。
[0017]根據(jù)實際需要，所述微取芯鉆頭為全面鉆進(jìn)PDC胎體鉆頭、全面鉆進(jìn)PDC鋼體鉆頭或全面鉆進(jìn)孕鑲鉆頭，鉆頭尺寸可以從4”到26”。
[0018]如圖1、圖2和圖3所示，在鉆頭鉆進(jìn)過程中，動力工具將扭矩和鉆壓由接頭I傳遞到基體8，再由基體8傳遞到刀翼5，最后由刀翼5傳遞到切削齒4，切削齒4開始切削地層。在此過程中，鉆頭中心部位因為取芯空間10的存在而使總的切削面積減小，切削效率和速度得到提聞；同時，取芯空間10內(nèi)會隨著鉆頭的鉆進(jìn)而形成具有一定半徑和聞度的巖心(即上述微小巖心)。隨著鉆進(jìn)的進(jìn)行，巖心的高度隨之增加，鉆進(jìn)過程中必然伴隨著鉆頭的橫向震動，見圖2的橫向振動方向，該方向與鉆頭的軸向方向垂直,使鉆頭偏離中心，因此最靠近取芯空間10的切削齒4的切削刃9會對巖心產(chǎn)生切削力F(見圖1和圖2的切削力F)，終使巖心剪切斷裂，斷裂的巖心棒隨著從水眼6噴射出的鉆井液一起從取芯空間10下方的排屑槽排出(見圖3)，達(dá)到獲取微小巖心的目的。獲取的微小巖心可以進(jìn)行切削試驗和穿孔試驗，檢測所鉆地層巖石的強(qiáng)度、密度、孔隙度和破碎比功等，對后續(xù)鉆井工作具有重要指導(dǎo)意義。
【權(quán)利要求】
1.一種自斷式微取芯鉆頭，包括接頭、基體、刀翼和切削齒，所述接頭與所述基體的后端連接，所述刀翼為多個，分布于所述基體前部的圓周上，所述切削齒設(shè)于所述刀翼中前段的表面，相鄰的所述刀翼之間形成排屑通道，所述排屑通道的底部對應(yīng)的所述基體上設(shè)有水眼；其特征在于:所述基體前端端面的中心前方設(shè)置有用于獲取微小巖心的取芯空間，所述取芯空間的周圍為所述刀翼和所述切削齒，所有的所述切削齒中，最靠近所述取芯空間的切削齒上靠近所述取芯空間的表面設(shè)有切削刃，所述切削刃用于維持所述微小巖心的圓度并在所述微取芯鉆頭橫向振動時使所述微小巖心斷裂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自斷式微取芯鉆頭，其特征在于:所述取芯空間的直徑M的取值范圍為3mm≤M≤10_。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自斷式微取芯鉆頭，其特征在于:所述取芯空間下方的所述水眼的直徑大于所述微小巖心的直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要 求3所述的自斷式微取芯鉆頭，其特征在于:所述微取芯鉆頭為全面鉆進(jìn)PDC胎體鉆頭、全面鉆進(jìn)PDC鋼體鉆頭或全面鉆進(jìn)孕鑲鉆頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自斷式微取芯鉆頭，其特征在于:所述微取芯鉆頭為全面鉆進(jìn)PDC胎體鉆頭、全面鉆進(jìn)PDC鋼體鉆頭或全面鉆進(jìn)孕鑲鉆頭。
【文檔編號】E21B10/60GK203499567SQ201320570897
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】閉磊, 陳嵐?jié)? 周苗苗 申請人:成都百施特金剛石鉆頭有限公司